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电缆故障测试方法|华意电力

发布时间:2016-08-17 09:00:00 浏览次数:3240

 华意电力是一家专业研发生产电缆故障测试仪的厂家,本公司生产的电缆故障测试仪在行业内都广受好评,以打造最具权威的“电缆故障测试“高压设备供应商而努力。

  粗测方法的分类与选择

  大量的事实证明,大多数供电事故都发生在电源的分配购网络中,如高压开关柜中的各种附属设施、高压绝缘瓷瓶及地下电缆。而故障率最高,最难排除的又要属电力电缆了。一旦故障发生,如何判断故障类型,如何根据故障类型和本单位的设备条件选择合适的寻测方法,直接影响着对事故处理的速度。事实上,电缆可能发生任何类型的故障,能否排除故障常取决于现场工程技术人员的实践经验、他们所熟悉的特殊的试验设备以及他们能否正确的选用测试方法。

  按照用低压(或低压脉冲)还是用高压寻测故障的方法,可将粗测方法分为两大类:①低阻、接地故障及断路故障的寻测方法;②高阻故障的寻测方法。

下面就按两大分类较详细的介绍各种寻测方法。

  (一)低阻、接地故障及断路故障的寻测方法(脉冲测量法)

  利用这种方法,可以直观地从显示屏中观察出故障点是开路还是短路性质的故障,并且还可以直接算出故障点距测试的距离。对于低阻、短路故障及断路故障,最简便直观的测试方法莫过于脉冲测量法了。 所提供的波形,对于判断较为复杂的线路结构上的故障往往具有相当重要的参考价值。用电桥法无法解决的问题(如线路上有 T 型接头,或中间有 形状的并行电缆等),它都可以提供相当多的分析资料。当然,要解释所观察到的各种复杂现象,是需要技术人员有起码的测试训练和大量实践经验与技巧的。

  工作原理:

  测试时,在故障相上注入低压发送脉冲,该脉冲沿电缆传播直到阻抗失配的地方,如果中间接头、T 型接头、短路点、断路点和终端头等,在这些点上都会引起波的反射,反射脉冲回到电缆测试端时被试验设备接收。

  故障的性质类型,由反射脉冲极性决定。如果我们发送的测量脉冲是负极性的,反射脉冲是负极性,表示是断路故障或终端头开路;回波是正脉冲,则是短路接地故障。脉冲测距法原理还可由图 2 直观地表示出来。 

  (a)无故障相和故障相的实测波形比较;

  (b)具有 T 型馈电结构的故障电缆实测波形

(二)高阻故障的寻测方法

  电力电缆的高阻故障几乎占全部故障率的 90%以上。在第一节里已经对电缆故障的性质作了详细分析。就大部分故障本质来说,都属于绝缘体的损坏。高阻故障是由于绝缘电阻和绝缘介质的抗电强度下降所致。对于脉冲法,由于故障点等效阻抗几乎等于电缆特性阻抗,所以反射系数几乎等于零,因得不到反射脉冲而无法 测量。从介质的电击穿现象出发,只要对电缆加上足够高的电压(当然低于最高试验电压),故障点就会发生击穿现象。在击穿的瞬间,故障点被放电电弧短路,所以在故障点放电前后,就产生电压的路变。由于介质击穿,其电离过程需要一定的时间,而弧光放电一般要持续数百微秒到几个毫秒,因此跃变电压在放电期间就以波的形式在故障点和电缆端头之间来回反射。如果在电缆的端头(始端或终端),把瞬时跃变电压及来回反射的波形记录下来,便可看出电波来回反射的时间;再根据电波在电缆中的传播速度,就可以算出故障点到端头的距离。基于这个物理机理产生了各种各样的闪络测试法。

  下面具体介绍各种高阻故障的寻测方法。

  1、直流高压闪络法

  直流高压闪络法适用于闪络性故障,即故障点没有形成电阻信道(或电阻值极高),但电压升高到一定值时(通常是几万伏)就会产生闪络现象。 直流高压闪络 法的接线图如图 3 所示。

  工作原理: 测试电路按图 3 接好以后,调节调压器,逐渐升高测试电压,此时闪测仪处于待测状态。当电压升高到一定值时,故障点产生闪络,闪测仪立即显示出测量端的波型,如图 4 所示,读(b)图波形的起始到下降处拐点间的实际间隔可知实测故障距离。

         (a)                                  (b)

  电缆测试端点的波形是这样形成的:

  故障点被击穿而形成的短路电弧使故障点电压瞬时突变到接近于零,即产生一个与所加直流负高压极性相反的 正突跳电压。这个正突跳电压沿电缆向测试端传播,并于时间 t1 到达测试端(见图 4(b))。这个正突跳电压波在测量端产生正反射(因测量端电阻远大于电缆我阻抗,相当于开路反射)。这个反射波又沿电缆向故障点传播,在到达故障点时又会被短路电弧反射而产生一个负向突跳电压波(因故障点短路电弧的等效电阻远小于电缆的特性阻抗,相当于短路反射),并在时间t2 到达测量端。上述的反射过程将在测量端和故障点之间持续下去。不过振荡的幅度越来越小,边沿越来越圆滑,这主要是电波在电缆中传输的损耗和失真所致。

  为了观察,在测量端通过隔直流电容器 C 和电阻分压器 R1R2 隔直流与衰减后输入闪测仪记录。

  在实际情况中,电缆的闪络性故障是极普遍的。凡预试击穿的故障几乎都有闪络过程,运行击穿的故障,约半数也有闪络过程。当然闪络过程存在的时间长短是很不一致的,有的故障直至“粗测”、“定点”完成,闪络过程仍然存在;而有些故障,只闪络几次就形成稳定的电阻信道,不再闪络。由于直流高压闪络法比后面介绍的几种冲击闪络法精度高,故应尽可能地用直流高压闪络法测量。一旦发现故障电缆上有闪络过程,应抓紧时机,珍惜这样的现象,设法延长闪络过程存在的时间。

  电缆故障的粗测方法有很多,以下主要介绍华意电力常用测故障的电阻电桥法和电感冲闪法。 

  电阻电桥法

  主要是利用电阻的大小跟电缆的长度成正比,利用电桥原理测出故障相电缆的端部与故障点之间的电阻大小,并将它与无故障相做比较,近而确定故障点距离其端部的原理进行的。其测量接线原理图(1)

  电阻电桥法原理接线图(1)

  当电缆呈断路性质时,由于直流电桥测量臂未能构成直流通路,所以,采用电阻电桥法将无法测量出故障距离,只有采用电容电桥法或其它方法来测试.其测量接线原理如图(2)

电容电桥法原理接线图(2)

  电感冲闪法

电电感冲闪法原理接线图(3)

电感冲闪法的实测波形图(4)

(a) 电感冲闪时在测量端用闪测仪观察到的闪络全过程 

(b) 将(a)图扩展后观察到的回波脉冲 

  工作原理:电源接上以后,整流器对电容C充电。当充电电压高到一定数值时,球间隙被击穿,电容器C上的电压通过球间隙的短路电弧和一小电感L直接加到电缆的测量端。这个冲击电波沿电缆向故障点传播。只要电压的峰值足够高足够大,故障点就会因电离而放电(注:因为欲使故障点闪络放电,不但需要足够高的电压,还需要一定的电压持续时间)。故障点放电所产生的短路电弧使沿电缆送去的电压波反射回去。 

  因此,电压波就在电缆端头和故障点之间来回反射。为了使反射波不至于被测试端并联的大电容短路,在电缆和球隙之间串联一电感线圈L(几微亨到几十微亨)组成电感微分电路。因为电感对突变电压有较大的阻抗,有了它,就可以借助于闪测仪观察到来回反射的电压波形。如下图所示,从波形中可以看出电缆里衰减的余弦振荡及叠加在余弦振荡上的快变化尖脉冲。 

  对波形中的慢变化的衰减余弦振荡可以这样解释:故障点放电所形成的短路电弧使电缆相当于一根短路线,球间隙击穿瞬时就是充电电容器C对短路线放电的过程。由于短路线可等效成一个电感,因而它们相当于一电容充放电振荡回路。考虑到回路损耗,得到的就是一个衰减的余弦振荡。如上图(a)所示。 

球间隙放电后形成的短路电弧将电容器上的电压通过电感L加到电缆测量端,这是一个负的冲击电压。由于电感L和传播过程中电压积累时间的影响,加到故障点的电压有一个渐变过程,如下图(b)中的虚线①所示。因为故障点放电要有一定的高压,而且故障点电离还要有一定的迟延时间,所以冲击电压的前一段将越过故障点而向终端传播过去。当电压积累到一定时候,故障点放电,放电形成的短路电弧将冲击电压的后面部分反射回测试端,其反射波形成如下图(b)中的阶跃曲线②所示(为分析方便起见,近似为正向阶跃电压)。

  回波快速脉冲形成过程图(5a) 回波快速脉冲形成过程图(5b)

(a) 求U1的等效电路 (b)波形图 

  这个反射的正向阶跃电压U1+向电缆测量端传播,称为第一入射波。当它传到测量端时,将在测量端产生电压U1。根据传输线理论,电压u1可由上图(a)等效电路求得。为了便于分析,先暂不考虑电缆损耗,图中Z0是电缆的特性阻抗。由于电容器C的容量较大,在研究测量端的反射时可暂且近似为短路。这样,上图(a)就形成了一个时常数t=L/Z0的微分电路。因此u1+在测量端得到的电压u1是一个尖顶的微分脉冲。 

  U1的起点较u2开始闪络的时间滞后了电波从故障点到测量端传播所需的时间T/2。 U1在测量端还会被反射。反射波电压u1-等于u1和u1+之差。U1-到达故障点后又会被故障点的短路电弧反射,然后又传到测量端,成为第二入射波,以u2+表示。U2+较u1-滞后了电波在测量端到故障点之前往返所需的时间T,而极性相反。同理,用上图(a)的等效电路可以的到u2+在才测量端所产生的电压u2。 我们实际观察到的是u1+u2+„。 

  由于电容器C上的电压不能保持不变,随着电容器C上负压的减小,波形应向上升。此外,传播损耗和电弧反射的不完全也会使波形的突变部分变得比较圆滑。考虑到上述因素,实际波形为如上图(a)、(b)所示余弦衰减振荡波形。 

  因为故障点的延迟放电时间△T随具条件的变化而变化,是随机量,所以测量故障点的位置只能用u1和u2两个波形的起点时间差,而不能用u1滞后于开始加冲击电压的时间差T+△T。 

  电感冲闪法的巨大优点在于几乎能适应任何类型的故障。大量实践证明,电感冲闪法是对付那些被人们用别的方法测不出来而被称之为最顽固的故障的最强有力手段。

  在电缆故障测寻时,借助现代化的仪器和设备,便可准确迅速地确定故障点的精确位置,为故障的迅速处理,尽快恢复送电赢得宝贵的时间。但是如果测寻不得法,则可能导致设备的损坏和故障的扩大,给电厂带来不必要的损失,给测寻工作增添麻烦。