电力电缆故障定位技术与方法

书书书!#年$$月第%卷第$$期电!力!设!备&’()*+,)-’&./,01(2*!3456!#74’8%348$$电力电缆故障定位技术与方法杨孝志!陆!巍!吴少雷!俞!飞#!!安徽省电力科学研究院安徽省合肥市#$%%####安徽省电力公司安徽省合肥市#$%%&!$摘!要!文章对电力电缆故障定位过程中基本的测试方法和原理进行了介绍!说明了不同的测试方法适用于不同类型的故障!最后给出了电缆故障定位的一般步骤和今后的发展趋势!从而为生产及供电企业快速准确地查找故障点提供了可以借鉴的方法#关键词!电力电缆$故障定位$二次脉冲法中图分类号!$%#&’9引言目前!电力电缆以其安全可靠隐蔽性好等优点在城市电网中得到了越来越广泛的应用#但是!由于电缆多埋于地下!一旦发生故障!寻找起来十分困难#如何准确迅速经济地查寻电缆故障!并加以排除!迅速恢复供电!减少停电时间!降低因停电造成的损失便成了供电部门日益关注的问题#长期以来!人们在实践中总结了许多查寻方法!特别是随着新的技术的应用!一些新的测试方法也不断被提出#$9电缆故障性质及其原因电缆故障性质判断和故障原因分析对快速地判定出故障点是十分重要的#根据目前的故障测试技术与故障点电阻值大小!电缆故障可以分为开路故障低阻故障高阻故障闪络故障及外护套故障等#电缆故障的原因有$!机械损伤!它占电缆事故很大的比例!主要由于安装时损伤外力破坏等%绝缘受潮!是由于护套有穿孔终端盒密封及电缆制造不良%#绝缘老化!电缆过负荷运行产生电缆过热是其重要的因素%$过电压材料缺陷以及人为的制作工艺不良也是电缆故障重要原因&’#!9电缆故障点预定位方法及其比较!$9电桥法电桥法以前被广泛使用!它是利用电缆直流电阻与其长度成正比的关系!适用于低阻接地外护套及短路故障!其接线原理图如图所示#但是!当三相低阻故障时!由于没有完好的相做比较!无法进行测试#如果是高阻故障!也可以采用负高压烧穿故障点!使得高阻故障降低为低阻故障再测量!但是并不是所有故障都可以烧穿为低阻故障&#’#图!电桥法接线原理图!!9低压脉冲反射法低压脉冲反射法适用于低阻(低于(倍波阻抗)接地及开路故障!并可以测试电缆的全长和电波在电缆中的传播速度#当电缆发生低阻或接地故障时!故障点处的等效阻抗应为故障电阻与电缆特性阻抗的并联!故障电阻越小!反射波形越明显!当故障电阻为零时为全反射#由于测试端等效阻抗(测试仪器的输入阻抗)大于电缆特性阻抗!所以在测试端产生同极性反射脉冲!而在低阻或接地故障处!由于故障电阻小于电缆特性阻抗!所以入射脉冲进行故障点后产生反极性脉冲!并传输到测试端!接收到的反极性脉冲的下降沿就对应故障点的反射波形#当电缆发生开路故障时!故障等效阻抗为故障电阻与电缆特性阻抗的串联!开路即相当于故障电阻为无穷大!这种情况入射脉冲将形成全反射!在测试端产生同极性反射脉冲!接收到同极性的脉冲的上升沿与故障点的反射波形对应#低压脉冲反射法测试接线简单!如图#所示#图#!低压脉冲发射法测线接线图电缆接头处的特性阻抗通常会变大!在此处反配电系统接地故障测寻定位专题杨孝志等$电力电缆故障定位技术与方法#)!!!射波和入射波同极性#而*$接+处的等效阻抗较电缆特性阻抗小!所以在此处反射波和入射波极性相反#!:9直流高压闪络法直流高压闪络法简称直闪法!用于测试高阻闪络故障!高压试验设备把电压升到一定值时一般会产生闪络击穿#根据取样脉冲的不同!分为电压取样直闪法和电流取样直闪法!以前者为例!其接线原理图如图)所示#图)!直流高压闪络电压取样法接线图直闪法获得的波形简单容易理解#但是有些故障点在几次闪络放电之后!因故障点电阻下降!以致不能再用直闪法测试!所以在实际工作中注意保存能够进行直闪测试所得的波形#由于不是每次都能得到故障波形!所以在试验时除了观察仪器波形外!还要注意电压是否突然下降直流泄露电流是否突然增大等现象#!;9冲击高压闪络法冲击高压闪络法适用于直闪法不易测试的泄漏性高阻故障!也可对闪络性高阻故障进行测试#对泄漏性高阻故障!如果采用直流高压闪络法!因直流泄漏电流比较大!电压有很大一部分加到了高压试验设备的内阻上!而电缆上施加的电压很小!因此故障点不易形成闪络!也就得不到故障波形#冲击高压闪络法与直流高压闪络法的接线方法基本相同!也有脉冲电压和脉冲电流#种取样方法!不同的是在储能电容与电缆之间串入一球形间隙!如图&所示#图&!冲击高压闪络电压取样法接线原理图当电容上电压足够高时!球形间隙被击穿!电容就会对电缆放电!得到故障波形!这一过程相当于把直流电源电压突然加到电缆上#但是由于直闪法波形相对简单!容易获得较准确的结果!应尽量使用直流高压闪络法测试#!9二次脉冲法二次脉冲法适用于高阻故障和闪络故障#低压脉冲电压范围一般为#(*+(,!当故障点接地电阻不大于-倍电缆的波阻抗时!可以认为此时故障电缆相对于低压脉冲是开路#二次脉冲法对故障电缆先释放一个足以使线芯绝缘故障点发生闪络的高压脉冲!同时触发释放第#个低压脉冲!在故障点的电弧未熄灭时!故障点相对于低压脉冲是完全短路!其原理图如图-所示#图-!二次脉冲法原理图所以接收到的低压脉冲反射波形相当于一个线芯对地完全短路的波形#将释放高压脉冲时与未释放高压脉冲时所得到的低压脉冲波形进行叠加!#个波形会有一个发散点!这发散点就是故障点的反射波形点#这种方法把低压脉冲法和高压闪络技术结合在一起!使测试人员更容易判断出故障点的位置#当电缆有*$接*时!虽然在此处电缆的波阻抗发生了改变!采用二次脉冲法可以克服高压闪络法的不足!准确地判断此处是否为故障点#!=9三次脉冲法三次脉冲法是二次脉冲法的升级!其方法是首先在不击穿被测电缆故障点的情况下!测得低压脉冲的反射波形!紧接着用高压脉冲击穿电缆的故障点产生电弧!在电弧电压降到一定值时触发中压脉冲来稳定和延长电弧时间!之后再发出低压脉冲!从而得到故障点的反射波形!两条波形叠加后同样可以发现发散点就是故障点对应的位置#由于采用了中压脉冲来稳定和延长电弧时间!它比二次脉冲法更容易得到故障点波形#:9电力电缆故障点精确定位与电缆识别方法:$9声测法声测法是电缆故障定点的主要方法!多用于测试高阻闪络性故障和部分低阻故障#使用的设备与冲闪法相同!对于电缆护层烧穿的故障!可以直接听到故障点的发电声%对于未烧穿的故障!采用声电转换器将很小的震动波转换成电信号!进行放大处理!用耳机来侦听!听测出最响点即位故障点位置##&!!!电!力!设!备第.卷第期:!9声磁同步法在实际测试中!环境噪声的干扰增加了声测法准确辨别的难度#由于故障点放电时!除了产生放电声外!还会产生高频电磁波向地面传播#通过同时接收声波和电磁波方法来判断当前的声波是否由故障点放电引起!这就是声磁同步法!它是对声波测试方法的改进!提高抗干扰能力#::9音频感应法当电缆发生相间短路相地短路及三相对地短路时!由于电缆故障点电阻等于零!放电间隙被短路!采用声测法和声磁同步法测试时!故障点放电声音微弱!无法进行定位#而音频感应法采用向导体通/01左右的音频电流!在地面上用音频线圈探头沿被测电缆方向接收电磁场信号!并将之送入放大器!再将信号送入耳机或仪表#相间短路或相间短路并接地故障测试时!接收线圈垂直或平行放置于电缆接收信号!当线圈沿电缆上方移动时!会听到声响有规则的变化!在故障处时声响会增强!过了故障点时!声响会明显变弱或中断#但是!对于单相接地故障!采用一般的电感线圈在电缆的全长上接收到的信号基本没有变化!可以通过差动线圈接收的方法!两个线圈的信号相减!抵消从地流过电流产生的磁场!接收器收到的信号只反映导体与金属护套之间流动的电流产生的磁场!在故障点前接收器能收到一个沿电缆变化的信号!而在故障点后!由于没有导体电流!所以接收器接收到的信号为零#:;9电缆识别方法对于多条电缆并排敷设的情况!在寻找和排除电缆故障点时!需要区分出哪条是要寻找的电缆#由于通电导体周围的磁场强度与导体的距离成反比!并且电缆的某一相导体不在电缆的轴线上!所以可以通过在电缆的导体对地或两导体之间通入音频电流信号!利用探测仪接收电缆周围磁场的变化!来判断所要寻找的电缆#;9电力电缆故障探测的步骤电缆发生故障后!为确定电缆故障点的位置!一般分’步处理$!绝缘电阻的测量!首先用兆欧表测量相对地绝缘电阻!如果绝缘电阻为零!再用万用表测量!判断是高阻故障还是低阻故障!是否有相间短路#故障点预定位!根据故障性质采用合适的测量方法!对故障点进行预定位!即测出电缆从测试端到故障点的长度##电缆寻径!对于那些资料不全的电缆需要确定电缆的基本走向!为故障精确定位做准备#$故障点精确定位#%电缆识别#&故障处理#’绝缘电阻的再测量!判断故障是否消除#9电力电缆故障测试的发展方向目前国外一些公司将计算机技术引入到电缆故障定位系统中!将电缆的运行管理故障测试及地理信息系统(234)结合起来#在234中输入各电缆的资料信息!在故障测试时!将测试结果与234数据库相连!仪器所测的故障点位置自动在234系统中显示!234将通过全球定位系统(254)将故障点位置与实际位置对应起来实现故障自动定位!这种方法能大大缩短故障处理的时间!但是需要完善的基础资料和软硬件支持#接合234与254技术!对电缆故障自动定位及运行状态的监控是一种发展趋势#=9参考文献&’!于景丰!赵峰6电力电缆实用技术&%’6北京$中国水利水电出版社!#(()6&#’!徐丙垠!李胜祥!陈宗6电力电缆故障探测技术&%’6北京$机械工业出版社!7776收稿日期!#((’((-作者简介!杨孝志(7’+)!男!硕士!工程师!从事配网设备检测及试验与配网自动化工作%陆!巍(7+&)!男!高级工程师!从事高电压技术方面的研究工作#%责任编辑!孟凡凤&#$%&’()*$’+),-.*/,)&)01$,23.’/)24)56)7.89$:&.!#$%&’(8)*&+,-./0&+,/.1*’(820&+,!.30&45+67*8&920:;&:=(0?0@0’:*A7@;&;8;0,B0C0&4DEE44,F*&7’G467*8&920:;&:=(0F(6,B0C0&4DEEH+,F*&7’I;:4’8$*’!J*0K’K0&7;(L8:0L;*0M’@&:;0@;N0;*(L@’7LK&7:&K20@&7;*0K(:0@@(C:’M20C’82;2(:’;&(7,0OK2’&70L;*’;L&CC007;;0@;N0;*(L@’@@8&;’M20;(L&CC007;;PK0@(CC’82;@63&7’22P,;*0Q070’2@;0K@’7LL0R02(KN07;;07L(C;*0:’M20C’82;2(:’;&(7’@Q&R07,’7L&;K(R&L0L’0C007;&’2N0;*(LC(’K&L’7L’::8’;02(:’;&(7(C;*0C’82;K(&7;C(;*0K(L8:;&(7’7LK(08@8KK2P07;0K&@0@6.17)824!K(0:’M20GC’82;2(:’;&(7G;&:0&NK82@0N0;*(L