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電纜故障測(cè)試方法 - 無圖版
2131231 --- 2018-05-24 09:24:30
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電纜故障測(cè)試是故障測(cè)尋最關(guān)鍵的一步，也是故障測(cè)尋核心環(huán)節(jié)。
20世紀(jì)70年代前，世界上廣泛使用電橋法及低壓脈沖反射法進(jìn)行電力電纜 故障測(cè)試，兩者對(duì)低阻故障很準(zhǔn)確，但對(duì)高阻故障不適用，故常常結(jié)合燃燒降阻 (燒穿)法，即加大電流將故障處燒穿使其絕緣電阻降低，以達(dá)到可以使用電橋 法或低壓脈沖法測(cè)量的目的。燒穿方法對(duì)電纜絕緣有不良影響，現(xiàn)已很少使用。
20世紀(jì)80年代之后出現(xiàn)了直流閃測(cè)法和沖擊閃測(cè)法，分別測(cè)試閃絡(luò)故障及 高阻故障，兩者均可分為電流閃測(cè)法和電壓閃測(cè)法，取樣參數(shù)不同，各有優(yōu)缺
點(diǎn)，電壓取樣法可測(cè)率高，波形清晰易判，盲區(qū)比電流法少一半，但接線復(fù)雜， 分壓過大時(shí)對(duì)人及儀器有危險(xiǎn)。電流取樣法正好相反，接線簡單，但波形干擾 大，不易判別，盲區(qū)大。兩種方法目前是國產(chǎn)高阻故障測(cè)試儀的主流方法。電 流、電壓閃測(cè)法基本上解決了電纜高阻故障問題，在我國電力部門應(yīng)用十分廣 泛，且應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)十分豐富，但儀器有盲區(qū)，且波形根據(jù)測(cè)試儀器和設(shè)備的原理， 有時(shí)不夠明顯，靠人為判斷，不是很準(zhǔn)確，儀器的精度及誤差相對(duì)也較大。
到了 90年代，發(fā)明了二次脈沖法測(cè)試技術(shù)：因?yàn)榈蛪好}沖準(zhǔn)確易用，結(jié)合 直流高壓源發(fā)射沖擊閃絡(luò)電壓，在故障點(diǎn)起弧的瞬間通過內(nèi)部裝置觸發(fā)發(fā)射一低 壓脈沖，此脈沖在故障點(diǎn)閃絡(luò)處(電弧的電阻值很低)發(fā)生短路反射，并將波形 記憶在儀器中，電弧熄滅后，復(fù)發(fā)一正常的低壓測(cè)量脈沖到電纜中，此低壓脈沖 在故障處(高阻)沒有擊穿產(chǎn)生通路，直接到達(dá)電纜末端，并在電纜末端發(fā)生開 路反射，將兩次低壓脈沖波形進(jìn)行對(duì)比較容易判斷故障點(diǎn)(擊穿點(diǎn))位置。
綜上所述，電纜故障測(cè)試大致可分為電橋法和脈沖法兩大類。脈沖法又分為 低壓脈沖法、直流高壓閃絡(luò)法、沖擊高壓閃絡(luò)法、二次脈沖法。
一、電橋法
電橋法是一種傳統(tǒng)、經(jīng)典的，對(duì)低阻故障行之有效的方法。
電橋法操作相對(duì)簡單，測(cè)試精度也較高。但由于電橋電壓和檢流計(jì)靈敏度的限 制’此法僅適用于直流電阻小于loon的低阻泄漏故障，而且要求電纜必須有一根以 上的好相才行。對(duì)高阻故障、斷路故障和三相均有泄漏的故障電纜則無能為力。
電橋法測(cè)試線路的連接如圖6-] (a)所示，將被測(cè)電纜終端故障相與非故障 相短接，電橋兩臂分別接故障相與非故障相，圖6-1 (b)給出了等效電路圖。
仔細(xì)調(diào)節(jié)沁數(shù)值，總可以使電橋平衡，即CD間的電位差為0,無電流流 過檢流計(jì)，此時(shí)根據(jù)電橋平衡原理可得：
R3/R^ = Ri/R2 (6-1)
私、沁為已知電阻，設(shè)私/沁=尺，則尺,/尺4=尺
由于電纜直流電阻與長度成正比，設(shè)電纜導(dǎo)體電阻率為E。，L全長代表電 纜全長，Lx、U分別為電纜故障點(diǎn)到測(cè)量端及末端的距離，則沁可用(L全長 +L?) R?代替，可推出：
?L 全長 +1。—KLx
而 L0=L^—LX (6-2)
所以 LX=2L全長/ (K+1)
電纜斷路故障可也用電容電橋測(cè)量，原理與上述電阻電橋類似。
二、低壓脈沖法
1.適用范圍
低壓脈沖法主要用于測(cè)量電纜的斷線、低阻短路和低阻接地故障的距離，據(jù) 統(tǒng)計(jì)，這類故障約占電纜故障的8%。同時(shí)還可用于測(cè)量電纜的長度、波速度和 識(shí)別定位電纜的中間頭、T形接頭等。
2.測(cè)試原理
低壓脈沖法測(cè)量原理是依據(jù)均勻傳輸 線中波傳輸與反射的原理，如圖6-2所 示。將被測(cè)電纜看作是一均勻傳輸線，它 每一點(diǎn)的特性阻抗是相等的，當(dāng)從電纜一 端發(fā)射一低壓脈沖波時(shí)，由于故障點(diǎn)的阻 抗發(fā)生了變化，電磁波傳播到該點(diǎn)處就發(fā)生折、反射現(xiàn)象，反射電壓^/?■與入射 電壓R滿足關(guān)系式
Ue = ^ , ^cL/i = j3Ui (6-3)
式中乙——電纜的特性阻抗；
Z—電纜故障點(diǎn)的等效波阻抗。
對(duì)于低電阻故障，若故障點(diǎn)對(duì)地電阻為只，則該點(diǎn)的等效波阻抗Z=R//Z。； 對(duì)于開路故障，若故障電阻為i？，則該點(diǎn)的等效阻抗2=尺+;。
當(dāng)一 l
當(dāng)尺=0為短路故障時(shí)，(3=—U ue=-u,：電壓波在短路故障點(diǎn)產(chǎn)生全反射；
當(dāng)o
當(dāng)只=^，即為斷線故障時(shí)，/3= + 1，Ue = —Ui:電壓波在斷線故障點(diǎn)產(chǎn)生 開路全反射。
實(shí)際用儀器測(cè)量低阻、開路故障時(shí)，是由機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一寬度為0.1?2/IS、幅 度大于120V的低壓脈沖，在~時(shí)刻加到電纜故障相一端。此時(shí)脈沖以速度^向 電纜故障點(diǎn)傳播，并經(jīng)過同樣的時(shí)間以時(shí)間后到達(dá)故障點(diǎn)，并產(chǎn)生反射脈沖， 反射脈沖波又以同樣的速度^向測(cè)量端傳播，并經(jīng)過同樣的時(shí)間△《于L時(shí)刻到 達(dá)測(cè)量端。若設(shè)故障點(diǎn)到測(cè)量端的距離為L，則有如下關(guān)系
L = vAt = —砣)
所以只要記錄&和/,時(shí)刻，就可以測(cè)出測(cè)量端到故障點(diǎn)的距離。
1. 對(duì)低壓脈沖反射波形的理解 o ~ 二
(1) 開路故障波形 開路故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖極
性相同，如圖6-3所示。
當(dāng)電纜近距離開路故障或儀器選擇 的測(cè)量范圍為幾倍的開路故障距離時(shí)，
儀器就會(huì)顯示多次反射波形，每個(gè)反射 脈沖波形的極性都和發(fā)射脈沖相同，而 且反射波間距離相等，如圖6-4所示。
(2) 短路或低阻接地故障波形
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圖6-6所示的是采用個(gè)實(shí)測(cè)的低阻接地故障(負(fù)脈沖人射 波)波形。從這個(gè)波形上可以看到，紅線標(biāo)定的就是脈沖波的起點(diǎn)，藍(lán)線標(biāo)定的 就是脈沖波的終點(diǎn)，即“阻抗不匹配點(diǎn)”，也就是故障點(diǎn)距離，1923.2m。
圖6-6低壓脈沖實(shí)測(cè)低阻接地故障波形
(3) 標(biāo)定反射脈沖的起始點(diǎn)
如圖6-6所示，在測(cè)試儀器的屏幕上有兩個(gè)光標(biāo)：一個(gè)是紅色光標(biāo)，一般把 它放在屏幕的最左邊(測(cè)試端)——設(shè)定為零點(diǎn)；二是藍(lán)色光標(biāo)，把它放在阻抗 不匹配點(diǎn)反射脈沖的起始點(diǎn)處，這樣在屏幕就會(huì)自動(dòng)顯示出該阻抗不匹配點(diǎn)距測(cè) 試端的距離。
一般的低壓脈沖反射儀器依靠操作人員移動(dòng)標(biāo)尺或電子光標(biāo)，來測(cè)量故障距 離。由于每個(gè)故障點(diǎn)反射脈沖波形的陡度不同，有的波形比較平滑，實(shí)際測(cè)試 時(shí)，人們往往因不能準(zhǔn)確地標(biāo)定反射脈沖的起始點(diǎn)，而增加故障測(cè)距的誤差，所 以準(zhǔn)確地標(biāo)定反射脈沖的起始點(diǎn)非常重要。
(4) 低壓脈沖方式比較測(cè)量法
在實(shí)際測(cè)量時(shí)，電纜線路可能比較復(fù)雜，存在著中間接頭、接地不良、不同 性質(zhì)電纜對(duì)接等情況，更使得脈沖反射波形不太容易理解，波形起始點(diǎn)不好標(biāo)。
實(shí)際上電力電纜三相均有故障的可能性很小，絕大部分情況下有良好的線芯 存在。操作人員可以通過比較電纜良好線芯與故障線芯脈沖反射波形的差異處， 來尋找故障點(diǎn)，避免了理解復(fù)雜的脈沖反射波形的困難，使故障點(diǎn)容易準(zhǔn)確、快 速識(shí)別。
如圖6_7 (a)所示，這是一條帶中間接頭的電纜，發(fā)生了單相低阻接地故 障。首先通過故障線芯對(duì)地測(cè)量得到一低壓脈沖反射波形，如圖6-7 (b)所示；
然后在測(cè)量范圍與波形增益都不變的情況 下，再用良好的線芯對(duì)地測(cè)得一個(gè)低壓脈沖 反射波形，如圖6-7 （c）所示；然后，把兩 個(gè)波形進(jìn)行比較，在比較后的波形上會(huì)出現(xiàn) 了一個(gè)明顯的差異點(diǎn)，這是由于故障點(diǎn)反射 脈沖所造成的，如圖6-7 （d）所示，該點(diǎn)所 表示的距離即是故障點(diǎn)位置。
三、直流高壓閃絡(luò)法直流高壓閃絡(luò)法（簡稱直閃法）用于測(cè) 量閃絡(luò)擊穿性故障，即故障點(diǎn)電阻極高，在 用高壓試驗(yàn)設(shè)備把電壓升到一定值時(shí)就產(chǎn)生 閃絡(luò)擊穿的故障。采用如圖6-8所示的接線進(jìn)行測(cè)試。在 電纜的一端加上直流高壓，當(dāng)電壓達(dá)到某一 值時(shí)，電纜被擊穿而形成短路電弧，使故障 點(diǎn)電壓瞬間突變到零，產(chǎn)生一個(gè)與所加直流 負(fù)高壓極性相反的正突跳跳電 壓波在測(cè)試端至故障點(diǎn)間來回傳播反射。 電纜故障測(cè)試儀器
沖擊高壓閃絡(luò)法如圖6-9所示，就是遠(yuǎn)距離故障直閃脈 沖電流波形圖
沖擊高壓閃絡(luò)法，簡稱沖閃法，這種方法用于測(cè)量高阻接地或短路故障。其 測(cè)量時(shí)的接線如圖6-10所示，它與直閃法接線（圖6-8）基本相同，不同的是在 儲(chǔ)能電容C與電纜之間串人一球形間隙G。首先，通過調(diào)節(jié)調(diào)壓升壓器對(duì)電容C 充電，當(dāng)電容C上電壓足夠高時(shí)，球形間隙G擊穿，電容C對(duì)電纜放電，這一 過程相當(dāng)于把直流電源電壓突然加到電纜上
五、二次脈沖法圖6-11沖閃法電流取樣實(shí)測(cè)波形圖如圖6-11所示是幾個(gè)采用沖閃法電流取樣現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)波形供參考。
二次脈沖法是近幾年來出現(xiàn)的比較先進(jìn)的一種測(cè)試方法，是基于低壓脈沖波 形容易分析、測(cè)試精度高的情況下開發(fā)出的一種新的測(cè)距方法。接線圖如圖6- 12所示。
其基本原理是：通過髙壓發(fā)生器給存在高阻或閃絡(luò)性故障的電纜施加高壓脈 沖，使故障點(diǎn)出現(xiàn)弧光放電。由于弧光電阻很小，在燃弧期間原本高阻或閃絡(luò)性 的故障就變成了低阻短路故障。此時(shí)，通過耦合裝置向故障電纜中注入一個(gè)低壓 脈沖信號(hào)，記錄下此時(shí)的低壓脈沖反射波形（稱為帶電弧波形），則可明顯地觀
圖6-12二次脈沖法測(cè)試接線圖-體化髙壓發(fā)生器
察到故障點(diǎn)的低阻反射脈沖；在故障電弧熄滅后，再向故障電纜中注入一個(gè)低壓 脈沖（二次脈沖），記錄下此時(shí)的低壓脈沖反射波形（稱為無電弧波形），此時(shí)因 故障電阻恢復(fù)為高阻，低壓脈沖信號(hào)在故障點(diǎn)沒有反射或反射很小。把帶電弧波 形和無電弧波形進(jìn)行比較，兩個(gè)波形在相應(yīng)的故障點(diǎn)位里上將明顯不同，波形的 明顯分歧點(diǎn)離測(cè)試端的距離就是故障距離。
| 如圖6-13所示是幾個(gè)采用二次脈沖法測(cè)試的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)波形供參考。 |