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电缆故障测试方法 - 无图版

2131231 --- 2018-05-24 09:24:30

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电缆故障测试是故障测寻最关键的一步,也是故障测寻核心环节。

20世纪70年代前,世界上广泛使用电桥法及低压脉冲反射法进行电力电缆 故障测试,两者对低阻故障很准确,但对高阻故障不适用,故常常结合燃烧降阻 (烧穿)法,即加大电流将故障处烧穿使其绝缘电阻降低,以达到可以使用电桥 法或低压脉冲法测量的目的。烧穿方法对电缆绝缘有不良影响,现已很少使用。

20世纪80年代之后出现了直流闪测法和冲击闪测法,分别测试闪络故障及 高阻故障,两者均可分为电流闪测法和电压闪测法,取样参数不同,各有优缺



点,电压取样法可测率高,波形清晰易判,盲区比电流法少一半,但接线复杂, 分压过大时对人及仪器有危险。电流取样法正好相反,接线简单,但波形干扰 大,不易判别,盲区大。两种方法目前是国产高阻故障测试仪的主流方法。电 流、电压闪测法基本上解决了电缆高阻故障问题,在我国电力部门应用十分广 泛,且应用经验十分丰富,但仪器有盲区,且波形根据测试仪器和设备的原理, 有时不够明显,靠人为判断,不是很准确,仪器的精度及误差相对也较大。

到了 90年代,发明了二次脉冲法测试技术:因为低压脉冲准确易用,结合 直流高压源发射冲击闪络电压,在故障点起弧的瞬间通过内部装置触发发射一低 压脉冲,此脉冲在故障点闪络处(电弧的电阻值很低)发生短路反射,并将波形 记忆在仪器中,电弧熄灭后,复发一正常的低压测量脉冲到电缆中,此低压脉冲 在故障处(高阻)没有击穿产生通路,直接到达电缆末端,并在电缆末端发生开 路反射,将两次低压脉冲波形进行对比较容易判断故障点(击穿点)位置。

综上所述,电缆故障测试大致可分为电桥法和脉冲法两大类。脉冲法又分为 低压脉冲法、直流高压闪络法、冲击高压闪络法、二次脉冲法。

一、电桥法

电桥法是一种传统、经典的,对低阻故障行之有效的方法。

电桥法操作相对简单,测试精度也较高。但由于电桥电压和检流计灵敏度的限 制’此法仅适用于直流电阻小于loon的低阻泄漏故障,而且要求电缆必须有一根以 上的好相才行。对高阻故障、断路故障和三相均有泄漏的故障电缆则无能为力。

电桥法测试线路的连接如图6-] (a)所示,将被测电缆终端故障相与非故障 相短接,电桥两臂分别接故障相与非故障相,图6-1 (b)给出了等效电路图。


仔细调节沁数值,总可以使电桥平衡,即CD间的电位差为0,无电流流 过检流计,此时根据电桥平衡原理可得:

R3/R^ = Ri/R2 (6-1)



私、沁为已知电阻,设私/沁=尺,则尺,/尺4=尺

由于电缆直流电阻与长度成正比,设电缆导体电阻率为E。,L全长代表电 缆全长,Lx、U分别为电缆故障点到测量端及末端的距离,则沁可用(L全长 +L?) R?代替,可推出:

?L 全长 +1—KLx

L0=L^—LX (6-2)

所以 LX=2L全长/ (K+1)

电缆断路故障可也用电容电桥测量,原理与上述电阻电桥类似。

二、低压脉冲法

1.适用范围

低压脉冲法主要用于测量电缆的断线、低阻短路和低阻接地故障的距离,据 统计,这类故障约占电缆故障的8%。同时还可用于测量电缆的长度、波速度和 识别定位电缆的中间头、T形接头等。

2.测试原理

低压脉冲法测量原理是依据均匀传输 线中波传输与反射的原理,如图6-2所 示。将被测电缆看作是一均匀传输线,它 每一点的特性阻抗是相等的,当从电缆一 端发射一低压脉冲波时,由于故障点的阻 抗发生了变化,电磁波传播到该点处就发生折、反射现象,反射电压^/?■与入射 电压R满足关系式

Ue = ^ , ^cL/i = j3Ui (6-3)

式中乙——电缆的特性阻抗;

Z—电缆故障点的等效波阻抗。

对于低电阻故障,若故障点对地电阻为只,则该点的等效波阻抗Z=R//Z。; 对于开路故障,若故障电阻为i?,则该点的等效阻抗2=尺+;。

当一 l

当尺=0为短路故障时,(3=—U ue=-u,:电压波在短路故障点产生全反射;

当o

当只=^,即为断线故障时,/3= + 1,Ue = —Ui:电压波在断线故障点产生 开路全反射。



实际用仪器测量低阻、开路故障时,是由机内产生一宽度为0.1?2/IS、幅 度大于120V的低压脉冲,在~时刻加到电缆故障相一端。此时脉冲以速度^向 电缆故障点传播,并经过同样的时间以时间后到达故障点,并产生反射脉冲, 反射脉冲波又以同样的速度^向测量端传播,并经过同样的时间△《于L时刻到 达测量端。若设故障点到测量端的距离为L,则有如下关系

L = vAt = —砣)

所以只要记录&和/,时刻,就可以测出测量端到故障点的距离。

1. 对低压脉冲反射波形的理解 o ~

(1) 开路故障波形 开路故障的反射脉冲与发射脉冲极

性相同,如图6-3所示。

当电缆近距离开路故障或仪器选择 的测量范围为几倍的开路故障距离时,

仪器就会显示多次反射波形,每个反射 脉冲波形的极性都和发射脉冲相同,而 且反射波间距离相等,如图6-4所示。

(2) 短路或低阻接地故障波形


图6-6所示的是采用个实测的低阻接地故障(负脉冲人射 波)波形。从这个波形上可以看到,红线标定的就是脉冲波的起点,蓝线标定的 就是脉冲波的终点,即“阻抗不匹配点”,也就是故障点距离,1923.2m。

图6-6低压脉冲实测低阻接地故障波形

(3) 标定反射脉冲的起始点

如图6-6所示,在测试仪器的屏幕上有两个光标:一个是红色光标,一般把 它放在屏幕的最左边(测试端)——设定为零点;二是蓝色光标,把它放在阻抗 不匹配点反射脉冲的起始点处,这样在屏幕就会自动显示出该阻抗不匹配点距测 试端的距离。

一般的低压脉冲反射仪器依靠操作人员移动标尺或电子光标,来测量故障距 离。由于每个故障点反射脉冲波形的陡度不同,有的波形比较平滑,实际测试 时,人们往往因不能准确地标定反射脉冲的起始点,而增加故障测距的误差,所 以准确地标定反射脉冲的起始点非常重要。

(4) 低压脉冲方式比较测量法

在实际测量时,电缆线路可能比较复杂,存在着中间接头、接地不良、不同 性质电缆对接等情况,更使得脉冲反射波形不太容易理解,波形起始点不好标。

实际上电力电缆三相均有故障的可能性很小,绝大部分情况下有良好的线芯 存在。操作人员可以通过比较电缆良好线芯与故障线芯脉冲反射波形的差异处, 来寻找故障点,避免了理解复杂的脉冲反射波形的困难,使故障点容易准确、快 速识别。

如图6_7 (a)所示,这是一条带中间接头的电缆,发生了单相低阻接地故 障。首先通过故障线芯对地测量得到一低压脉冲反射波形,如图6-7 (b)所示;



然后在测量范围与波形增益都不变的情况 下,再用良好的线芯对地测得一个低压脉冲 反射波形,如图6-7 (c)所示;然后,把两 个波形进行比较,在比较后的波形上会出现 了一个明显的差异点,这是由于故障点反射 脉冲所造成的,如图6-7 (d)所示,该点所 表示的距离即是故障点位置。

三、直流高压闪络法直流高压闪络法(简称直闪法)用于测 量闪络击穿性故障,即故障点电阻极高,在 用高压试验设备把电压升到一定值时就产生 闪络击穿的故障。采用如图6-8所示的接线进行测试。在 电缆的一端加上直流高压,当电压达到某一 值时,电缆被击穿而形成短路电弧,使故障 点电压瞬间突变到零,产生一个与所加直流 负高压极性相反的正突跳跳电 压波在测试端至故障点间来回传播反射。 电缆故障测试仪器


冲击高压闪络法
如图6-9所示,就是远距离故障直闪脉 冲电流波形图

冲击高压闪络法,简称冲闪法,这种方法用于测量高阻接地或短路故障。其 测量时的接线如图6-10所示,它与直闪法接线(图6-8)基本相同,不同的是在 储能电容C与电缆之间串人一球形间隙G。首先,通过调节调压升压器对电容C 充电,当电容C上电压足够高时,球形间隙G击穿,电容C对电缆放电,这一 过程相当于把直流电源电压突然加到电缆上



五、二次脉冲法图6-11冲闪法电流取样实测波形图如图6-11所示是几个采用冲闪法电流取样现场实测波形供参考。


二次脉冲法是近几年来出现的比较先进的一种测试方法,是基于低压脉冲波 形容易分析、测试精度高的情况下开发出的一种新的测距方法。接线图如图6- 12所示。

其基本原理是:通过髙压发生器给存在高阻或闪络性故障的电缆施加高压脉 冲,使故障点出现弧光放电。由于弧光电阻很小,在燃弧期间原本高阻或闪络性 的故障就变成了低阻短路故障。此时,通过耦合装置向故障电缆中注入一个低压 脉冲信号,记录下此时的低压脉冲反射波形(称为带电弧波形),则可明显地观




电缆故障测试仪器

图6-12二次脉冲法测试接线图-体化髙压发生器

察到故障点的低阻反射脉冲;在故障电弧熄灭后,再向故障电缆中注入一个低压 脉冲(二次脉冲),记录下此时的低压脉冲反射波形(称为无电弧波形),此时因 故障电阻恢复为高阻,低压脉冲信号在故障点没有反射或反射很小。把带电弧波 形和无电弧波形进行比较,两个波形在相应的故障点位里上将明显不同,波形的 明显分歧点离测试端的距离就是故障距离。

如图6-13所示是几个采用二次脉冲法测试的现场实测波形供参考。


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