電纜故障定位

1、電纜故障定位1、概述作為電能傳輸?shù)慕橘|(zhì)，電力電纜以其受環(huán)境影響小、可靠性高、占地少和美化城市等優(yōu)點(diǎn)而得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在電纜運(yùn)行過程中，由于絕緣老化變質(zhì)、過熱、過電壓、機(jī)械損傷、腐蝕、絕緣受潮等原因，會(huì)產(chǎn)生各種故障。電纜直埋于地下或電纜溝內(nèi)，故障后很難直接看到故障點(diǎn)，為了快速地查找故障點(diǎn)的位置、縮短故障修復(fù)時(shí)間，必須使用專用的電纜故障查找儀器和正確的方法。2、電纜故障類型判斷電力電纜故障的分類方法比較多，本文將電力電纜故障分為斷線故障、低阻故障和高阻故障三種類型。斷線故障即開路故障，指電纜各芯絕緣均良好，但有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體不連續(xù)。低阻故障即低電阻接地或短路故障，指電纜一芯或數(shù)芯對(duì)地絕緣電

2、阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于10Zc（Zc為電纜波阻抗，約為1050Q）,導(dǎo)體連續(xù)性良好高阻故障即高電阻接地或短路故障，指電纜一芯或數(shù)芯對(duì)地絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻低于正常值很多，但高于10Zc，且導(dǎo)體連續(xù)性良好。另外，泄漏性故障和閃絡(luò)性故障是高阻故障的兩種極端形式，在此歸結(jié)到高阻故障X疇。在進(jìn)行電纜絕緣預(yù)防性耐壓試驗(yàn)時(shí)，泄漏性故障的泄露電流隨試驗(yàn)電壓的升高而增大，直至超過泄露電流的允許值;閃絡(luò)性故障的泄露電流小而平穩(wěn)，但當(dāng)試驗(yàn)電壓升至某一值時(shí)，泄露電流突然增大并迅速產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿。據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力電纜在運(yùn)行中所發(fā)生的故障中，其中75%為高阻故障，60%以上的故障電阻達(dá)到兆歐級(jí)，預(yù)防性試驗(yàn)擊穿

3、的故障電阻不少于90%在兆歐級(jí)以上，一般常見的高阻故障有單相接地、兩相短路或接地等。國內(nèi)外對(duì)電力電纜的故障定位問題一直比較關(guān)注，并開發(fā)出一些故障定位方法。電力電纜故障定位主要有預(yù)定位（也稱為測(cè)距）和精確定位（也稱為定點(diǎn)）兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。3、故障預(yù)定位故障預(yù)定位是利用發(fā)射脈沖和故障點(diǎn)反射脈沖的時(shí)間差與故障點(diǎn)距離成正比的原理確定故障點(diǎn)的距離。由于脈沖波在電纜中傳播的實(shí)際速度很難精確確定，因此只能粗略測(cè)出故障點(diǎn)的大致位置，但可以大大縮小精確定點(diǎn)時(shí)的查找X圍。電力電纜故障預(yù)定位總體上可以分為兩大類:阻抗法和行波法。阻抗法測(cè)量從首端到故障點(diǎn)之間的阻抗，然后利用特定的故障定位方程進(jìn)行預(yù)定位。行波法測(cè)量波從首

4、端到故障點(diǎn)往返一次的時(shí)間，用這個(gè)時(shí)間乘以波傳播的速度就得到兩倍的故障距離。1阻抗法阻抗法包括電橋法和分布參數(shù)計(jì)算高阻故障法。電橋法用四臂電橋測(cè)出電纜芯線的直流電阻或交流電容，再準(zhǔn)確測(cè)量電纜實(shí)際長(zhǎng)度，按照電纜長(zhǎng)度與電阻或電容的正比例關(guān)系，計(jì)算出故障點(diǎn)。包括電阻電橋法、電容電橋法和高壓電橋法，分別測(cè)試低阻故障、斷線故障和高阻故障（高阻故障需燒穿）。分布參數(shù)計(jì)算高阻故障法以分布參數(shù)線路理論為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出故障測(cè)距方程，其原理簡(jiǎn)述為:對(duì)帶有高阻故障的電纜施加正弦高壓信號(hào)，使高阻故障點(diǎn)閃絡(luò)，此時(shí)故障點(diǎn)的高阻故障就變?yōu)殡娀‰娮?。因電弧呈現(xiàn)電阻性，流過故障點(diǎn)的電流和故障點(diǎn)兩端的電壓同相位，采集線路首端的電壓與

5、電流后，基于分布參數(shù)線路理論就可以求出沿線路各點(diǎn)的電壓與電流，從而定位故障點(diǎn)。2行波法行波法包括駐波法和現(xiàn)代法。駐波法是將電力電纜作為高頻傳輸線，利用傳輸線上的駐波諧振現(xiàn)象對(duì)電纜的斷線故障和相間或相對(duì)地電阻值較低的一類故障進(jìn)行測(cè)量，目前已很少使用?，F(xiàn)代法（也稱脈沖反射法）包括低壓脈沖反射法（也稱為雷達(dá)法）、高壓脈沖電流法（包括直閃法和沖閃法卜高壓脈沖電壓法（包括直閃法和沖閃法）和二次脈沖法。低壓脈沖反射法適用于低阻故障和斷線故障，并可測(cè)試電纜的全長(zhǎng)和行波在電纜中的傳播速度。高壓脈沖電流法、高壓脈沖電壓法和二次脈沖法適用于高阻故障。低壓脈沖反射法向故障電纜注入一個(gè)低壓脈沖使其在電纜中傳播，記錄發(fā)

6、射脈沖和故障點(diǎn)反射脈沖之間的時(shí)間差t,已知脈沖在電纜中的波速度為v,則測(cè)量端到故障點(diǎn)的距離LLx高壓脈沖電壓法（也稱為閃測(cè)法）由直流高壓或脈沖高壓信號(hào)擊穿電纜故障點(diǎn)，利用放電電壓脈沖在測(cè)量端與故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間來測(cè)距。高壓脈沖電流法采用線性電流耦合器采集電纜中的電流行波信號(hào)，將電纜故障點(diǎn)用高電壓擊穿，使用儀器采集并記錄擊穿故障點(diǎn)所產(chǎn)生的電流行波信號(hào)，通過分析判斷電流行波信號(hào)在測(cè)量端與故障點(diǎn)往返一次所需要的時(shí)間來計(jì)算故障距離。4、精確定點(diǎn)在測(cè)量出電纜的故障距離和路徑后，就可以根據(jù)路徑和距離找到故障點(diǎn)的大概方位，但由于波速的原因，該方位和實(shí)際故障點(diǎn)的位置還存在一定的偏差，因此必須進(jìn)行最后一步

7、:精確定點(diǎn)。最常見的精確定點(diǎn)方法是聲磁同步法和音頻感應(yīng)法。1聲磁同步法向故障相電纜中加高壓脈沖信號(hào)，故障點(diǎn)擊穿后沖擊放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生聲音信號(hào)，同時(shí)放電電流會(huì)在電纜周圍產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)信號(hào)，傳感器感應(yīng)到聲音和磁場(chǎng)信號(hào)并記錄下來。由于磁場(chǎng)信號(hào)的傳播速度接近光速（30萬千米/小時(shí)），遠(yuǎn)大于聲音信號(hào)，因此其從故障點(diǎn)傳播到傳感器所用的時(shí)間可忽略不計(jì)。這樣，同時(shí)產(chǎn)生的聲音信號(hào)和磁場(chǎng)信號(hào)傳到傳感器的時(shí)間差近似等于聲音信號(hào)從故障點(diǎn)傳到傳感器的時(shí)間，該時(shí)間乘以聲音的傳播速度即為故障點(diǎn)到傳感器的距離。由于地下填埋物不同以與埋設(shè)的松軟程度不同等原因，聲音在地下傳播的速度也不同且很難確定，根據(jù)聲磁時(shí)間差無法確定故障點(diǎn)與傳感器

8、的距離。實(shí)際測(cè)試時(shí)，傳感器檢測(cè)到的最小聲磁時(shí)間差的點(diǎn)，就是距離故障點(diǎn)最近的點(diǎn)，即故障點(diǎn)在傳感器的正下方。2音頻感應(yīng)法當(dāng)故障點(diǎn)接地電阻小于10歐姆或?yàn)榻饘傩远搪窌r(shí)，沖擊放電聲音很微弱，用音頻感應(yīng)法很難捕捉到聲音信號(hào)，這種情況可以使用音頻感應(yīng)法。同用音頻感應(yīng)法探測(cè)電纜路徑的原理一樣，向故障電纜加入特定頻率的音頻信號(hào)，在電纜周圍會(huì)產(chǎn)生同頻率的磁場(chǎng)信號(hào)，感應(yīng)線圈感應(yīng)該信號(hào)并轉(zhuǎn)換為聲音信號(hào)。由于故障點(diǎn)處電阻較小，音頻信號(hào)在該處形成回路，因此音頻信號(hào)在故障點(diǎn)形成的磁場(chǎng)強(qiáng)度最大。在故障點(diǎn)前沿著電纜路徑移動(dòng)時(shí)會(huì)聽到有規(guī)律的、強(qiáng)度相等的音頻信號(hào)，而在故障點(diǎn)上方聲音會(huì)突然增強(qiáng)數(shù)倍，故障點(diǎn)之后聲音又會(huì)明顯變?nèi)?，?jù)此

9、可以找出故障點(diǎn)。5、故障測(cè)試設(shè)備1便攜式綜合測(cè)試儀目前這種設(shè)備的組成形式大概有兩類:一類是采用低壓脈沖反射法、高壓脈沖電流法與二次脈沖法三種方法測(cè)試故障距離，采用聲磁同步法探測(cè)故障點(diǎn)位置的儀器;一類是采用低壓脈沖反射法和高壓脈沖電壓法兩種方法測(cè)試故障點(diǎn)的距離，采用聲測(cè)法探測(cè)故障點(diǎn)位置的儀器。定點(diǎn)時(shí)主要通過耳機(jī)監(jiān)聽故障的放電聲音來判斷故障點(diǎn)的位置，測(cè)試精度相對(duì)要差。2低檔的測(cè)試設(shè)備用電橋法測(cè)距或者根本不測(cè)距，直接用聲測(cè)法或跨步電壓法對(duì)故障電纜進(jìn)行故障定點(diǎn)。這種設(shè)備主要用來測(cè)試直埋電纜的開放性故障，價(jià)格較便宜，其故障測(cè)試技術(shù)有一定的局限性，只能解決一部分故障測(cè)試。3電纜測(cè)試車這是一種綜合性比較強(qiáng)的組合設(shè)備，它采用低壓脈沖反射法、高壓脈沖電流法與二次脈沖法或多次脈沖法等幾種方法測(cè)試故障距離，采用