高壓電纜主絕緣故障預(yù)定位、精確定位方法、典型故障波形、檢測(cè)與定位測(cè)試記錄

附錄.A（資料性附錄）主絕緣故障預(yù)定位方法A.1 電橋法 測(cè)試設(shè)備要求最高輸出電壓：不低于10kV。短路電流：短路電流不低于10mA。預(yù)定位精度：±（0.2%·L+1）m，L為電纜全長(zhǎng)。 測(cè)試設(shè)備要求在測(cè)試端，將電橋測(cè)量首端接故障相導(dǎo)體X，測(cè)量末端接非故障相導(dǎo)體M（絕緣良好相），在電纜末端將故障相導(dǎo)體Y端與非故障相導(dǎo)體N端用低阻短接線短接，如圖A.1所示。ZGH—直流高壓恒流源； r—比例臂電阻； G—檢流計(jì)；F—故障點(diǎn)；TA-測(cè)量首端；TB-測(cè)量末端；LRSL-低阻短接線；圖A.1電橋法接線及原理示意圖工作時(shí)，ZGH輸出高壓，待電流穩(wěn)定后打開(kāi)電橋，調(diào)節(jié)電橋平衡。電橋平衡時(shí)，與故障相串接的平衡橋臂電阻值為??，與非故障相串接的平衡橋臂電阻值為??，r1可由設(shè)備千分度盤（與比例臂電12r1 r2阻連動(dòng)）讀取。故障點(diǎn)到測(cè)試端的距離為：r1Lx 2L 2L P‰r1 r2式中：L為電纜全長(zhǎng)，因非故障相參與電橋平衡，計(jì)算中要 2倍電纜長(zhǎng)度；P‰為電橋平衡時(shí)千分度盤讀數(shù)；??為測(cè)試端到故障點(diǎn)的距離。??注意：對(duì)于同溝多回路電纜，該方法會(huì)受到臨近回路運(yùn)行電纜感應(yīng)電壓干擾，不易平衡，甚至無(wú)法定位。A.2 電壓降法 測(cè)試設(shè)備要求最高輸出電壓：不低于3kV。短路電流：不低于100mA。預(yù)定位精度：±（0.2%·L+1）m，L為電纜全長(zhǎng)。 測(cè)試原理與電橋法相比， 電壓降法可以避免工頻感應(yīng)電壓的干擾， 特別適合于高電壓、大截面、 大長(zhǎng)度輸電復(fù)雜電纜系統(tǒng)的主絕緣故障定位。電壓降法分兩步進(jìn)行，如圖 A.2（a）和（b）所示。設(shè)備測(cè)量首端接故障相導(dǎo)體 X，測(cè)量末端接非故障相導(dǎo)體 M端（絕緣良好相）。（a）電壓降法第一步（b）電壓降法第二步ZGH—高壓恒流源； R—限流電阻；K1、K2為繼電器；ISAM-電流采集單元； USAM—電壓降采集單元；M-中央處理單元； TA-測(cè)量首端；TB-測(cè)量末端；SL-短接線；EL-接地線圖A.2電壓降法接線及原理示意圖第一步K12SL連接，故障相導(dǎo)體線芯通過(guò)接地線EL接地?cái)嚅_(kāi)，K閉合、遠(yuǎn)端導(dǎo)體線芯通過(guò)短接線（注意SL、EL與故障相導(dǎo)體遠(yuǎn)端Y的接觸點(diǎn)必須分開(kāi)）。加壓測(cè)得U2、I2，計(jì)算電纜全長(zhǎng)電阻；第二步K1斷開(kāi)、K2閉合、接地線EL懸空或拆除，加壓測(cè)得U1、I1，計(jì)算故障相測(cè)試端到故障點(diǎn)的導(dǎo)體電阻。電阻值正比于電纜長(zhǎng)度，可得故障距離為：U1LxI1L（I1I2）U2I2或LxU1L（I1I2）U2式中：U1、I1為測(cè)試端到故障點(diǎn)的電壓降及電流；U2、I2為電纜全長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的電壓降及電流；為電纜全長(zhǎng)；Lx為電纜始端到故障點(diǎn)距離。A.3 截面法 測(cè)試設(shè)備要求最高輸出電壓：不低于3kV。短路電流：不低于100mA。預(yù)定位精度：±（3%·L）m，L為電纜全長(zhǎng)。 測(cè)試原理。以5.2電壓降法計(jì)算測(cè)量首端到故障點(diǎn)的導(dǎo)體電阻，選取電纜導(dǎo)體截面標(biāo)稱值，通過(guò)電阻直接計(jì)算故障距離。測(cè)試原理及接線如圖5-2（b）。截面法故障距離計(jì)算公式：U1 SLxI1式中：U1、I1為測(cè)試端到故障點(diǎn)的電壓降及電流；S為被測(cè)電纜導(dǎo)體截面積；為被測(cè)電纜導(dǎo)體材料電阻率。A.4 基于電壓降的電橋法 測(cè)試設(shè)備要求最高輸出電壓：不低于3kV。短路電流：不低于100mA。預(yù)定位精度：±（0.2%·L+1）m，L為電纜全長(zhǎng)。

測(cè)試原理當(dāng)遠(yuǎn)端方便將兩相電纜導(dǎo)體短接時(shí)，可采用基于電壓降的電橋法，只需測(cè)試一次。如圖A.3所示。設(shè)備測(cè)量首端接故障相導(dǎo)體X，測(cè)量末端接非故障相導(dǎo)體M（絕緣良好相）。通過(guò)低阻短接線將故障相和非故障相導(dǎo)體短接；或利用銅排通過(guò)GIS地刀接線端將故障相和非故障相電纜導(dǎo)體短接。圖A.3基于電壓降的電橋法接線及原理示意圖工作時(shí)，K21斷開(kāi)，測(cè)得U1、I1，計(jì)算故障相測(cè)試端到故障點(diǎn)的導(dǎo)體電阻；21閉合，KK斷開(kāi)，K閉合，測(cè)得U2、I2，計(jì)算非故障相測(cè)試端經(jīng)遠(yuǎn)端短接線到故障點(diǎn)的導(dǎo)體電阻。電阻值正比于電纜長(zhǎng)度，可得故障距離為：U1LxI12L（I1I2）U1U2I1I2或LxU12L（I1I2）U1U2式中：U1、I1為故障相導(dǎo)體測(cè)試端到故障點(diǎn)的電壓降及電流；U2、I2為非故障相導(dǎo)體測(cè)試端經(jīng)遠(yuǎn)端短接線到故障點(diǎn)的電壓降及電流；為電纜全長(zhǎng)；Lx為測(cè)試端到故障點(diǎn)距離。A.5 低壓脈沖法 測(cè)試設(shè)備要求發(fā)射脈沖輸出電壓幅值：不低于30V。發(fā)射脈沖脈寬：50ns-10μs隨測(cè)量范圍自動(dòng)變化，也可手動(dòng)選擇。最大測(cè)量范圍：50km（v=160m/μs）。預(yù)定位精度：±(0.2%L+移動(dòng)光標(biāo)步長(zhǎng)）m(v=160m/μs)。實(shí)時(shí)采樣率：不低于100MHz。 測(cè)試原理將電纜金屬套全線分相連通再按技術(shù)要求接地。被測(cè)電纜注入低壓脈沖信號(hào)，發(fā)射脈沖以恒定速度沿電纜傳播，遇到阻抗突變點(diǎn)，如短路、開(kāi)路、中間接頭等等，脈沖產(chǎn)生反射，傳播到測(cè)試端，儀器記錄下發(fā)射脈沖與反射脈沖波形并自動(dòng)計(jì)算二者之間的時(shí)間 Δt，Δt的一半乘以脈沖在電纜傳播的速度 （行波速度），計(jì)算出故障點(diǎn)距測(cè)試端的距離。測(cè)試時(shí) TDR設(shè)備測(cè)量端接故障相導(dǎo)體，屏蔽端接金屬套（所測(cè)線路的金屬套首尾分相連通） ，測(cè)試低壓脈沖波形。原理如圖 A.4。圖A.4低壓脈沖法接線及測(cè)量示意圖1x t2式中 ：c行波速度， ；rc—光速，c=300m/μs；—材料的相對(duì)介電常數(shù)。A.6 直閃法（衰減法） 測(cè)試設(shè)備要求電源最高輸出電壓：不低于30kV。限流保護(hù)：有。TDR預(yù)定位精度：±(0.2%L+移動(dòng)光標(biāo)步長(zhǎng)）m(v=160m/μs)。d) TDR實(shí)時(shí)采樣頻率：不低于 100MHz。TDR最大測(cè)量范圍：50km（v=160m/μs）。 測(cè)試原理直閃法（衰減法）只能測(cè)試閃絡(luò)性故障， 一般用于測(cè)量高殘壓的閃絡(luò)性擊穿故障， 即故障點(diǎn)電阻極高，脈沖電壓下很難擊穿的故障。一些故障點(diǎn)經(jīng)幾次閃絡(luò)放電后， 故障點(diǎn)電阻下降，不能再用直閃法測(cè)試。在電纜故障相導(dǎo)體與金屬套之間施加直流高壓， 使故障點(diǎn)擊穿。故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電壓、 電流行波，在測(cè)量端與故障點(diǎn)之間來(lái)回反射， 并在測(cè)量端產(chǎn)生電流行波信號(hào)， 使用線性電流耦合器獲取該電流行波信號(hào)，并用儀器采集、記錄下來(lái)，通過(guò)測(cè)量擊穿脈沖在測(cè)試端與故障點(diǎn)之間時(shí)間差 Δt，根據(jù)公式x1A.5。tv，可得出故障點(diǎn)距測(cè)試端的距離。測(cè)試及接線原理如圖2T1—自耦調(diào)壓器； T2—升壓變壓器； R—限流電阻； D—高壓整流硅堆；C—高壓脈沖電容器； LH—線性電流耦合器； G—放電裝置（處于閉合狀態(tài)） ；TDR—脈沖電流采集器圖A.5直閃法接線及測(cè)試原理示意圖A.7 沖閃法（脈沖電流法） 測(cè)試設(shè)備要求電源最高輸出電壓：不低于30kV。限流保護(hù)：有。電源最大脈沖能量：不低于1800J。TDR預(yù)定位精度：±(0.2%L+移動(dòng)光標(biāo)步長(zhǎng)）m(v=160m/μs)。e) TDR實(shí)時(shí)采樣頻率：不低于 100MHz。f) TDR最大測(cè)量范圍： 50km（v=160m/μs）。 測(cè)試原理沖閃法（脈沖電流法）一般用于高阻故障和能形成擊穿的閃絡(luò)性故障。 在電纜故障相導(dǎo)體與金屬套之間施加脈沖高壓， 使故障點(diǎn)擊穿。 故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電流行波， 在測(cè)量端與故障點(diǎn)之間來(lái)回反射， 使用線性電流耦合器獲取該電流行波信號(hào)， 并用儀器采集、記錄下來(lái)，通過(guò)測(cè)量擊穿脈沖在測(cè)量端與故障點(diǎn)之間時(shí)間差t，根據(jù)公式x1tv，可得出測(cè)試端到故障點(diǎn)的距離，如圖A.6。2圖A.6沖閃法接線及測(cè)試原理示意圖A.8 二次脈沖法/多次脈沖法/穩(wěn)定電弧法 測(cè)試設(shè)備要求電源最高輸出電壓：不低于30kV。限流保護(hù)：有。電源最大脈沖能量：不低于1800J。TDR預(yù)定位精度：±(0.2%L+移動(dòng)光標(biāo)步長(zhǎng)）m(V=160m/μ。s)e) TDR實(shí)時(shí)采樣頻率：不低于 100MHz。TDR最大測(cè)量范圍：50km（V=160m/μ）s。 測(cè)試原理故障定位電源給高阻或閃絡(luò)性故障施加脈沖高壓， 使故障點(diǎn)燃弧放電，此時(shí)故障性質(zhì)變成低阻短路。在燃弧同時(shí)，通過(guò)耦合器向故障電纜注入低壓脈沖信號(hào)， 記錄故障點(diǎn)低阻反射脈沖信號(hào)。 在故障電弧熄滅后，再次記錄低壓脈沖反射波形 （無(wú)放電時(shí)的波形），將2個(gè)波形重疊比較，在故障點(diǎn)處有明顯分叉，軟件自動(dòng)計(jì)算波形分叉點(diǎn)到測(cè)試端時(shí)間Δt，根據(jù)公式x1tv，可得出故障點(diǎn)距測(cè)試端的距離。2利用兩次波形比較，故障點(diǎn)容易判別。二次脈沖法、多次脈沖法和穩(wěn)定電弧法的區(qū)別在于其燃弧時(shí)間的原理不同。

如圖

A.7為穩(wěn)定電弧法的原理示意圖。AD—穩(wěn)弧延弧裝置； CP—脈沖耦合裝置圖A.7穩(wěn)定電弧法接線及原理示意圖A.9 燒弧降阻法 測(cè)試設(shè)備要求最高輸出電壓：不低于60kV。短路電流：不低于500mA。c) 最大輸出功率：不低于

600W。

測(cè)試原理當(dāng)故障點(diǎn)殘壓（擊穿電壓）高于電纜故障定位電源的最高輸出電壓時(shí)， 需要更高電壓的電源設(shè)備進(jìn)行燒弧降阻。燒穿電源采用高、低壓關(guān)聯(lián)輸出，高壓輸出起到點(diǎn)火作用，擊穿故障點(diǎn)，以形成電流通路，開(kāi)始燃弧，故障點(diǎn)發(fā)熱并逐漸形成碳化通道，故障點(diǎn)殘壓逐漸降低； 當(dāng)殘壓降低到低壓輸出的電壓值時(shí)， 低壓大電流輸出回路開(kāi)始工作，快速將故障電阻燒成低阻，如圖 A.8。圖A.8燃弧降阻法接線示意圖A.10電橋法測(cè)護(hù)層故障 測(cè)試設(shè)備要求最高輸出電壓：不低于10kV。短路電流：不低于10mA。預(yù)定位精度：±（0.2%·L+1）m，L為該段電纜長(zhǎng)度。 測(cè)試原理采用電橋法預(yù)定位護(hù)層故障的原理與主絕緣故障定位類似。 被測(cè)電纜和輔助電纜的導(dǎo)體線芯均接地，設(shè)備測(cè)量首端接故障相金屬套， 測(cè)量末端接非故障相金屬套（護(hù)層絕緣良好相）， 故障相與非故障相金屬套的末端用低阻短接線短接，如圖 9所示。圖A.9電橋法護(hù)層故障預(yù)定位接線原理示意圖同理，故障點(diǎn)到測(cè)試端的距離為：r1Lx 2L 2L P‰r1 r2式中：為電纜全長(zhǎng)；‰為電橋平衡時(shí)千分度盤讀數(shù)；??為故障點(diǎn)工程到測(cè)試端距離。??注意：對(duì)于同溝多回路電纜， 該方法同樣會(huì)受到臨近回路運(yùn)行電纜感應(yīng)電壓干擾，不易平衡，甚至無(wú)法定位。A.11電壓降法測(cè)護(hù)層故障 測(cè)試設(shè)備要求最高輸出電壓：不低于5kV。短路電流：不低于100mA。預(yù)定位精度：±（0.2%·L+1）m，L為該段電纜長(zhǎng)度。 測(cè)試原理與電橋法相比，電壓降法可以避免工頻感應(yīng)電壓的干擾。被測(cè)電纜和輔助電纜的導(dǎo)體線芯均接地，設(shè)備測(cè)量首端接故障相金屬套 X，測(cè)量末端接非故障相金屬套 M（護(hù)層絕緣良好相），故障相與非故障相金屬套的末端（Y和N）用低阻短接線短接。工作時(shí)，K閉合，K打開(kāi)，測(cè)得U1、I1；K打開(kāi)，K2121閉合，測(cè)得U2、I2，如圖10所示。圖A.10基于電壓降法的電橋法護(hù)層故障預(yù)定位接線原理示意圖根據(jù)電纜長(zhǎng)度與金屬套電阻成正比，可得故障距離為：U1LxI12L（I1I2）U1U2I1I2或LxU12L（I1I2）U1U2儀器自動(dòng)根據(jù)電壓、電流計(jì)算并顯示故障距離百分比和故障點(diǎn)距離測(cè)試端距離。附錄.B（資料性附錄）故障精確定位方法B.1

聲磁同步法

測(cè)試設(shè)備要求聲磁信號(hào)時(shí)間差精度：

0.1ms。

測(cè)試原理采用電纜故障定位電源對(duì)故障相施加高壓脈沖， 使故障點(diǎn)放電而產(chǎn)生聲音信號(hào)與磁場(chǎng)信號(hào)。 沿電纜路徑使用定點(diǎn)儀以接收磁場(chǎng)信號(hào)為基準(zhǔn)， 同步接收并記錄故障點(diǎn)放電產(chǎn)生的聲音信號(hào)， 測(cè)出兩者之間的時(shí)間差，時(shí)間差最小點(diǎn)即為故障點(diǎn)位置，如圖 B.1。圖B.1 聲磁同步法故障定點(diǎn)試驗(yàn)示意圖B.2 跨步電壓法 測(cè)試設(shè)備要求測(cè)量靈敏度： 0.10μV未(放大)；0.30μV（放大）。

測(cè)試原理在金屬套和大地間注入脈動(dòng)電流，當(dāng)金屬套對(duì)大地產(chǎn)生泄漏時(shí)，會(huì)在地面上故障點(diǎn)周圍產(chǎn)生漏斗狀電位分布。沿電纜路徑用電位差計(jì)可測(cè)得信號(hào)的幅度和方向，在故障點(diǎn)前后，電位差計(jì)指針?biāo)傅姆较蛳喾?，?dāng)電位差計(jì)剛好跨在故障點(diǎn)兩側(cè)，電位差計(jì)指示值幾乎為零，找到電纜的故障點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)精確定位。由于測(cè)量的是地面兩點(diǎn)間的電位差，通常稱跨步電壓。加大脈動(dòng)電流信號(hào)可有效提高電位差計(jì)的抗干擾性能?？绮诫妷悍ü收隙c(diǎn)試驗(yàn)示意如圖B.2。圖B.2跨步電壓法故障定點(diǎn)試驗(yàn)示意圖B.3 磁場(chǎng)法(音頻法) 測(cè)試設(shè)備要求定點(diǎn)精度：電纜敷設(shè)深度的 50%。 測(cè)試原理通過(guò)電纜故障定位電源對(duì)故障電纜施加脈沖信號(hào)，攜定點(diǎn)儀器沿電纜路徑正上方移動(dòng)，在擊穿點(diǎn)前，由于來(lái)回電流大小相同，方向相反，溢出的磁場(chǎng)很??；至擊穿點(diǎn)，為電流的折返點(diǎn)，有徑向大電流，產(chǎn)生放射狀磁場(chǎng)，磁場(chǎng)信號(hào)增大，跨過(guò)擊穿點(diǎn)，信號(hào)明顯減小。而在臨近電纜的平行線上，沿電纜路徑巡測(cè)時(shí)，磁場(chǎng)信號(hào)幅值較小，數(shù)值變化不明顯，如圖 B.3。圖B.3被測(cè)電纜及臨近電纜的磁場(chǎng)分布B.4 溫升法 測(cè)試設(shè)備要求溫度測(cè)量分辨力：0.1℃溫度測(cè)量范圍：0-120℃

測(cè)試原理對(duì)電纜故障相施加較大電流，的地方，則可能是電纜故障點(diǎn)。使用。如圖B.4所示

令故障點(diǎn)發(fā)熱，采用紅外熱像儀查找故障電纜表面溫度高于其他區(qū)域該方法須排除由于其他原因引起的溫升， 并且在電纜可見(jiàn)的情況下才能IR-紅外熱成像儀圖B.4 溫升法確定可見(jiàn)電纜故障點(diǎn)示意圖附錄.C（資料性附錄）典型故障波形C.1 低壓脈沖法典型測(cè)試波形（a）完好電纜終端開(kāi)路波形（b）并聯(lián)故障中間低阻波形（c）并聯(lián)故障中間短路波形（d）開(kāi)路故障中間低阻波形（e）開(kāi)路故障中間開(kāi)路（f）中間接頭圖C.1低壓脈沖法典型測(cè)試波形C.2 直閃法典型測(cè)試波形圖C.2直閃法脈沖電流波形C.3 沖閃法典型測(cè)試波形（a）沖閃法脈沖電流波形（b）故障點(diǎn)未擊穿脈沖電流波形 （c）長(zhǎng)放電延時(shí)脈沖電流波形（d）脈沖電流波形（設(shè)置采樣延時(shí)）

（e）短電纜脈沖電流波形圖C.3沖閃法脈沖電流波形圖C.3（a）沖閃法脈沖電流波形，第一