《电力电缆故障诊断及定位.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力电缆故障诊断及定位.doc（29页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、中原工学院毕业设计/论文毕业设计(论文)题目名称：电力电缆故障诊断及定位就读学校：中原工学院专业：工业自动化学生姓名：侯志飞指导老师：万留杰 肖俊明中原工学院继续教育学院2015年4月论文编号：070113200269电力电缆故障诊断及定位Powercablefaultdiagnosisandorientation就读学校：中原工学院专业：工业自动化学生姓名：侯志飞指导老师：万留杰肖俊明2015年4月目 录摘要.绪论.第1章电力电缆故障分析.1.1 电缆易出故障部位.1.2 电缆故障原因.1.3 电缆故障的发生机理 .第2章电力电缆故障的测试方法.2.1研究方法. 2.2测距的理论方法. .第
2、3章电缆故障的定点方法.3.1 电缆路径检测.3.2 故障定点.3.3 其他方法.第4章 展望.致谢.参考文献.绪论随着社会经济的发展和现代化建设步伐的加快，工农业生产及人民生活的用电量日益增加，对电力的需求量越来越大，要求电网的安全运行也越来越高。而作为连接各种电气设备、传输和分配电能的电力电缆，以其安全、维护工作量少，稳定性高，有利于提高电能的质量并且美化城市等优点，已经得到越来越广泛的应用。在城市市区220kV、110kv、10kv电网建设中有逐渐取代了架空线的趋势。在我国一些经济发达地区，如广州、深圳，城市10kv配网电缆化率已高达95以上。即便象在南宁这样的经济欠发达地区，已投入运行
3、了1IOkVXLPE(交联聚乙烯)电缆20km，10kv电缆570km，10kv城市配网电缆化率也达到了55的水平。由此可见，电力电缆的可靠运行直接关系到社会的稳定、经济的发展和人们的生活水平。电力电缆线路故障和多数电力设备一样，投入运行初期(15年内)容易发生运行故障，主要原因是电缆及附件产品质量和电缆敷设安装质量问题；运行中期(525年内)，电缆本体和附件基本进入稳定时期，线路运行故障率较低，故障主要原因是电缆本体绝缘树枝状老化击穿和附件呼吸效应进潮而发生沿面放电；运行后期(25年后)，电缆本体绝缘树枝状老化、电热老化以及附件材料老化加剧，电力电缆运行故障率大幅上升。随着时间的推移，如今运
4、行的110kV及以上高压的XLPE电缆，有些己逐渐进入电缆及其附件预期寿命的“中年期”。电缆系统在实际使用状况下，能够继续长时期可靠工作或因绝缘老化加速而缩减使用寿命是运行管理部门十分关注的问题。根据运行经验表明，电缆运行了一定的年限，故障率有逐年长升的趋势。电缆发生故障时，由于埋在地下，查找比架空线困难，若故障测距不准，电缆路径不清楚，耽误了大量时间，造成无法估量的损失。所以有必要对电力电缆故障探测方法进行深入的研究。从二战前提出的，发展到今天已经出现了诸如：电桥法，驻波法等经典理论方法，以及基于行波理论产生的：五十年代的低压脉冲法，七十年代的脉冲电压法，八十年代的脉冲电流法等的现代行波法。
5、理论是方法的依据，尤其是现代行波理论所采用的均匀传输线中的导行电磁波，完全应用了麦克斯韦的电磁理论，分析电磁波在传输线上的波动过程，以此来定位故障点的位置。这些理论都是建立在对长距离传输线路模型的简化基础上，即经过特殊处理，简化为现在应用普遍的均匀传输线路的电报方程。但应用实际中非均匀传输线的非均匀性我们是要必须考虑的，即没有对传输线进行特殊处理，并且也不需要对耦合的电报方程进行解耦处理。应用数值分析方法得到更加精确的传输线路波动方程，对于线路故障的探测也将更准确，其意义和价值都是难以想象的。 综上所述，通过从电力电缆的发展，优越性，故障危害，理论方法的创新等方面我们可以得出对电力电缆的故障探
6、测的研究有着重要的理论意义和应用价值。对于电力系统是一个非常迫切需要解决的问题。目前，电缆线路故障测距方法，主要为离线进行，但在线故障测距方法也已出现。例如，日本学者采用脉冲电流法，由光纤电流互感器感应出故障时产生的浪涌电流信号，利用采集速度为16MHZ的快速AD技术实现测距，目前他们只实现了不带分支出线电缆的在线故障测距。下一步目标是带分支出线系统的在线故障定位。美国学者为克服高压脉冲法有可能对电缆的健全部分进一步造成危害的缺陷，也提出了在线故障测距方法。但其出发点是将环形线路开路或在线路末端设置开路点，利用故障时产生的浪涌电压或电流在开路点发生正或负的全反射，通过设于开路点附近的传感器得到
7、脉冲信号，测出其脉冲间隔时间实现测距。但这种方法在实际电网中存在局限性。另外，日本学者还提出了利用分布式光纤温度传感器(FODT)，通过检测故障点附近温度变化情况来实现电缆故障定位的新方法。英国学者则提出了利用基于脉冲电流法的实时专家系统来实现电缆的故障定位。随着计算机技术的应用，微机保护和故障录波装置的开发及大量投放，更加速了故障测距的实用化进程。基于微机或微处理机装置的故障测距方法研究也为国内外的热门课题之一。综观现有的行波测距方法，特别是新型测距方法，国内外学者作了大量的研究，并取得了一定的成果。总而言之，行波方法有很多独特的优点，今后将在测距和距离保护中得到更为广泛的应用。电缆线路的故
8、障测距方式有离线理论和在线理论两大类。其中离线理论按原理来分类主要有五大类：电桥法，驻波法，低压脉冲反射法(又称雷达法)，脉冲电压法（又称闪络法)、脉冲电流法。其中低压脉冲法，脉冲电压流法是基于理想模型的现代行波理论。本文通过对于这几种测试电缆故障的方法的分析来解决日常应用中所遇到的问题。第1章电力电缆故障分析1.1电力电缆易出现故障部位根据河南电业局相关运行检修的实践统计，电缆易出现故障的部位主要有绝缘、附件和外护套。1.1.1 绝缘问题电缆的绝缘老化主要出现在电缆投入运行的后期，导致运行后期故障率大幅上升；绝缘老化主要分为树枝状老化、电热老化及附件材料老化。电缆绝缘介质内部气隙在电场作用下
9、产生游离使绝缘下降。当绝缘介质电离时，气隙中产生臭氧、硝鼓等化学生成物，腐蚀绝缘层：绝缘层中的水分使绝缘纤维产生水解，造成绝缘程度下降。过热会引起绝缘层老化变质。电缆绝缘内部气隙产生电游离造成局部过热，使绝缘层碳化。电缆过负荷是电缆过热重要的因素。安装于电缆密集地区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的电缆、穿在干燥管少的电缆以及电缆与热力管道接近的部分等都会使电缆绝缘本身过热而使绝缘层加速损坏。电缆绝缘长期在电和热的作用下运行，其物理性能会发生变化，从而导致其绝缘强度降低或介质损耗增大而最终引起绝缘崩溃者为绝缘老化，绝缘老化故障率约为19。运行时间特别久(3040年以上1的则称为正常老化。如属于运
10、行不当而在较短年份内发生类似情况者，则认为是绝缘过早老化。可引起绝缘过早老化的主要原因有：1.电缆选型不当，致使电缆长期在过电压下工作。2.电缆线路周围靠近热源，使电缆局部或整个电细线路长期受热而过早老化。3.电缆工作在具有可与电缆绝缘起不良化学反应的环境中而过早老化。1.1.2 附件问题理论上认为，电力电缆受外界环境因数和人为因数影响较小，安全运行可靠性高，但是电缆的中间接头和终端通常在电缆敷设现场人工制作安装，容易出现纸漏。电缆附件故障占电缆故障的27。其宏观主要表现为复合界面放电和附件材质早期老化。其中复合介质沿面放电占电缆附件故障的73，附件材质早期老化占附件故障的27。电缆附件故障往
11、往是由制作工艺不精，在制作过程中，使附件出现气泡、水分、杂质等缺陷，导致局部放电而引起绝缘击穿，主要体现在：1.电缆的中间接头、终端头制作质量不高(1)剥离半导体时，损坏内绝缘或绝缘表面有微粒、灰尘等杂质，或者半导电层爬电距离处理不够，在投入运行后，都将使其中的杂质在强大的电场作用下发生游离，产生电树枝。(2)制作过程中，如果导线压接质量不好，使接头接触电阻过大而发热，或热收缩过渡等造成了绝缘老化，从而使绝缘层老化击穿，导致电缆接地短路或相间短路，使电缆头产生“放炮现象，同时伤及附近的其他电缆。(3)电缆接头工艺不标准，密封不规范，投入运行后使绝缘内部受潮气、水分的侵蚀，引起中间接头绝缘受潮劣
12、化。严重时使电缆主绝缘内部大面积进水，导致主绝缘整体性受潮，最终发生电缆击穿故障。(4)导体连接管压接不良。电缆中间接头导体连接管压接不良，打磨不平整，特别是在压接管口边缘处，局部有尖角、毛刺，易造成接头内部电场不均匀，运行中产生了局部放电，绝缘老化，绝缘性能下降，发生击穿事故。(5)电缆终端或中间接头金属屏蔽层接地电阻过大。对于电缆的金属屏蔽层而言。在一般交联电缆上要有两点接地，且接地电阻要小于规定值。若接地电阻值超标很多，当电缆及接头受到过电压时，会感应产生更高的过电压。进而引起绝缘部分的老化击穿。同时电缆接地故障引起的系统过电压造成电缆的再次故障的可能性也仍然存在，后果也是比较严重的。2
13、.电缆本体在运行过程中因负荷的变化，环境因素的变化而热胀冷缩，特别是热收缩型电缆附件不能够随之弹性变形而丧失密封作用，在电缆附件与电缆XLPE绝缘层之间形成呼吸效应，将大气中的水分和潮气带入电缆附件中，引发电缆附件内部相间或相对地短路故障。3.环境湿度、潮气偏大。制作电缆头时因环境潮气、湿度偏大，绝缘局部受潮，使绝缘性能下降，发展成贯穿性通道，导致电缆击穿事故。为了尽量避免电缆中间接头、电缆终端故障，电力部门应制订有效措施防范电缆接头故障，具体措施如下：(1)进一步建立与规范电缆及附件的设计、选型、施工、监理、交接与验收的标准与规范，保证产品质量和施工质量的全程控制。(2)应尽可能减少电缆中间
14、接头，对于隧道、槽架与直埋混合方式敷设的电缆，接头应尽量设置在隧道或槽架中。(3)对于电缆中间接头的制作人员，应进行必要的业务资质与技术评定，持证上岗。(4)在剥削护套、绝缘屏蔽层、半导体要细心，绝缘表面应彻底打磨，押解后必须去尖角、毛刺，清除金属粉末，防止杂质颗粒遗留。除此之外，技术人员应严格按照有关操作技术规程进行，以确保电缆中间头和终端头的制作质量。在选用电缆头时，逐步改用橡胶预制式接头。它是总结并克服热收缩电缆头缺点的基础上专门研制使用的，适用于交联电缆接头，并且达到了国际IEC标准。制作全过程要求均应在现场完成，要选择合理适当时机，设法避免环境温度、湿度、灰尘、甚至工作人员汗液对电缆
15、接头制作的不良影响，消除制作环节本身的事故隐患。1.1.3 电缆外护层问题在城市电网的改造中，中低压和高压电缆被广泛使用，电力电缆外护套是保护电缆的第一道防线，其完好与否对电缆的使用寿命关系重大。1. 电缆外护层故障的原因主要有3种：(1)电缆旁边的硬物损伤；(2)施工遗留缺陷；(3)白蚁蛀蚀；调查表明第1、2种原因对电缆的损害并不严重，严重的是白蚁腐蚀。2.防范措施对于运行中的电缆，只能从提高测寻效率方面采取措施。例如采用较好的仪器、工具，熟练掌握测寻技术等。防止外护套故障根本的对策，应采用系统工程的方法，实行全过程控制。从电缆的选型和安装开始就要制定防止故障的目标：(1)电缆的选型。选择硬
16、度较高和防蚁性能好的外护套，目前己有一种工艺，可以在外护套上挤压一层防蚁护套，其防蚁性能较佳。其次，可考虑选用耐腐蚀的金属护套，即使电缆受到蚁害，也可减低金属护套被腐蚀的程度。(2)提高电缆敷设安装质量。采用先进的敷设方法，电缆在敷设过程中不受到大的侧压力，防止外护套受到损伤。严格电缆装置环境要求，如直埋电缆周围必须有不含石块和硬物等的细砂保护。1.2 电力电缆故障原因 了解电缆故障的原因，对减少电缆的损坏，快速判定故障点十分重要。电缆故障的原因大致分为以下几类：机械损伤：机械损伤类故障比较常见，所占的故障率最大，约为57。其故障形式比较容易识别，大多造成停电事故。一般造成机械损伤的原因有以下
17、几种；直接受外力破坏。如进行城市建设，交通运输，地下管线工程施工、打桩、起重、转运等误伤电缆。施工损伤。如机械牵引力过大而拉损电缆；电缆弯曲过度而损伤绝缘层或屏蔽层；在允许施工温度以下的野蛮施工致使绝缘层和保护层损伤；电缆剥切尺寸过大，刀痕过深等损伤。自然损伤。如中间头或终端头的绝缘胶膨胀而涨裂外壳或附近电缆护套；因自由行程而使电缆管口、支架处的电缆外皮磨破：因土地沉降、滑坡等引起的过大拉力而拉断中间接头或电缆本体；因温度太低而冻裂电缆或附件；大型设备或车辆的频繁振动而损坏电缆等。绝缘受潮：绝缘受潮是电缆故障的又一主要因素，所占的故障率约为13，绝缘受潮一般可在绝缘电阻和直流耐压试验中发现，表
18、现为绝缘电阻降低，泄漏电流增大。一般造成绝缘受潮的原因有以下几种：主要有接头盒或终端盒结构不密封或安装不良导致进水、电缆制造不良有小孔或裂缝、金属护套被外物刺伤或腐蚀穿孔等。绝缘老化变质：电缆绝缘长期在电和热的作用下运行，其物理性能会发生变化，从而导致其绝缘强度降低或介质损耗增大而最终引起绝缘崩溃者为绝缘老化，绝缘老化故障率约占19。运行时间特别久(30一40年以上)的则称为J下常老化。如属于运行不当而在较短年份内发生类似情况者，则认为是绝缘过早老化。引起绝缘过早老化的主要原因有：电缆选型不当，致使电缆长期在过电压下运行。电缆线路周围靠近热源，使电缆局部或整个电缆线路长期受热而过早老化。电缆工
19、作在与电缆绝缘起不良化学反应的环境中而过早老化。绝缘介质内部气息在电场的作用下产生游离使绝缘下降，电缆运行过热时也会引起绝缘层的老化变质。过电压。电力电缆因雷击或其他冲击过电压而损坏的情况在电缆线路上并不多见。因为电缆绝缘在正常运行电压下所承受的电应力，约为新电缆所能承受的击穿试验时承受电应力的十分之一。因此，一般情况下，34倍的大气过电压或操作过电压对于绝缘良好的电缆不会有太大的影响。但实际上，电缆线路在遭受雷击时被击穿的情况并不罕见。从现场故障实物的解剖分析可以确认，这些击穿点往往早已存在较为严重的某种缺陷。雷击仅是较早地激发了该缺陷。容易被过电压激发而导致电缆绝缘击穿的缺陷主要有：绝缘层
20、内含有气泡，杂质或绝缘油干枯。电缆内屏蔽层上有结疤或遗漏。电缆绝缘己严重老化。大气过电压与内部过电压的作用，使电缆绝缘层击穿，形成故障，击穿点一般存在材料缺陷。过热。电缆过热有多方面的因素，从近几年各地运行情况的统计分析上来看，主要有以下原因：电缆长期过负荷运行。火灾或邻近电缆故障的烧伤。靠近其他热源，长期接受热辐射。过负荷是电缆过热的重要原因，会使电缆发生过热。例如在电缆比较密集的区域，电缆沟及隧道通风不良处，电缆穿在于燥的管中部分等，都会因电缆本身过热而加速绝缘损坏。橡塑电缆长期过热后，绝缘材料发生变硬、变色、失去弹性、出现裂纹等物理变化；另外，过负荷也会加速电缆铅包晶粒再结晶而造成铅包疲
21、劳损伤。产品质量缺陷。电缆及电缆附件是电缆线路中不可缺少的两种重要材料。它们的质量优劣，直接影响电缆线路的安全运行。由于一些施工单位缺乏必要的专业技术培训，使电缆三头的制作质量存在较大的质量问题。这些产品质量缺陷可归纳为以下几个方面：电缆本体质量缺陷。油纸电缆铅护套存在杂质砂粒、机械损伤及压铅有接缝等；橡塑绝缘电缆主绝缘层偏芯、内含气泡、杂质，内半导电层出现节疤、遗漏，电缆贮运中不封端而导致线芯大量进水等；上述缺陷一般不易发现，往往是在检修或试验中发现其绝缘电阻低、泄漏电流大，甚至耐压击穿。电缆附件质量缺陷。传统三头质量缺陷有：铸铁件有砂眼，瓷件强度不够，组装部分加工粗糙，防水胶圈规格不符或老
22、化等。热缩和冷缩电缆三头质量缺陷有：绝缘管内有气泡、杂质或厚度不均，密封涂胶处有遗漏等。三头制作质量缺陷。传统式三头制作质量缺陷主要有：绝缘层绕包不紧(空隙大)、不洁，密封不严，绝缘胶配比不对等。热缩三头制作质量缺陷主要有：半导电层处理不净，应力管安装位置不当，热缩管收缩不均匀，地线安装不牢等。预制电缆三头安装质量缺陷主要有剥切尺寸不精确，绝缘件套装时剩余应力太大等。另外，电缆线路中也有一些是拆用旧电缆及附件的情况，这种以旧充新或以旧补旧的做法虽然在利用材料，节省资金方面有好处，但对设备完好率却影响很大。统计显示电缆本体质量问题占电力电缆故障的3，20世纪70一80年代投运的XLPE绝缘电力电
23、缆产品均采用l+2挤出的生产设备和湿法蒸汽交联工艺，约有37000km质量不稳定的产品投入运行且进入了高故障率时期。宝钢从1988以后发生多起供电电缆主绝缘击穿事故，解剖后发现电缆主绝缘严重偏心。后于1997年更换电缆。于95年进行的耐压试验发现每升高一个电压等级一些电缆样品就会发生主绝缘击穿，后经解剖发现电缆主绝缘中局部存在明显的颗粒状杂质。对换下来的电缆进行寿命评估时发现电缆寿命至少还有17年。1.2.1电力电缆安装、施工的问题据河南电业局统计10kv及以上电缆有约12的运行故障与安装和施工质量问题有关。电缆在不到正常寿命期14的时间就被更换。电缆敷设未执行规范要求或施工时地理环境、天气条
24、件影响，为电缆投入运行后留下众多隐患。1.电缆外护套破损敷设时野蛮拖拉，损伤电缆外护套，引起主绝缘内部进水受潮，导致事故发生。2.环境潮气、湿度偏大制作电缆头时因环境潮气、湿度偏大，绝缘局部受潮，使绝缘性能下降，发展成贯穿性通道，导致电缆击穿事故。3.中间接头密封不良电缆中间接头密封不良，投入运行后使绝缘内部受到潮气、水分的侵蚀，引起中间接头绝缘受潮劣化。4.导体连接管压接不良电缆中间接头导体连接管压接不良，打磨不平整，特别是在压接管口边缘处，局部有尖角、毛刺。5.中间接头设置不合理中间接头设置不合理，施工中电缆中间接头之间距离设置太近，有些电缆平均约100m就有一个中间接头。这些施工质量问题
25、绝大部分是可以避免的，所以要求电缆安装人员在敷设电缆时，遵守安装规程，时刻注意地理环境及气候。1.2.2 过负荷运行根据统计，大连电业局约有40的电缆线路长期运行在过负荷且缺少及时维护的状态，加之较差的散热环境，使得夏季环境温度较高时，过负荷运行的电缆本体热量无法散出温度过高，加剧整根电缆的绝缘老化，留下事故隐患。1.3 电力电缆故障的发生发展机理电缆击穿故障往往是由上述原因引起的，由于破坏程度的不同，在运行中电力电缆击穿故障的发生大致可按投运初期(15年内)、运行中期(5-25年内)及运行后期(25年后)三个时期划分。然而电力电缆由外力破坏、安装质量、过负荷及电缆本体质量问题发展到击穿的过程
26、中又要经过电一热的多重效应，导致绝缘破坏，致使击穿故障的发生，其过程大致可以用图11概括：图1.1 电力电缆绝缘老化到击穿的发展过程由图11可以看出电树枝老化是绝缘击穿故障的直接原因，无论任何故障原因最终都会转化为电树枝的形式。在含有气体(如气隙或气泡)或液体(如油膜)的固体电介质中，当击穿强度较低的气体或液体中的局部电场强度达到其击穿场强时，这部分气体或液体开始放电，使电介质发生不贯穿电极的局部击穿，这就是局部放电现象，这种放电虽然不能立即形成贯穿性通道，但长期的局部放电，使电介质（特别是有机电介质）的劣化损伤逐步扩大，最终导致整个电介质击穿。局部放电引起电介质劣化损伤的机理是多方面的，但主
27、要有如下三方面：电的作用，带电粒子对电介质表面的直接轰击作用，是有机电介质的分子主链断裂； 热的作用，带电粒子的轰击作用引起电介质局部的温度上升，发生热熔解或热降解；化学作用，局部放电产生的受激分子或二次生成物的作用，使电介质受到的侵蚀可能比电、热作用的危害更大。第2章 电力电缆故障测试方法2.1 研究方法 电力电缆故障的诊断，无论选用哪种测试方法，均需按照一定的程序和步骤进行。现归纳如下。1.确定故障性质。当着手对某一故障电缆进行故障测试时，首先要进行的工作是了解故障电缆的有关情况以确定故障性质。掌握这一故障是接地、短路、断线，还是它们的混合；是单相、两相，还是三相故障：是高阻、低阻，还是泄
28、漏性或闪络性故障。只有确定了故障性质，才可以选择适当的测试方法对电缆故障进行具体的诊断。2.粗测距离。当确定了故障电缆的故障性质以后，就可以根据故障性质，选择适当的测试方法测出故障点到测试端或术端的距离，这项工作称为粗测距离。粗测距离是电缆故障测试过程中最重要的一步，这项工作的优劣，决定着电缆故障测试整个过程的效率和准确性。因此，常常需要具有相当专业技术基础理论知识和丰富实践经验的人员来进行操作。人们在长期的生产实践中探讨和总结出多种故障距离的粗测方法，即经典法(如电桥法及其变形等)和现代法(脉冲反射法)。随着电力电缆生产质量的提高和新型绝缘材料的采用，使电缆的故障电阻不断提高(达到兆欧级)。
29、据统计，凡预防性试验击穿的故障电阻，不少于9096在兆欧数量以上；运行故障的75是高阻故障，其中60以上的故障电阻达到兆欧级。由此看来电缆故障的绝大部分为高阻故障，那些只能测试低阻故障的经典测试方法显然适用性太差。当遇到高阻故障时，必须经过一个耗时、费力的“烧穿”降阻过程，以求把高阻故障转化为低阻故障，这个漫长的过程需要的设备笨重而繁杂，而新型绝缘材料电缆的故障电阻极难“烧穿”与降阻。3.精测定点。精测定点是电缆故障测试工作的最后一步，也是很重要的一步。在粗测出故障距离后，为什么还需要精测定点呢?因为粗测出的故障距离有一定的误差，故障距离的丈量也有误差。因此，在精测定点前只能判断出故障点所处的
30、大概位置，要想准确地定出故障点所在的具体位置，必须经过精测定点。2.2 测距的理论方法2.2.1 电桥法这是一种经典测试方法。图2-1 电桥电路接图将被测电缆终端故障相与非故障相短接，电桥两臂分别接故障相与非故障相，图2-1b给出了等效电路图。仔细调节R2数值，总可以使电桥平衡，即CD间的电压差为0，无电流流过检流计，此时根据电桥平衡原理可得：R3R4=R1R2 (1)R1、R2为已知电阻，设：R1R2=K，则R3R4=K由于电缆直流电阻与长度成正比，设电缆导体单位长度电阻为Ro，L全长代表电缆全长，LX和L0分别为电缆故障点到测量端及末端的距离，则R2可用(L全长+L0)Ro代替，根据式(1
31、)可推出：L全长+Lo=KLX而Lo=L全长-Lx，所以：Lx=2L全长(K+1)电缆断路故障也可用电容电桥测量，原理与上述电阻电桥类似。电力电缆的高阻故障几乎占故障总数的90以上，对于这些高阻故障，经典的测试方法是毫无效果的。因为高阻故障的故障电阻很高，测量电流极小，即使用足够灵敏的仪表也难以测量；对于低压脉冲法，由于故障点等效阻抗几乎等于电缆的特性阻抗，即反射系数几乎为零，所以得不到反射脉冲而无法测量。为了使经典法能够测试高阻故障，必须通过烧穿降阻法把高阻故障变为低阻故障。为利用电缆中电渗透效应的优点，烧穿设备的输出通常是直流负高压。大量的实践证明，用负高压烧穿故障点的效果要比正高压或交流
32、高压烧穿故障点好得多。烧穿电流一般为毫安级。那种认为烧穿须用大电流的概念是错误的，事实上，在直流负高压下，数毫安的电流即可使故障点的绝缘物碳化。烧穿电流太大时，虽然烧穿速度快，但烧穿过程不易控制，极易引起故障点的碳化熔烧，形成会属性接地故障，从而增加了故障定点工作的难度。当故障点形成低而稳定的电阻通道时，即可使用低阻测试方法进行故障距离的测试。顺便提一下，并不是所有的高阻故障都可以用烧穿法降为低阻故障(如某些电缆中间头)。对于油浸纸绝缘电缆，由于绝缘油的渗透作用，常使烧穿后的故障阻值回升而影响测试工作，有时需要反复烧穿。经典法测试高阻故障，必须经过烧穿降阻过程。而有些高阻故障虽然已被烧穿，但当
33、去掉烧穿高压时，故障电阻迅速回升，以致无法测量。另外，前面介绍的几种低压电桥法，由于测试电压低，测量电流小，在检流计灵敏度一定的情况下，测量误差大。为解决上述两个问题，可采用高压电桥法。高压电桥法的测试接线方式，测量原理与故障距离的计算公式均与电阻电桥法完全相同。所不同的是将低压直流电源换成高压直流电源。高压电桥法，由于在测试过程中所有测试设备均在高压状态工作，所以设备与操作人员的安全工作是一个十分重要的问题，只有在比较完善的测试条件下，才可使用高压电桥法。因此，高压电桥法始终没能普遍推广应用。2.2.2 低压脉冲反射法 利用传输线的电波反射现象，通过计量发射脉冲与故障点反射脉冲之BJ的时差来
34、进行测距。据统计，用低压脉冲法测定的电缆低阻或丌路故障，约占电缆故障总数的1 0。低压脉冲反射法适用于低阻(RX10Zc)短路或接地、断线(开路)性故障，并可测试电缆的全长和电波在电缆中的传播速度。由于电缆的全长及电波在电缆中传播速度的测试方法与开路性故障完全相同，因此这罩不作特别介绍。低压脉冲反射法测试线路非常简单，测试时向电缆注入一低压脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点，如短路点、故障点、中问接头等，脉冲产生反射，如图22所示：图2-2 低压脉冲反射原理图回送到测量点被仪器记录下来(图2-2)。波形上发射脉冲与反射脉冲的时间差t，对应脉冲在测量点与阻抗不匹配点往返一次的时间，已知脉冲在电
35、缆中的波速度V，则阻抗不匹配点距离，可由下式计算：L=Vt22.2.3脉冲电压法脉冲电压法，又称闪测法，是60年代发展起来的一种高阻与闪络性故障测试方法。首先使故障电缆在直流高压或脉冲高压的作用下击穿，然后，通过测量放电所形成的电压脉冲波在观察点与故障点之间往返一次的时间来测距。脉冲电压法的一个重要优点是不必将高阻与闪络性故障烧穿，直接利用故障击穿产生的瞬间脉冲信号进行测距、测试速度快，虽然测量过程相对与电桥法而言对操作人员的技术要求比较高，而且，往往测距结果与操作人员的技术和经验有比较大的关系。但是现代技术的进步J下在逐步降低这方面的要求。脉冲电压法的缺点如下：1安全性差。仪器通过一电容电阻
36、分压器得到所需要的测量电压脉冲信号，仪器与高压回路有直接电耦合，容易发生高压信号串入，造成仪器损坏。2在利用闪测法测距时，由于高压电容对从故障处反射回来的脉冲信号呈短路状态，需要串联一电阻或电感以产生反射电压波信号，这就增加了接线的复杂性，且降低了电容放电时加在故障电缆上的电压。使故障点不容易击穿。3在故障放电时，特别是进行冲闪测试时，分压器耦合的电压波形变化不尖锐、难以分辨。2.2.4 脉冲电流法脉冲电流法采用线性电流耦合器采集电缆中的电流行波信号，将电缆故障点用高电压击穿，使用仪器采集并记录下故障点击穿产生的电流行波信号，通过分析判断电流行波信号在测量端与故障点往返一次所需时间来计算故障距
37、离。与脉冲电压法比较，脉冲电流法使用线性电流耦合器，与高压回路无直接电气连接，这样对试验仪器和试验人员比较安全。线性电流耦合器产生的电流脉冲信号也比较容易分辨。所以相比脉冲电压法而言，该方法得到了更为广泛的应用。脉冲电流法有直流高压闪络法和冲击高压闪络法两种测试方法。直流高压闪络法(直闪法)适用于测量闪络击穿性故障，该类故障的故障电阻很高，用高压设备把电压升高到一定数值时就会产生闪络击穿。通过调压器和一个高压试验变压器对储能电容器充电，电容器串联一个电阻与电缆连接形成回路，线性电流耦合器与该回路耦合，检测信号。当电容器电压增加到一定数值时，电缆故障点被高压击穿，形成短路电弧，故障点电压迅速接近
38、于零，产生一个突跳电压和突跳电流，从故障点向两端传播。在电缆的一端检测电流脉冲在测量端和故障点之间往返一次的时间就能获得故障距离。直闪法波形简单、容易理解，准确度较高。但是由于电容器本身以及电缆存在杂散电感，使得本来应该是负脉冲的波形上出现一个小的正脉冲，影响测距精度。而且，故障经过几次直闪法后，故障电阻下降，不能再用该方法，所以前几次的试验非常重要。冲击高压闪络法(冲闪法)适用于测试大部分闪络故障。冲闪法试验电路与直闪法基本相同，只是在充电电容器与电缆之间增加一个球型放电间隙。对充电电容充电，电压到达一定数值后，球型放电问隙就会击穿放电，电缆线路得到一个瞬时高压，当该高电压大于故障点临界击穿
39、电压时，就使故障点击穿放电，产生电流电压信号向两端传播。捕捉到该信号就可以实现故障测距。与直闪法相比，冲闪法波形比较复杂，辨别难度较大，准确度较低，但是适用范围更广一些。2.2.5 直闪法直流高压闪络法简称直闪法，该方法最适于高阻闪络性故障，即故障点未形成电阻通道(或虽形成电阻通道，但阻值很高)，当外施电压达到一定值时(一般为数千伏或上万伏)产生闪络击穿。闪络性故障两次击穿的时间间隔，有时为数秒或数分钟，对于油浸纸绝缘电缆，尤其是陈旧性的充油接头部位故障，由于绝缘油的流动，可使击穿现象暂时停止，形成封闭性故障。另一方面，闪络性故障击穿几次或十几次以后，由于故障电阻降低，直流高压加不上而无法继续
40、测试，所以应珍惜最初的闪络机会。2.2.6电缆故障探测新理论二次脉冲法根据本文所提及的几种方法，在故障地点距离测试中仍然存在以下问题：1.故障点未击穿在测试中，缺乏经验的人员常认为球间隙放电时，故障点也同时放电；或认为只要球间隙放电，就可以测到所需的波形，其实这两种观点都是片面的。球间隙的击穿，取决于球间隙距离的大小与所加电压的高低。距离越大，击穿所需的电压越高，击穿时加到电缆上的电压也越高。而故障点的击穿与否是取决于故障电阻的大小与电缆上受到的冲击电压的高低。对于具有某一故障电阻值的故障点，若球问隙太小，球隙击穿时加到电缆上的电压就很低，甚至可能低到无法电离击穿故障点。判断故障点是否闪络击穿
41、放电的方法主要有以下两种：(1)通过检测高压整流回路中的电流来判断故障点是否闪络击穿放电。一般来说，放电电流不大于10mA时，故障点未被击穿；放电电流大于20mA时，故障点已闪络击穿；放电电流在10mh20mh时，常常表现为放电不充分。故障点已充分放电时，球间隙的放电声音清脆而响亮。(2)通过观察闪测仪测试波形来判断故障点是否闪络击穿放电。对于直闪法，若故障点闪络放电，仪器屏幕上就会显示直闪波形，否则将无任何波形显示。对于冲闪法，故障点未击穿时，测得的波形上只有终端反射脉冲，而没有故障点放电脉冲。当故障点放电不完善时，屏幕上会出现一些无规律的波形，而不是大余弦振荡波形。当故障点不放电或放电不完
42、善时，将造成无故障点反射波形或波形不规则，给测距工作带来困难。这时，可以考虑增大冲击放电能量。由W=I2Cv2可知，加大电容量和提高冲击电压均可增大冲击放电能量，当电容量足够大(不小于4u F)时，提高冲击电压的效果更明显。2.多点故障的同时放电在实际测试中，有时存在故障电缆的一相上有两点(或两点以上)故障的情况。对这类故障进行闪络方式测试时，往往会出现两个(或多个)故障点同时放电的现象。一般来说，在测试端得到的是较近故障点的放电波形，后面故障点产生的反射波因前面故障点已被放电电弧短路而不能到达测试端。但也有可能出现较近的故障点没有被放电电弧完全短路的情况，这样，测得的波形就比较复杂了，是一个
43、叠加着两个故障点反射的合成波形。3.冲击电压过高在冲闪法测试过程中，不应使冲击直流高压太高。因为，过高的冲击直流高压会引起测试波形的畸变。当被测试相上有两个以上的故障点时，可能引起多个故障点同时放电，使测试波形复杂化。过高的冲击直流高压可能会将故障点电阻降低太快，甚至变成金属性接地故障，从而给定点工作带来麻烦。基于上述三个原因，直闪法测试电缆故障时，冲击直流高压应由低到高逐渐调整，并且能使故障点充分放电即可。从上面的分析我们可以知道，低压脉冲法波形清晰，易于工程技术人员判别故障，但只适用于低阻故障，而脉冲电压法适用于各种故障，但波形较难判别。如将两者技术结合在一起，针对高阻及闪络性故障，按照以
44、下工作步骤工作，在理论上是可行的。首先对故障电缆发射一个低压脉冲，只要故障点的接地电阻大于电缆波阻抗5倍以上，我们可以认为此时故障电缆相对于低压脉冲是丌路，脉冲在高阻和闪落性的故障点不会产生反射。那么在脉冲释放端接收到的反射波形相当于一个线芯绝缘良好电缆的波形。对故障电缆释放一个足以使线芯绝缘故障点发生闪络的高压脉冲，同时触发释放第二个低压脉冲，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，那么在脉冲释放端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。将前后两次接收到的低压脉冲反射波形进行叠加，两个波形将会有一个明显的分叉点，分叉点的位置就是故障点位置。二次脉冲法原理及系统组成图(图2-3)如下：图2-3 二次脉冲法原理及系统组成在用二次脉冲法完成故障点的预定位后，把放电球隙调到一定位置，然后把电压升到至球隙自动放电。从示波器或放电声音可以判断故障点是否已经击穿放电，当故障点击穿放电时，球隙的放电声大而清脆。测量人员可以携带声磁接收仪到计算出的地点探测，根据放电声音的大小和磁场信号的频率断定故障点的精确位置。第3章 电缆故障的定点方法 在进行电缆故障测距时，无论采用哪种仪器和测量方法，都难免有误差；而且电缆大多是埋设在地面下的，在丈量和绘制电缆线路图时也会有误差，因此根据测距结果只能定出电缆故障点的大体