高压电缆故障测距及定位方法

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上注入相同大小的电流 ! 通过两次测得的两相间的 电压 !可求得故障点的距离与全长的比值 " 但压降法 有着电桥法同样的缺点 ! 测试接线的接触电阻对测 试结果影响较大 "目前提出了一种新的 # 更简便有效 $$ 直流电阻法 " 如图 : 所示 ! 先在对端将故 的方法$ 障相的护层与芯 线 %仅 用 作 测 试 辅 助 线 &短 接 !再 用直流高压设备向护层注入直 流 电 流 %电 压 一 般 在 @ A> 左右即可 &" 测量芯线与护层之间的电压以 及注入的电流 ! 两者相除即得测试点到故障点这一 段的护层电阻值 " 将该电阻值与单位长度的护层电 阻值比较 ! 就能得出故障点的距离 "这种方法成功地 避免了测试接线的接触电阻以及对端短接线电阻的 影响 !因而测试结果比较准确 " 另外 ! 现场使用时 ! 应 注意采用同相芯线作为辅助线 ! 而避免使用其他相 的芯线或金属护层 ! 这样 ! 同相的芯线和护层相当于 同轴电缆结构 ! 有助于减少现场电磁干扰对测量结 果的影响 "
讨论
%C & 目前电力电缆故障测试已基本上形成一整
套行之有效的方法 ! 便于测试查找各种已知类型的 故障 " %’ &时域反射仪应用较普遍 !但冲击闪络法等测 试的波形有时比较复杂 ! 往往需要经验丰富的测试 人员才能识别故障点位置 " 宜进一步完善该类测试 仪器的测试波形自动分析识别功能 ! 以便实现电缆 故障的自动测试 " %7 & 国外有些重要电缆线路已经将电缆的地理 信息系统 %DEF& 和全球定位系统 %DGF& 结合在一起 ! 形成了电缆故障自动定位系统 " 当运行中的电力电 缆发生故障时 ! 故障点产生的行波信号 % 电气浪涌 & 沿着线路向两端传输 ! 利用 DGF 提供的精确时钟测 量信号到达两端的时间差 !即可确定故障点距离 "该 系统的智能化程度较高 ! 可以实现对电缆故障的自 动测试 !并直接给出故障点的地理位置信息 "
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电力电缆的故障类型
造成电力电缆故障的原因有很多 "比如 &机械损
伤 ’ 绝缘受潮 ’ 绝缘老化变质 ’ 过电压 ’ 材料缺陷 ’ 电 缆绝缘物流失 ’ 设计和制作工艺不良以及护层腐蚀 等 * 按照故障出现的部位 "通常可将故障类型大致分 为断线故障 ’ 主绝缘故障和护层故障 "参见图 @ 的电
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对于高阻和闪络性故障 ! 还可以用二次脉冲法 &,-.$ 测试 % 先用高压脉冲将故障点击穿 !在故障点 起弧后熄弧前 ! 由测试仪器向电缆耦合注入一低压 脉冲 %此时的情况类似于低阻故障 !耦合进的脉冲信 号在故障点会发生反射 ! 记录下此时的反射波形 % 电 弧熄灭时 ! 测试仪器再向电缆注入一低压脉冲 ! 此脉 冲在故障点处不再发生反射 !再记录下此时的波形 % 将两次得到的波形叠加在一起进行比较 ! 波形明显 分叉的地方即为故障点 % 以上过程也可由专门设计 的测试仪器自动完成 ! 并将结果显示在液晶屏幕上 ! 如图 / 所示 %
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缆结构示意图 * 断线一般是由于故障电流过大而烧断电缆芯线 或外界机械破坏等原因造成的 "其测试也比较简单 * 主绝缘故障一般可用图 ’ 电路等效 " 其中电阻 !V 主要取决于电缆介质的碳化程度 " 间隙 \ 的击穿 电压 "\ 取决于放电通道的距离 " 而电容 #V 则取决 于故障点及其附近受潮的程度 ,其数值较小 " 一般可 以忽略 #* 根据故障电阻和击穿间隙的情况 " 通常将 主绝缘故障分为低阻 ’高阻及闪络性故障 * 低阻故障 与高阻故障的区分界限一般取电缆本身波阻抗的
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电力电缆故障精确定位方法
电力电缆故障的精确定位 % 亦称定点 & 是故障查 找的关键 " 由于电缆端部预留以及测量误差等原因 ! 通过预定位方法算出电缆故障点的距离后 ! 需要再 通过精确定位的方法 ! 找出故障点的准确位置 " 对于发生闪络性故障的电缆 ! 施加高压脉冲后 ! 故障点会发生伴随声音信号和电磁信号的放电 " 在 地面上沿电缆走向用振动传感器拾取放电时产生的 声音信号并加以放大 ! 收到信号最强的地方一般就 是故障点位置 !这种定位方法称为声响法 " 但声响法 不易区分外界振动噪声的干扰 " 如果同时再检测放 电所产生的电磁信号 ! 不但能有效排除掉非放电时 的外界振动声音 !还能根据接收到声音 # 电磁信号的 时间间隔 ! 大致估计出故障点到探头的距离 !这种测 试方法叫做声磁同步法 " 如果电缆发生了低阻故障 ! 例如故障电阻小于
号 !其优点是波形易于理解 ( 而脉冲电流法则是检测 电流行波的变化量信号 ! 其优点则是操作安全 ’ 接线 简便 % 另外 ! 对于闪络性故障 !也可直接向电缆上施 加直流高压 % 由于该情况下故障电阻极高 !试验电压 升到一定值时 !故障点处就会产生闪络击穿 %这种测 试法称为直流闪络法 & 直闪法 $% 这时所得到的脉冲 电流法测试波形更为简单 ’直观 !容易理解 %
障定位 " 这时可以用音频感应法通过检测地面上磁 场的变化来确定故障点位置 " 在电缆故障相注入音 频电流信号 ! 经故障点后流回电源 "由于电磁耦合作 用 ! 在大地中会产生感应电流 ! 从而形成地面磁场 " 用线圈在地面上沿电缆走向检测 ! 信号明显变弱或 中断的地方一般就是故障点位置 " 对于地埋电缆护层故障的定位 ! 大多使用跨步 电压法 ! 其原理是 ’ 在故障护层上注入直流电流 ! 经 故障点后由大地流回 ! 从而在地面产生跨步电压 (在 预定位出的故障距离附近用一对探头沿电缆走向检 测不同位置的跨步电压值 ! 根据其大小 # 极性 ! 就可 以确定故障点的位置 " 在实际使用中 !为减小地面杂 散电流的影响 ! 通常注入的是直流脉冲信号 " 如事先 将零位在中心的电压检测计的指针调零 ! 当直流脉 冲到来时 ! 根据指针摆动的幅度及偏向 ! 判断故障点 的远近及方位 " 但是 ! 在现场条件下 !由于地面杂散 电流的影响 ! 通常很难将电压检测计调零并保持 "根 据现场的使用经验 !这时宜采用数字电压表 % 例如普 通的数字式万用表的毫伏挡 &! 以检测脉冲到来时电 压读数变化的幅度来衡量跨步电压 ! 这样有助于解 决电磁式电压表调零难的问题 "
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摘要 & 介绍了高压电力电 缆 故 障 的 各 种 类 型 及 其 预 定 位 和 精 确 定 位 的 方 法 "特 别 是 对 于 护 层 Βιβλιοθήκη Baidu 障 的 一 种 新 的 ’更 有 效 的测试方法 ( 关键词 & 高压电缆 ) 护层 ) 故障测距 ) 定位 中图分类号 & ST’DC) ST87U 文献标识码 & 2
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文章编号 !@((@A@:(B"’((’#(:A((78A(7
高压电缆故障测距及定位方法
李明华 ! 闫春江 ! 严 璋
! 西安交通大学 " 陕西 西安 C@((DB #
@ 引言
电力电缆供电以其安全 ’可靠 ’有利于美化城市 和厂矿布局等优点 "已经得到越来越广泛的应用 * 但 是电力电缆一般都埋在地下 "一旦发生故障 "需要采 用合适的故障测试方法 " 尽可能快速 +准确地找到故 障点 "以减少因停电造成的损失 * 电力电缆故障的查找一般要经过诊断 ’测距 ,预 定位 #’ 定点 , 精确定位 #7 个步骤 * 故障发生后 "一般 先通过测绝缘电阻等方法 "初步判断出故障的性质 ) 然后根据故障类型 "采用合适的测距方法 " 初步测出 故障的距离位置 ) 最后沿着电缆走向在此位置前后 仔细探测定点 "直到找出精确的故障点位置 *
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护层故障 电缆护层故障测试是近年来比较突出的 ’ 个新
问题 %因为低压电力电缆一般都是三相统包结构 ! 对 其金属护层的对地绝缘一般没有特殊要求 % 但对于 高压单芯电缆 !外护层绝缘一旦发生故障 !造成金属 护层多点接地 ! 会产生环流 ! 其发热将加速电缆老 化 !缩短电缆的使用寿命 % 另外 !故障处进水也会造 成电缆受潮 % 所以高压单芯电缆在运行中要求护层 绝缘良好 ! 通常只在电缆头的一端直接接地 % 对于高压单芯电缆的护层故障 ! 由于大地的行 波损耗很大 ! 脉冲法所能测试的距离很短 !已经不能 有效使用 % 可以使用高压电桥法或直流压降比较法 & 压降法 $% 压降法的原理及测试过程是 ) 将故障相的 护层与另一完好相的护层在对端短接 ! 分别在两相
电力电缆故障预定位方法
断线及主绝缘故障 判明电缆故障的性质后 " 一般要先进行预定位
收稿日期 !’((’A(:A’(
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高 压 电 器
第 $% 卷
第&期
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测试 ! 估算出故障点到电缆头的距离 " 这一过程也称 作故障测距 " 预定位测试可以避免查找故障点的盲 目性 ! 提高工作效率 " 传统的测距方法是电桥法 " 如图 $ 所示 ! 将故障 相与另一无故障相在对端短接组成电桥的两个臂 ! 在测量端外接 ! 个电阻器 #其中 ’ 个为可调电阻 $ 组 成电桥的另外两个臂 ! 施加直流电压并调节电桥使 之平衡 % 根据电阻比值和电缆全长 ! 可求得故障的距 离 "该方法可用于低阻故障 &含短路故障 $ 的测距 % 如 使用电容电桥还可以测量断线故障 % 但对于高阻和 闪络性故障 !除非采用高压电桥 ’ 或采用外施高压事 先将故障点烧成低阻故障 !否则 ! 由于注入的电流太 小 !电桥很难平衡 " 但是 ! 用电桥法测量时要知道电 缆全长等资料 !对电缆芯线材料的均匀性 ’对端短接 线电阻及接触电阻的要求也都很高 "另外 !电桥法无 法测量三相短路及三相断路故障 "因而 !目前现场已 较少使用电桥法 "
低压脉冲法是受雷达原理的启发而发明的 " 在 电缆故障相注入 ’ 个低压脉冲 ! 该行波信号遇到阻 抗不匹配点 &例如故障点 ’ 终端头 ’中间接头等 $ 会产 生反射和折射 " 利用收到反射脉冲和发射脉冲的时 间差以及电缆中的波速 ! 就可以计算出故障点的距 离 " 根据该方法设计的仪器称为时域反射仪 &()*$" 低压脉冲方法接线方便 !不用对端短接 !可以准确地 测出断线 ’短路及低阻故障 !但它很难测试高阻和闪 络性故障 ! 因为这两种故障点处的行波反射系数很 小 !反射脉冲难以识别 " 冲击闪络法可以较好地测试高阻和闪络性故 障 " 通过高压脉冲电容器等储能设备向故障电缆冲 击放电 ! 电缆故障点被击穿并维持短暂时间 " 击穿初 始时刻 ! 故障点处会产生 ’ 个行波信号 !沿电缆线路 在端点及击穿点处来回多次折反射 " 通过分压器或 电流耦合器 ! 在示波器或专用仪器上观察该行波信 号在测量端与故障点间往返 ’ 趟的时间 ! 即可计算 出故障点的距离 " 对应的方法分别称为脉冲电压法 和脉冲电流法 ! 但这两种方法得到的波形是有区别 的 " 如图 + 所示 ! 脉冲电压法检测的是电压行波信
@( 倍 " 但在实际测试工作中并不要求很严 格 地 区
分 * 闪络性故障的故障点电阻极高 "可给故障电缆施 加到较高的电压 "故障点才闪络击穿 * 预防性试验中 所发生的故障多属于这种情况 *
高压单芯电缆的护层故障在性质上与主绝缘故 障类似 "但由于该故障发生在金属护层与大地之间 " 因而其测试方法与主绝缘故障测试有很大不同 * 在实际测试时 "一般先用万用表 ’兆欧表等测量 故障电缆的相间 ’相对地的电阻值 "初步判断电缆的 故障类型 "再有针对性地选择故障测试方法 *