电力电缆故障点定位方法及仪器

电力电缆故障点定位方法及仪器电力电缆故障点有短路及断路两大类，定位方法也有电桥法及波反射法两大类，由测试角度看可细分为下述几类：（一）、短路（击穿）1．低阻短路或称金属性短路，通常由线芯及金属屏蔽层连接引起的。按波反射法分，100Ω以下才能被称低阻短路，可使用低压脉冲法粗测定位。难点在于精测定点，此时，脉冲引起的声音很小，可采用护套的跨步定位法，音频法作为辅助手段。2．高阻短路又可分为可变型高阻及线性高阻。前者涵盖大部分电缆击穿点，冷态或低电压测量时，电阻较大由几十kΩ到几百MΩ,但随着电压上升,电流急增,等效电阻下降很快,高压电桥,稳定电弧法都是可靠的定位方法,定点使用脉冲声测法,不难解决。线性高阻短路比较少见,但很棘手.如终端或中间接头中浸水,三芯低压电缆两芯在相邻的不同位置破损,相当于相间或相对地串有水电阻,随着电压升高电流呈线性上升,电阻几乎不下降,甚至电缆可长期运行,但放心不下。这类故障的定位只能用高压电桥,定点往往比较容易。只要在附件位置重点查找即可,若在电缆上则需要高压烧穿源将之变为可变高阻短路后进行。3．闪络型短路电缆故障后，故障点是很高的电阻，尚能承受相当高的电压，这类故障往往发生在电缆直流耐压试验中。若使用高压电桥或稳定电弧波反射法能顺利找到该类故障，由于在脉冲作用下，声音很大，定点亦不难。对于ＰＶＣ电缆或无铜带屏蔽的低压电缆，由于波特性不好（衰减很大），无论电阻高低，都可采用电桥法定位。（二）、断路电力电缆截面较大，断路故障十分少见，往往同时短路，波反射法是首选，定点则可用脉冲声测法，音频探测法。测试方法略述如下：一、电桥法利用故障点两侧的电缆成芯电阻与比例电阻构成Marray电桥，结合四端法电阻测量的引线，可得高精度定位比例。电桥法通常被认为不适宜高阻，慧东电气采用开关电源技术作为高压恒流源，并解决了电源对电桥高灵敏放大的干扰难题，将电桥置于高压侧，彻底解决了电桥法用于高阻定位的局限性，使电桥法无盲区、精确、方便的特点得以发挥，是慧东电气的一大贡献。二、波反射法利用波反射的时间差定位，适用范围广，但对高阻故障往往精度差，慧东电气现有的稳定电弧波反射仪器比较低压窄脉冲在烧弧前后的不同，可方便地解决方法难以定位的问题，定位不再是三分仪器七分经验，而是十分仪器无须经验了！下表为各种故障点定位方法及仪器型号，各种仪器详细说明彩页备索：缺陷类型低阻短路高阻短路闪络型短路铜屏蔽电缆断路可变型高阻线性高阻特点电阻小于100Ω线芯与屏蔽层内短路电阻随电压升高急剧下降电阻几乎不随电压升高而下降电压升高，泄漏很小至某一电压，闪络击穿可重复波特性不好，用波反射法没有明显的反射波①粗测定点方法及仪器电桥法GZD-4低压脉冲法HDTDR-50高压脉冲法GZD-2GZD-4稳定电弧法HDTDR-50HDBM电源电桥法GZD-2电桥法GZD-2稳定电弧法脉冲电流法HDTDR-50HDBM电源电桥法GZD-4①低压脉冲法HDTDR-50②稳定电弧法HDTDR-50HDBM电源定点方法及仪器电弧脉冲声测法往往不能，可辅助用护套定位法HD-2001音频寻测法电脉冲声测法HDBM或HDM电源HDL-1定点仪①在附件处查找②用HDBM电源烧成低阻再用电脉冲声测法电脉冲声测法HDM15/4HDM15/8HDL-1电脉冲声测法HDBM或HDM电源+HDL-1电缆定点仪说明:*用低压大电容电源可产生较大声音,或反复冲击使金属性短路变为非金属性短路。**低压电缆不宜用高压脉冲，选15kV/8μF的脉冲电容可产生较大的声音。110kVXLPE电缆护套缺陷点定位方法仪器及经验上海慧东电气设备有限公司孔德武华一威张顺利摘要：本文简述了护套缺陷定位的原理，电阻比例法的几种典型线路及为此专门设计的仪器特点。特别介绍了几种特殊的定位方法。如多点缺陷，穿管电缆管内缺陷点定位等等。一、概述伴随城网改造的全面展开，许多供电局，施工方甚至设计单位都是首次碰到110kVXLPE电缆，由于时间紧迫及经验不足，造成许多电缆敷设后护层耐压通不过（10kV/1min）。而电缆护套在工厂内必须通过直流25kV/5min的耐压试验，目前大多数单位采用HDPE护套料，工厂耐压时泄漏电流低至几十μA。因此敷设后的缺陷大多由敷设中，包括填土及盖板过程中外力损伤所至。护套损伤如此普遍，几乎无一幸免，遇到有些小工程不用查缺陷，反倒有中奖的幸福感。现在，我们将护套定位设备列入了附件安装必备工具清单，附件安装前的定位工作也几乎成了例行工序。上海慧东代理供应日本藤仓公司高压附件，并设计生产了护套定位仪。完成了几十项高压电缆工程，其中大多数有护套定位工作。有时应供电局要求，也为其它的安装工程进行的救火式定位服务。本文不揣粗陋，总结了一些定位经验，就教于诸位专家，希望在交流中得到更大提高。二、定位的原理与设备定位由粗测估算和精测定点两步完成。粗测法的原理为电阻比例法。如图1，B相电缆全长为L，护套有缺陷，距测量端X距离为Lxp，金属护套对大地有一电阻Rp。金属护套层（其材料为铅或铝，或不锈钢）与铜芯相比，电阻较大，通常为0.1Ω级，均匀分布，因此XP及PY之间金属护层的电阻之比即为长度之比。考虑到电阻值较大，可采用普通的电流电压法，计算得到该阻值。通常Rp数值差异很大，由几乎为零到几MΩ都有可能，与缺陷类型，敷设环境有关，当然也与施加电压有关。典型情况如闪络型缺陷，随着电压升高，缺陷点起弧，电阻值由维持电压及电弧电流决定，由起始的几十MΩ骤降至几Ω。由此可见，准确测量金属护层的电阻，关键是要降低Rp，使几十mA的稳定电流通过XP护层段，产生电压降，由电压表测得电压值Vxp,再由Y端加相同电流，测得Vpy。由此算得缺陷点长度Lxp。Lxp=L*Vxp/（Vxp+Vpy）为此，我们设计了专门的高压恒流源，采用成熟的开关电源技术，由PWM（脉宽调制技术）控制输出电压，电流及最大的功率。全桥逆变产生的几百伏中频交流电压，经过中频变压器升压，整流输出负极性直流电压。高压部分采用固体绝缘封装在接地的金属外壳中，高压由具有铜丝屏蔽的橡胶高压电缆输出，控制部分和高压部分装在同一便携式铝合金箱中，轻巧，坚固，便于携带。主要技术指标如下：1、定位精度利用电压比较法粗测定位精度±2%L利用跨步电压法精测定点精度±30cm2、耐压试验容量试验电压：0～12kV连续可调，负极性输出电流：10kV时60mA有连续输出及脉冲输出两种方式电源及精测定点设备，分装在两个铝合金箱中。电源箱长×宽×高36cm×30cm×32cm重量12.5kg包括：电源主体电源线电压表接地线附件箱长×宽×高64cm×28cm×32cm重量9.5kg包括：二根探棒一套专用测量线四个或六个专用接线环三、面板说明1、接地柱：使用中应可靠接地，确保人身及设备安全。2、保险丝：4A3、电源插座：AC220V4、输出电压表：单位kV5、输出电流表：单位mA6、电源指示灯：电源正常，电源开关打开后该灯亮，否则应检查电源电压，或保险丝。7、工作方式：断续开关：打到‘连续’，高压连续输出。打到‘短脉冲’，高压断续输出，其规律为7秒输出、3秒停止，不断重复。打到‘长脉冲’高压断续输出，其规律为15秒输出、6秒停止，不断重复。8、工作指示：电压调节旋钮逆时针到底，零位合闸后，可以输出高压，该灯亮。9、电源开关。10、高压调节：逆时针到底完成零位合闸，顺时针调节升压，逆时针调节降压。11、电流调节：调节最大短路电流值，电流可以在20~80mA范围调节。四、使用方法１.粗测估算方法基于上节所该原理,可以引申出许多具体测量方法，一种典型的接线如图1、图2，步骤如下：图1图2（1）如图1高压电源高压输出红夹头接B相金属屏蔽层，此时，电流经X点流入P点。万用表（mV档）接在A相与B相金属屏蔽层X、M。必须注意，电压表与高压输出应分别接在金属屏蔽层的两个不同点，否则引线及接触点的电压降也会计入电压V1中，造成较大测量误差，同时将A相与B相另一端的屏蔽层N、Y两点相连，保持良好接触。测量前应仔细检查连线，保证接地良好，断续开关打到连续档。升高电压，待电流升到某一恒定值，读取电压表电压值V1，并及时记录。测量后关掉仪器，放电。由于电压表输入电阻很高，因此，流经P,Y,M,N的电流很小，可以认为P点电位与M点相同，因此，该读数即为X.P两点的电位差Vxp。上述两步完成了Vxp的测量。（3）如图2，把高压电源，高压输出红夹头接到A相铝护套，铝护套另一端与B相铝护套短接。此时，电流经线芯由Y端流入P点。（4）再次升压，保持与测VXP时相同的电流值，读取电压表读数为VPY,即为Y、P之间的电位差VPY。（5）由下列公式计算故障点距X点的距离Lxp=L*Vxp/（Vxp+VPY）L为电缆全长Lxp为测量端到缺陷点的距离注：Vxp、Vpy值通常较小，以mV计。(6)对于已敷设电缆但未安装附件的情况，铝护套被塑料绝缘覆盖，为此设计了专用的套环，套环三端分别为固定端、电流端及电压端，在粗测定位时，电流端加高压恒流源，电压端测量电压，利用了四端法电阻测量原理，避免了引线和接触电阻产生的误差。使用时，四只套环分别安装在两根电缆两端，套好环后，用力顺时针旋转电压端、电流端旋钮，直到探针穿透外护套为止，应注意，将套环位置的外护套的半导电层刮干净，否则无法加高压。2、精测定点根据计算值确定的故障点位置会有误差，如电压测量误差，电缆总长度误差，及电缆蛇形敷设引起的偏差等。因此，应通过精测步骤定点，对于埋地敷设的电缆，最有效的方法是跨步电压法。图3如图3中所示，因为电源输出为负极性，从G点流入土壤的电流形成V形的电位分布，跨步电压法正是通过探棒寻找土壤中电势最低点确定位置。基本步骤如下：（１）把高压加到金属屏蔽层和大地之间（２）通过专用连线连接探棒至万用表，万用表量程置200mV档。（３）启动高压，升压、调节电流到一定值（如40mA，该电流越大，定位越灵敏，一般根据土壤的电阻率调节电流，使输出电压在100V以上，使土壤中有足够的跨步电压分布，以脉冲方式输出高压，6秒输出、15秒停止，并不断重复。（４）把探棒分别插入AB点或AD点，如图4，以AD点为例进行介绍，取AD距离为5米，将两探棒分别插入A、D两点，尽量深，观察地电势是否突变，高压电源施加的脉动电流，在缺陷点周围会引起几到几百mV电势差，记录AD两点间的电势差，特别要注意方向，再分别向DE和AB平移探棒，应保持两探棒相对位置不变，如G点为故障点，可发现AB间电势变化远大于AD、DE，由此判断故障点在由A向B的方向。原理图3所示AB点电势变化远大于AD点。再次平移探棒到BC之间，可以发现地电势变化仍很大，但是与AB处电压极性相反。这时可以做出判断故障点在A、C两点间，把探棒插到AC两点，并不断调整探棒位置，直到地电势不再变化为止，此时，两探棒位置的中垂面与电缆的交点即为故障点。区分地电电势本身变化，还是所加电流引起地点电势变化很重要。地电势本身变化为单向递增或递减，变化较缓慢，数值较小。由所加电流引起的脉动量交替变化，地电势在几秒内迅速变化。（５）关掉高压电源，放电。（６）现场情况多种多样，透彻理解上述原理，可灵活应用，应付各种情况。五．特殊情况处理1、电缆正上方有水泥盖板，无法在插入探棒。可在附近与电缆平行的土壤带中进行精测。2、道桥架电缆。通常加20mA电流便可使护套烧蚀冒烟雾，可加持续电流，沿隧道巡查。有时缺陷点正好位于固定夹箍内，只能逐段测量电缆表面电位了。3、缘穿管内的护套缺陷，无法采用跨步电压法。可测量管子端部电缆表面的电位分布,若两端电位分布方向相反，可断定护套缺陷在穿管内。若穿管浸没于水中，可测量水中电压分布。4、多个缺陷点定位。通常无法判断是否有多个缺陷点。粗测估计点一般靠近最严重的缺陷点。先排除该点，再定下一个。