520低壓脈沖法和沖閃法對(duì)電纜故障測試的分析

1、低壓脈沖法和沖閃法對(duì)電纜故障測試的分析白曉斌曹寶秦趙克壯盧廣坤高紀(jì)安 （陜西寶雞供電局，721004，陜西寶雞）摘要介紹了低壓脈沖法、沖擊高壓閃絡(luò)法對(duì)電纜的故障定位時(shí)產(chǎn)生的波形進(jìn)行分析，并結(jié)合工作實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)波形的識(shí)別進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)實(shí)例進(jìn)行了介紹。 關(guān)鍵詞電力電纜故障低壓脈沖法沖擊高壓閃絡(luò)法波形 隨著電力電纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)迅速發(fā)展，電力電纜的數(shù)量日益增多，電纜故障也在不斷增加，如何快速準(zhǔn)確的找出電纜故障點(diǎn)，測出故障點(diǎn)距離，這就要求測試人員首先要用好閃測儀，正確識(shí)別波形，目前國內(nèi)外廣泛使用低壓脈沖法和沖閃法檢測波形1，低壓脈沖波對(duì)導(dǎo)體阻抗敏感性高，而沖閃法的高壓沖擊波對(duì)波阻抗敏感性高，掌握波形的形成過

2、程，并能準(zhǔn)確識(shí)別是電纜故障測試的關(guān)鍵。1低壓脈沖波形的識(shí)別及形成原理分析低壓脈沖反射法2，又叫雷達(dá)法，主要用于電纜的低阻、短路故障及斷路故障的測距，此方法比較簡單直觀，通過觀察故障點(diǎn)反射脈沖與發(fā)射脈沖的時(shí)間差測距。不同的故障性質(zhì)具有不同的反射波，如果發(fā)射脈沖是正極性的，回波脈沖是正極性的脈沖，表示是斷路故障或終端頭開路，即電壓不能饋至另一端的故障；回波是負(fù)極性脈沖，則是短路接地故障，表示電纜故障點(diǎn)絕緣電阻低于該電纜的特性阻抗，甚至為零的故障，對(duì)低壓脈沖法產(chǎn)生波形的分析如圖1所示。1、終端反射波形分析：t1時(shí)刻是閃測儀的發(fā)射脈沖，t2時(shí)刻為電纜的接頭反射脈沖，T3時(shí)刻為全長反射，T4時(shí)刻為全長反

3、射的二次反射。t1到t3或t3到t4所顯示的距離就是全長。2、開路故障測試波形分析： t1時(shí)刻是發(fā)射脈沖，t2時(shí)刻為接頭反射脈沖，t3時(shí)刻為開路故障的反射脈沖，t4時(shí)刻為開路故障點(diǎn)二次反射。開路故障距離為t1到t3或者t3到t4所顯示的距離。3、低阻（短路）故障測試波形分析： t1時(shí)刻是發(fā)射脈沖，t2時(shí)刻為接頭反射脈沖，t4時(shí)刻為低阻故障反射脈沖，t5時(shí)刻為終端反射，t7時(shí)刻為低阻故障點(diǎn)二次反射。故障點(diǎn)距離為t1到t3或者t3到t5所顯示的距離。對(duì)于低壓脈沖法波形的分析，要把握住三點(diǎn)：極性、幅度、時(shí)間。圖1低壓脈沖產(chǎn)生波形分析時(shí)間t發(fā)射脈沖發(fā)射脈沖發(fā)射脈沖時(shí)間t幅度U終端反射波形短路故障波形低

4、阻故障波形t1t1t1t2t2t2t3t3t3t4t4t4t5接頭反射全長反射全長二次反射接頭反射接頭反射斷路故障反射斷路故障二次反射低阻故障反射終端反射低阻故障二次反射時(shí)間t短路接 頭斷 路幅度U0幅度U0電纜故障測試儀終 端2高壓沖擊閃絡(luò)波形的識(shí)別及形成原理分析就大部分電纜故障本質(zhì)來說，基本都屬于絕緣體的損壞，其中高阻故障是由于絕緣介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度下降所致，因?yàn)楣收宵c(diǎn)的阻值高，應(yīng)用脈沖法，由于故障點(diǎn)等效阻抗幾乎等于電纜特性阻抗，所以反射系數(shù)幾乎等于零，因得不到反射脈沖而無法測量。而沖擊高壓閃絡(luò)法可以測試電纜的高阻泄漏故障、高阻閃絡(luò)性故障、低阻短路故障和斷線故障，是一種高效可靠、適應(yīng)性較廣的電

5、纜故障測尋方法。沖擊高壓閃絡(luò)法1，又稱沖閃法，是幾乎所有的電纜故障都可以采用的方法。沖擊高壓閃絡(luò)法測試原理是在故障電纜的始端施加一個(gè)沖擊高壓，將故障點(diǎn)電弧擊穿，利用故障點(diǎn)擊穿瞬間的電壓突跳作為測試信號(hào)，觀察此信號(hào)在故障點(diǎn)和電纜始端之間往返一次的時(shí)間進(jìn)行測距。沖擊高壓閃絡(luò)法的信號(hào)取樣方法有多種，常用的方法有電壓取樣法電流取樣法。目前，雖然電壓取樣法安全性較電流取樣法差，但是筆者認(rèn)為它抗干擾性好，測試更準(zhǔn)確，所以許多地方依然采用此方法，沖閃法（電壓取樣）的工作原理如圖2所示。電纜故障智能測試儀mA220VVTPTDCJSL高壓組件箱R1R2被測電纜圖2沖閃法（電壓取樣）線路圖理圖在工作實(shí)際中，應(yīng)用

6、沖閃法測試時(shí)，對(duì)于故障點(diǎn)在電纜的不同位置所形成的波形往往不相同，沖閃法測試波形如圖所示1：圖A故障點(diǎn)在測試始端的波形 圖B故障點(diǎn)在中間段的波形 電纜全長圖C故障點(diǎn)在測試終端的波形 圖D故障點(diǎn)沒有放電的波形圖3沖閃法測試波形圖從上述波形中可以看出，沖閃法測試波形整體像一個(gè)衰減的余弦振蕩及疊加在余弦振蕩上的快變化脈沖。從圖中的波形可以看出，正脈沖前還有一個(gè)負(fù)尖峰，后面的波形也有相應(yīng)的變化。這是因?yàn)殡娎|在加沖擊負(fù)高壓時(shí)，故障點(diǎn)處負(fù)高壓上升有一個(gè)過程，故障點(diǎn)的電離放電也有一段遲延時(shí)間，所以在故障點(diǎn)放電之前，沖擊電壓波已經(jīng)在終端頭被反射，并越過故障點(diǎn)傳向測試端。在此之后故障點(diǎn)才被電離擊穿，形成正向階躍電

7、壓向測試端傳輸，因此在第一回波的正脈沖前出現(xiàn)了負(fù)尖峰。如果兩個(gè)回波的時(shí)間差從第一回波正脈沖前的負(fù)尖峰下降拐點(diǎn)算起的話，將會(huì)造成相當(dāng)大的測量誤差，只能從第一回波的正突跳拐點(diǎn)算起直到第二回波的負(fù)突跳拐點(diǎn)這段時(shí)間才是正確的。3實(shí)例分析例1：寶雞某單位的一條電纜發(fā)生接地故障，該電纜已運(yùn)行45年，總長度1792米，電纜型號(hào)ZQ2-3150mm2，電纜從寶雞發(fā)電廠10kV配電室出線，穿過水渠、寶成鐵路，跨越清姜河，穿過川陜公路，進(jìn)入長嶺公司，走徑非常復(fù)雜，所以粗測就成為關(guān)鍵的一步。該電纜經(jīng)測試A、B兩相阻值為500M，C相為2。首先用低壓脈沖法進(jìn)行測量全長，接好相A，波形呈水平，波的拐點(diǎn)變化明顯，其中對(duì)終

8、端共有兩次反射，極性相同，筆者量取兩次反射的間距，再除以2就是全長，即1792米。如圖4所示：圖4應(yīng)用低壓脈沖法測量全長的波形閃測儀接故障相C相，測量故障距離。低壓脈沖發(fā)所看到的波形極性相反，二次反射波形幅度減小，而且兩次反射的時(shí)間間隔相同，故障距離為1036米，如圖5所示。圖5應(yīng)用低壓脈沖法測量低阻故障的波形本著“一個(gè)故障，多法測量，相互印證”的電纜故障測試原則，為了進(jìn)一步驗(yàn)證，應(yīng)用高壓沖閃法進(jìn)行測試，波形如圖6所示，由于高壓脈沖波的衰減，所以波形整體像一個(gè)衰減的余弦振蕩，t0到t1表示故障點(diǎn)電離擊穿延時(shí)。測試端到故障點(diǎn)的距離為t1到t2或者是t3到t4所顯示的距離。測得故障距離為1075米

9、，與低壓脈沖法波形分析的距離相差29米，最后在這粗測的范圍內(nèi)進(jìn)行精確定位,找到了故障點(diǎn)。圖6應(yīng)用沖閃法測量故障距離通過例1說明了應(yīng)用低壓脈沖法測試時(shí)，低壓脈沖波對(duì)導(dǎo)體阻抗敏感性高，波形的產(chǎn)生是由于電纜不同的絕緣阻抗對(duì)脈沖信號(hào)的不同反射而形成，不同的故障性質(zhì)具有不同的反射波；而沖閃法的高壓沖擊波對(duì)波阻抗敏感性高，沖閃法波形的產(chǎn)生3，是由于當(dāng)故障點(diǎn)閃烙放電時(shí)，瞬間整條線路都為地電位，電纜和球間隙之間串接的電感線圈對(duì)突跳電壓有較大的阻抗，就形成了一些尖齒脈沖（拐點(diǎn)），疊加在衰減的余弦振蕩上形成。應(yīng)用沖閃法（電壓取樣）進(jìn)行，只要從第一回波的正突跳拐點(diǎn)算起直到第二回波的負(fù)突跳拐點(diǎn)這段距離就是故障點(diǎn)距離，

10、也就是找出波形相臨兩個(gè)脈沖的上突跳的拐點(diǎn)到下突跳拐點(diǎn)的間隔。例2：在沖閃法測試中的一個(gè)關(guān)鍵的問題是判斷故障點(diǎn)是否擊穿放電，其中例2這項(xiàng)工作使我們從中吸取了很深刻的教訓(xùn)。寶雞某廠電纜（ZLQ21-3*240mm28.7/10kV）發(fā)生接地故障，電纜長度為1975米，經(jīng)測量三相阻值均為5M，應(yīng)用沖閃法進(jìn)行測距，電壓在15kV左右，波形如圖7。圖7應(yīng)用沖閃法測量故障距離（電壓低，故障點(diǎn)未放電，顯示全長）“t0至t1”與“t1至t2”的距離均為1973米，接近電纜全長。于是應(yīng)用聲測法精確定位時(shí)，確實(shí)在電纜的另一側(cè)戶內(nèi)電纜終端頭處聽到了很小的聲音，和球間隙放電聲同頻率，就對(duì)戶內(nèi)電纜終端頭處產(chǎn)生了懷疑。但

11、是通過撒沙看有無振動(dòng)、手摸有無發(fā)熱、以及聲音幅度、頻率的辨別，確認(rèn)這是干擾定位的“異響”現(xiàn)象，不是故障點(diǎn)放電的聲音，原來是接地線接觸不好，形成電位差造成的放電現(xiàn)象。再次將電壓升高至26kV時(shí)，出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的沖閃法波形，故障點(diǎn)距離顯示675米，且容易識(shí)別，如圖8所示，定點(diǎn)挖出后，發(fā)現(xiàn)是電纜中間頭爆炸。圖8應(yīng)用沖閃法測量故障距離（升高電壓，故障點(diǎn)擊穿放電）對(duì)例2的分析：原來第一次測試的波形是電纜故障點(diǎn)沒有被擊穿，如果電纜沒有故障或沖擊電壓過低或儲(chǔ)能電容C過小，電纜就不會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象。而電纜故障點(diǎn)能否被擊穿僅取決于電纜上得到的沖擊電壓的高低，球間隙太小，擊穿時(shí)加到電纜上的電壓可能低到無法電離擊穿故障點(diǎn)

12、，這種情況下，球間隙看來是被擊穿了，但是電纜故障點(diǎn)并沒有被擊穿，因此就無階躍電壓反射回來，在屏幕上僅能看到負(fù)高壓在傳到電纜終端被反射的終端反射波，代表了電纜全長，無法測出故障距離。4結(jié)束語總之，電力電纜故障探測是一項(xiàng)技術(shù)性和經(jīng)驗(yàn)性都很強(qiáng)的工作，處處留心皆學(xué)問，只有掌握波形的形成原因，分析波形的突變拐點(diǎn)，及時(shí)準(zhǔn)確的進(jìn)行預(yù)定位，為故障的迅速處理贏得寶貴時(shí)間。參考文獻(xiàn)1 張棟國.電纜故障分析與測試M.北京：中國電力出版社，2005.2 張棟國，孫雷.電力電纜及其故障分析與測試M.西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1994：121159.3 畢國軒等.電力電纜故障原因分析及探測方法探討J.山西電力，2005，（4）：1618作者簡介白曉斌（1972-），男，工程師，西安交通大學(xué)工程碩士，研究方向：電纜故障測尋，寶雞供電局電纜工程公司工作。曹寶秦（1958-），男，電纜高級(jí)技師，寶雞供電局電纜專業(yè)技術(shù)專家，現(xiàn)任寶雞供電局電纜工程公司經(jīng)理。趙克壯（1965-），男，高級(jí)工程師，