电缆测距资料

一、国内外电缆故障测试发展过程；电力电缆故障按性质可分为串联（断线）故障及并联（短路）故障两种，后者按绝缘外是否有金属护套或屏蔽可分为主绝缘故障（外有金属屏蔽），外皮（外护套）故障（无金属屏蔽）的故障。主绝缘故障根据测试方法不同，按故障点的绝缘电阻Rf大小可分为①金属性短路（低阻）故障，其中Rf不同仪器及方法选择各不同，一般Rf10Z0（Z0为电缆波阻抗）,②高阻故障,③间歇（闪络）故障三种。三者之间没有绝对的界限，主要由现场试验方法区分，与设备的容量及内阻有关。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。烧穿方法对电缆主绝缘有不良影响，现已很少使用。之后出现了直流闪测法和冲击闪测法，分别测试间歇故障及高阻故障，两者都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，盲区比电流法少一倍，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，主要有西安四方、山东科汇、武汉高压所等产品。高压电流、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，且应用十分丰富经验，但仪器有盲区，且波形有时不够明显，靠人为判断，有时未能成功，仪器的精度及误差相对较大。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，结合高压发生器发射冲击闪络技术，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，非常容易判断故障点（击穿点）位置。二次脉冲法的出现，使得电缆高阻故障测试变得十分简单，成为最先进的测试方法，但国内尚未见到新方法的设备。对于二次脉冲法，无论是奥地利的Baur公司，还是德国Seba公司的产品原理是一样的，只是在实现上有差异：前者强调起弧与触发脉冲配合，由内部通信装置对冲击电流进行阻尼，同时也增加了冲击电流的冲击宽度来实现；而后者则采用专门稳弧仪，强调延长电弧时间，保证低压脉冲在起弧期间到达。国外相比国内采用的高压电流或电压法测试仪与相比具有以下优点：（1）一体化设计，结构紧凑（compact），只要接入电源，接好地线，连接被测电缆即可进行各种测试方法的操作，接线简单，切换容易，安全可靠（2）自动化程度高，实现自动匹配、自动保护、自动判断、自动计算，并可以进行打印或将图形存入软盘，在计算机进行数据分析（3）无盲区问题：考虑到仪器本身的馈线以及外接的高压电缆引线长度，因此进行仪器调试时，引入“tm”测试，首先测试每种方法中的脉冲波经过仪器到达引线末端所经历的时间“tm”值，并输入记忆的系统中；测试电缆时，仪器会自动将原点（起点）定在该方法的“tm”时刻处，因“tm”为定值与波速度选择无关，无论波速度选多少，同一种方法中脉冲在仪器本身及引线所经历的时间“tm”是不变的；所测波形中tm时刻点即为所测电缆的始端，因此测量时没有盲区的概念（4）精度高：自动化程度高、精确，操作简单，克服了电流、电压冲击法的不足，有效解决了高阻故障测试的困难，只要波速度选择正确，测量结果非常准确。国内的故障测试仪器在技术上已达到较高的水平，但仪器的精度以及全套系统整体细致设计均未及进口设备，特别是简单的机械质量（接线、焊接、表面工艺粗糙）方面未能令人满意。电力电缆故障定位系统经过三四十年的发展，不管国内、国外，目前都是以高压冲击法作为主测方法。国内生产厂家较多，国外也是厂家众多，主要集中在美国、德国、奥地利、英国、瑞士、俄罗斯、南非等国家。目前已形成：一体化、自动控制化、冲击电容分档化的趋势及现状。例如：美国Megger的PFL系列电缆故障定位系统、美国Von的XF系列电缆故障定位系统、德国SebaKMT的SFX系列电缆故障定位系统、德国Intereng的PS系列电缆故障定位系统、奥德利Baur的Syscompact系列电缆故障定位系统、瑞士Hipotronics的CF系列电缆故障定位系统......等等，都是按照此原则设计制造。目前国外一些公司在不断开发新的测试方法同时引入了计算机技术，将电缆的运行管理，故障测试与GIS（地信息系统）结合起来。在GIS中已输入各电缆的资料信息，在故障测试时，将测试结果与GIS数据库相连，仪器所测的故障点位置自动在GIS系统中显示出来，GIS将通过全球定位系统（GPS）将故障点位置与实际位置对应起来实现故障自动定位，但这必须有非常完善的基础资料以及软硬件支持。目前日本部分重要的电缆电缆装有自动监测及故障测试系统，一旦出故障，监测系统会测出电缆的故障位置自动发射给GPS全球定位系统，，用户终端即可知道故障实际位置。实现全自动化管理这对硬件要求更高。在线监测及全自动测试是未来电缆故障测试的发展趋势。包括对电缆状态及与运行时出故障的自动定位测试将电缆的GIS与GPS联合应用，实现实时、动态的监测测试及将是未来的发展趋势。电缆故障查找测试的几种工作原理不同种类的故障查找方法详细阐述某一特殊故障查找过程。二．电缆故障查找测试的几种工作原理1、阻抗法故障测距电缆故障测距中,我们将利用电力故障发生后的工频分量等电气量,在没有调制雷达等系统的帮助下直接计算出故障阻抗或者故障阻抗占总阻抗百分比的方法称为阻抗法故障测距.从原理上看,阻抗法故障测距是通过采集电力事故后,电缆一端或者两端的录波装置记录的故障电气量数据,通过运用阻抗原理,设定并联立多个故障电压电流方程,计算出故障点处的电压值,从而推出故障点位置。根据计算过程的不同，阻抗法故障测距又可以分为解微分方程阻抗测距和工频基波分量阻抗测距[14]。1.1工频分量阻抗法测距工频分量阻抗法测距的原理可以简化为如下过程。首先通过采集电力故障后母线上的相关电气量利用数字滤波技术计算出工频分量。然后利用得到的工频分量可以求出故障处阻抗分量。从而进一步求出故障距离。1.2解微分方程测距故障发生后，故障点所在位置与电缆两端的距离与电缆两端采集到的电压量、电流量分别呈现出一种函数关系。通过计算机模拟可以列出多个包含故障距离的平衡方程。联立多个平衡方程并求解即可求出故障点距离。2.故障分析法测距故障分析法测距是根据电缆两端到故障点的故障电压相等以及电缆阻抗与距离成正比等原理，利用故障录波装置所记录到的故障电气量构造多个平衡方程，分析计算出故障点距离。其实质是，当电缆参数确定的情况下，电缆上任一测量点的电压和电流都与该点到故障点的距离成函数关系。因此只需要利用多组数据通过短路电流的逆运算就可分析得到故障点位置。2.2.1工频向量法工频向量法中，我们将实际电缆中的工频电压、工频电流等工频量作为输入量。经过一系列的离散傅里叶变换，将输入量中的基波整数次谐波分量和直流分量全部滤除掉。然后再充分运用故障录波数据分析，这样计算得到的结果精度较高。2.2.2单端电气量法单端气量法即利用电缆线路一侧的电气量等相关参数，充分运用故障分析法，求出故障距离。2.2.3双端电气量法双端电气量法相对于单端电气量法采用电路两端的电压和电流等相关电气量数据，然后再充分运用故障分析法求得故障距离。其优点在于从原理上消除了对端系统阻抗和过渡性阻抗的影响。因此测量精度相比单端电气量法有所提高。同时依据双端电气法中采用对端的电气量的不同，可将双端电气量法分为两类：两端电流一端电压测距法和两端电流两端电压测距法。三．不同种类的故障查找方法根据故障电阻与击穿间隙情况，电缆故障可分为低阻、高阻、开路与闪络性故障。1.低电阻接地或短路故障：电缆电缆一相导体对地或数相导体对地或数相导体之间的绝缘电阻低于正常阻值较多，电阻值低于10Zc（Zc为电缆电缆波阻抗），而导体连续性良好。常见类型有单相接地、两相短路、两相短路接地、三相短路接地等。2.高电阻接地或短路故障：与低电阻接地或短路故障相似，但区别在于接地或短路的电阻大于10Zc而芯线连接良好。常见类型有单相接地、两相短路、二相短路接地、三相短路接地等。开路故障：电缆各相导体的绝缘电阻符合规定，但导体的连续性试验证明有一相或数相导体不连续，或虽未断开但工作电压不能传输到终端，或虽然终端有电压但负载能力较差。常见类型有单相断线、两相断线、三相断线。闪络故障：低电压时电缆绝缘良好，当电压升高到一定值或在某一较高电压持续一定时间后，绝缘发生瞬时击穿现象。常见类型有单相剐络、两相闪络、三相闪络。根据不同性质的故障，电缆故障的测距采用不同的方法。目前主要有电桥法和根据行波原理发展的低压脉冲反射法、脉冲电压法、脉冲电流法、二次脉冲法。电桥法测试电缆受条件限制较多，对于高阻故障无法进行测试。随着新技术的不断进步，现在现场上电桥法用得越来越少。（一）低压脉冲反射法通过计量发射脉冲和故障点反射脉冲之间的时间差△t来测取故障距离。若设脉冲电波在电缆中的传播速度为v，则电缆故障距离S可由下式计算：S=0.5v△t。低压脉冲反射法适于测定电缆的低阻和开路故障，也可用于校对电缆的全长和显示电缆中间接头的位置，还可用于测定电缆的波传播速度，测量准确率较高，应用较广。（二）脉冲电压法又称闪测法，是20世纪70年代发展起来的用于测量高阻与闪络性故障的方法。该方法首先将电缆故障点在直流高压（直闪法）或冲击高压（冲闪法）信号下击穿，然后记录下放电脉冲在测量点与故障点往返一次所需的时间，再根据电波在电缆中的传播速度，就可算出故障点的距离。该方法测试速度快，波形清晰易判。但其接线复杂，分压过大时对人和仪器有危险。（三）脉冲电流法这是20世纪80年代初发展起来的一种测试方法，以安全、可靠、接线简单等优点显示了强大的生命力。它与脉冲电压法大致相同，区别只在于：脉冲电流法是通过一线性电流藕合器来测量电缆故障击穿时产生的电流脉冲信号。脉冲电流法也包括直闪法和冲闪法两种类型。直闪法用于测量闪络性高阻故障；而冲闪法主要用于测量泄漏性高阻故障，也可测量闪络性高阻故障。直闪法测量电缆中包括：电流耦合器、调压器、高压试验变压器、整流硅堆、储能电容。测量时，调整仪器从0开始给电缆加直流电压，当电压升到一定值时，故障点闪络放电，线性电流耦合器输出第一个电流脉冲。放电脉冲到达故障点后又被反射，折回到仪器端。这一过程不断进行，直到放电过程结束，则故障点到测量端的距离可由此计算出来。冲闪法测量电缆中则有一球间隙，用以改变加到电缆上的冲击电压高低和放电间隔时间。测量时从0调节T，当电压增加到某一值时，球间隙G击穿，使电容对电缆芯线放电。当电压信号幅值大于故障点临界击穿电压，则高压信号沿电缆行进到故障点一定的时间后，故障点电离，击穿放电。闪测仪将记录到相应的波形，则故障点到测量端的距离可由此计算出，△t表示相邻两个同极性脉冲（第一个脉冲除外，因为故障点击穿有延时）的时间差。（四）二次脉冲法20世纪90年代，国外发明二次脉冲法。它先用高压脉冲将故障点击穿，在故障点起弧后熄弧前，由测试仪器向电缆耦合注入一低压脉冲。此脉冲在故障点闪络处（电弧的电阻值很低）发生短路反射，并记忆在仪器中。电弧熄灭后，测量仪器复发一测量脉冲通过故障处直达电缆末端并发生开路反射，比较两次低压脉冲波形可非常容易地判断故障点（击穿点）位置。二次脉冲法使得电缆高阻故障的测试变得十分简单，是目前电力电缆故障离线测试最先进的基础测试方法。目前，常用的电缆精确定点的方法有声测法、音频感应法和声磁同步法。声测法主要用于高阻故障的精确定点。实际应用中，声测法常因受到电缆故障点环境因素的干扰，如振动噪声大，电缆埋设过深等，造成定点困难。电阻小于10Ω的低阻故障，传统的定点方法是音频感应法。音频感应法是通过人的耳朵对声音信号强弱的分辨来判断故障点的位