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摘 要:随着电力电缆在发供电企业的大量采用,电缆的数量增长很快,电缆故障也随之增多。文章介绍了电力电缆常见的故障类型及故障测试方法,阐述了针对不同类型电缆故障点的测距和定点方法的实际应用,并就实际案例介绍电缆故障测试的方法和步骤。
关键词:电缆故障;低压脉冲;二次脉冲;声磁同步
中图分类号:TM755 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)24-0113-02
随着经济的发展和电网的建设改造,电缆得到了广泛应用。由于电力电缆采用直埋、穿管等方式敷设于地下,一旦出现电缆故障,故障点难于直观查找,给抢修工作带来了极大的困难。因此,掌握电缆故障测试方法,快速准确地查找到故障点的精确位置,缩短故障的修复时间,是供电企业十分关心的问题。
1电缆的故障类型和测试基本步骤
电缆故障一般按电缆的线芯情况和绝缘电阻大小分类,可分为开路故障、低阻故障、高阻故障和闪络性故障。
①开路故障,电缆有一线芯或数芯导体开路或者钢铠断裂的故障。②低阻故障,电缆有一线芯或数芯导体对地绝缘电阻或线芯与线芯之间绝缘电阻低于几百欧姆的故障。③高阻故障,电缆有一线芯或数芯导体对地绝缘电阻或线芯与线芯之间绝缘电阻低于正常值但高于几百欧姆的故障。④闪络性故障,电缆有一线芯或数芯导体对地绝缘电阻或线芯与线芯之间绝缘电阻非常高,但当对该电缆进行耐压试验时,电压加到某一数值时突然出现绝缘击穿现象。
电缆故障故障查找一般是按故障性质诊断、故障测距、故障定点三个步骤进行。故障性质诊断即对电缆故障情况作初步了解和分析,根据电缆的线芯情况和绝缘电阻大小判断出电缆故障类型,然后根据不同的故障性质类型选择合适的测试方法。目前,通常使用电缆故障测距仪、电缆测试高压信号发生器、电缆故障定点仪等设备来进行电缆故障测试。
目前,常用的故障测距方法有低压脉冲法、脉冲电流法、二次脉冲法,故障定点方法有声测法、声磁同步法等。
2 电缆故障的测距
电缆故障测距是根据电波在传输过程中幅度、相位、速度等诸参数的变化规律,利用雷达测距原理来确定电缆故障点距离测试点距测试端的距离。仪器根据电波在电缆中遇到电缆特性阻抗发生变化的地方产生反射波的原理对电力进行测试。对于低阻、短路和开路故障,一般采用低压脉冲法进行测试。而高阻故障,需要测距仪和高压信号发生器,多采用脉冲电流法和二次脉冲法进行测试。
2.1 低压脉冲法
故障测距仪向电缆送入一脉冲电压,当电缆有障碍时,障碍点输入阻抗不再是线路的特性阻抗而引起反射,产生向测量点运动的反射脉冲,其反射系数见公式(1)。
ρ=(Zi-Zc)/(Zi+Zc) (1)
式中,ρ-反射系数;Zi-障碍点输入阻抗,单位Ω;Zc-线路的特性阻抗,单位Ω。
从仪器发射脉冲开始计时,接收到障碍点反射脉冲的时间延迟Δt,对应脉冲在测量点与障碍点往返一次所需时间。设障碍距离为L,脉冲在线路种的传播速度为V,则故障点距离见公式(2)。
L=VΔt/2 (2)
由公式1 可知,开路故障时Zi=∞,则ρ=1,说明反射脉冲与入射脉冲同极性,如图3所示;低阻故障时Zc 脉冲法需知电波在电缆中的传输速度V,而电波的传输速度只决定于电缆的绝缘介质,与它的导线、几何尺寸无关。经过大量试验确定,常用的交联聚乙烯电缆V=172m/μs,聚氯乙烯电缆V=184m/μs。随着电缆运行时间的增加,其传输速度一般略有减小。
2.2二次脉冲法
二次脉冲法是近年来出现的较先进的测距方法,在高压信号发生器和二次脉冲信号耦合器的配合下,可用来测量电力电缆的高阻和闪络性故障的距离,波形更简单,容易识别。
其基本原理是:通过高压发生器给存在高阻或闪络性故障的电缆施加高压脉冲使故障点出现弧光放电。由于弧光电阻小,在燃弧期间原本高阻或闪络性故障就变成了低阻故障。此时,通过耦合装置向故障电缆中注入一个低压脉冲信号,并记录此时的低压脉冲反射波形;在故障电弧熄灭后,再向故障电缆中注入低压脉冲反射信号,记录下此时的低压脉冲反射波形,因此时故障电阻恢复为高阻,低压脉冲在故障点没有反射或反射很小。记录的两个波形进行比较,在故障点位置波形明显不同,波形分歧点距测试端的距离就是故障距离。
二次脉冲法测得的典型波形如图3所示,在2个低压脉冲波形叠加的分歧点即故障点距测试端的距离。
3电缆故障的定点
在对电力电缆故障进行测距后,若电缆的路径走向已经明确,则可以根据测距距离找到故障点的大体方位,由于很难精确知道电缆敷设时预留的长度等因素,实际故障点距离同仪器测距距离还有偏差,为了精确找到故障的位置就需要故障定点。对于常见的电缆高阻、低阻故障等,一般常用声测法和声磁同步接收法进行故障定点。
3.1声测法
声测法是直接通过听故障点放电的声音或看到该声音信号转换的其他可视信号来找到故障点的方法。一般低阻故障和高阻故障,在测试端加高压脉冲信号后,故障点都能在高电压的作用下发生弧光放电。这时,通过放电声音可以查找到故障点。但是在实际测试中,外界环境噪声的干扰很大,使人很难辨认出真正的故障点放电声音,甚至,需要在夜深人静时才能测试。
3.2声磁同步接收法
为了改进声测法时声音受噪声干扰较大的缺点,近年来多采用声磁同步接收法,即通过分辨探测传感器接收到的放电时产生的声音信号和磁场信号的时间差来找到故障点的方法。除了金属性短路故障以外,只要对故障电缆施加高压脉冲信号后故障点会放电的故障都可以采用该法。测试原理是在向高压电缆中加高压脉冲信号使故障点放电时,故障点出会产生声音信号,同时放电电流会使电缆周围产生脉冲磁场信号,此时通过感应线圈和振动传感器感应到声磁信号,并在记录磁场信号的同时触发仪器接收外界声音性信号,由于电磁波的传输速度远大于声音信号,同一个放电脉冲时产生的声音信号和磁场信号在接收时会有时间差,该值代表故障点距离的远近,时间差最小的点就是故障点的位置。声磁同步接收法记录的波形如图4所示。通过比较时间差,找到时间差最小的点即是电缆故障点的正上方。
4高压电缆故障测试案例
2009年,我们在查找110kV城关变10kV城南I线电缆故障时,测得该电缆C相绝缘电阻很低,万用表测得对地电阻为15kΩ,判定为高阻故障。先尝试用低压脉冲法进行故障测距,无法测得明显的故障波形,测得的波形只能得出该电缆的长度。测得的电缆长度471.2m,同电缆台帐的数据460m基本一致。低压脉冲测试波形如图5所示。
我们改用二次脉冲法进行故障测距,经多次施加高压脉冲放电后,测得明显的故障点波形,如图6所示。
我们在测试端按4s/次的频率施加的高压脉冲,根据测得的故障距离399m,在该故障距离附近听到了明显的放电声,经查找后发现在路面一工井下放电声音很清晰,经声磁同步法也确认该处时间差最小。经检查后发现,故障在该处的电缆中间头处。故障点的准确定位为我们的电缆修复节省了时间,加快了恢复送电,缩短了用户停电时间,也减少了企业损失。
5结 语
电力电缆故障测试是技术性和经验型较强的工作,如何快速准确找到故障点的精确位置,缩短电缆修复时间事关供电企业的效益和用户的正常用电。测试人员需要根据电缆不同的故障类型掌握相应的测试步骤和方法,结合经验,才能熟练进行电缆故障的测距和定点。
关键词:电缆故障;低压脉冲;二次脉冲;声磁同步
中图分类号:TM755 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)24-0113-02
随着经济的发展和电网的建设改造,电缆得到了广泛应用。由于电力电缆采用直埋、穿管等方式敷设于地下,一旦出现电缆故障,故障点难于直观查找,给抢修工作带来了极大的困难。因此,掌握电缆故障测试方法,快速准确地查找到故障点的精确位置,缩短故障的修复时间,是供电企业十分关心的问题。
1电缆的故障类型和测试基本步骤
电缆故障一般按电缆的线芯情况和绝缘电阻大小分类,可分为开路故障、低阻故障、高阻故障和闪络性故障。
①开路故障,电缆有一线芯或数芯导体开路或者钢铠断裂的故障。②低阻故障,电缆有一线芯或数芯导体对地绝缘电阻或线芯与线芯之间绝缘电阻低于几百欧姆的故障。③高阻故障,电缆有一线芯或数芯导体对地绝缘电阻或线芯与线芯之间绝缘电阻低于正常值但高于几百欧姆的故障。④闪络性故障,电缆有一线芯或数芯导体对地绝缘电阻或线芯与线芯之间绝缘电阻非常高,但当对该电缆进行耐压试验时,电压加到某一数值时突然出现绝缘击穿现象。
电缆故障故障查找一般是按故障性质诊断、故障测距、故障定点三个步骤进行。故障性质诊断即对电缆故障情况作初步了解和分析,根据电缆的线芯情况和绝缘电阻大小判断出电缆故障类型,然后根据不同的故障性质类型选择合适的测试方法。目前,通常使用电缆故障测距仪、电缆测试高压信号发生器、电缆故障定点仪等设备来进行电缆故障测试。
目前,常用的故障测距方法有低压脉冲法、脉冲电流法、二次脉冲法,故障定点方法有声测法、声磁同步法等。
2 电缆故障的测距
电缆故障测距是根据电波在传输过程中幅度、相位、速度等诸参数的变化规律,利用雷达测距原理来确定电缆故障点距离测试点距测试端的距离。仪器根据电波在电缆中遇到电缆特性阻抗发生变化的地方产生反射波的原理对电力进行测试。对于低阻、短路和开路故障,一般采用低压脉冲法进行测试。而高阻故障,需要测距仪和高压信号发生器,多采用脉冲电流法和二次脉冲法进行测试。
2.1 低压脉冲法
故障测距仪向电缆送入一脉冲电压,当电缆有障碍时,障碍点输入阻抗不再是线路的特性阻抗而引起反射,产生向测量点运动的反射脉冲,其反射系数见公式(1)。
ρ=(Zi-Zc)/(Zi+Zc) (1)
式中,ρ-反射系数;Zi-障碍点输入阻抗,单位Ω;Zc-线路的特性阻抗,单位Ω。
从仪器发射脉冲开始计时,接收到障碍点反射脉冲的时间延迟Δt,对应脉冲在测量点与障碍点往返一次所需时间。设障碍距离为L,脉冲在线路种的传播速度为V,则故障点距离见公式(2)。
L=VΔt/2 (2)
由公式1 可知,开路故障时Zi=∞,则ρ=1,说明反射脉冲与入射脉冲同极性,如图3所示;低阻故障时Zc
2.2二次脉冲法
二次脉冲法是近年来出现的较先进的测距方法,在高压信号发生器和二次脉冲信号耦合器的配合下,可用来测量电力电缆的高阻和闪络性故障的距离,波形更简单,容易识别。
其基本原理是:通过高压发生器给存在高阻或闪络性故障的电缆施加高压脉冲使故障点出现弧光放电。由于弧光电阻小,在燃弧期间原本高阻或闪络性故障就变成了低阻故障。此时,通过耦合装置向故障电缆中注入一个低压脉冲信号,并记录此时的低压脉冲反射波形;在故障电弧熄灭后,再向故障电缆中注入低压脉冲反射信号,记录下此时的低压脉冲反射波形,因此时故障电阻恢复为高阻,低压脉冲在故障点没有反射或反射很小。记录的两个波形进行比较,在故障点位置波形明显不同,波形分歧点距测试端的距离就是故障距离。
二次脉冲法测得的典型波形如图3所示,在2个低压脉冲波形叠加的分歧点即故障点距测试端的距离。
3电缆故障的定点
在对电力电缆故障进行测距后,若电缆的路径走向已经明确,则可以根据测距距离找到故障点的大体方位,由于很难精确知道电缆敷设时预留的长度等因素,实际故障点距离同仪器测距距离还有偏差,为了精确找到故障的位置就需要故障定点。对于常见的电缆高阻、低阻故障等,一般常用声测法和声磁同步接收法进行故障定点。
3.1声测法
声测法是直接通过听故障点放电的声音或看到该声音信号转换的其他可视信号来找到故障点的方法。一般低阻故障和高阻故障,在测试端加高压脉冲信号后,故障点都能在高电压的作用下发生弧光放电。这时,通过放电声音可以查找到故障点。但是在实际测试中,外界环境噪声的干扰很大,使人很难辨认出真正的故障点放电声音,甚至,需要在夜深人静时才能测试。
3.2声磁同步接收法
为了改进声测法时声音受噪声干扰较大的缺点,近年来多采用声磁同步接收法,即通过分辨探测传感器接收到的放电时产生的声音信号和磁场信号的时间差来找到故障点的方法。除了金属性短路故障以外,只要对故障电缆施加高压脉冲信号后故障点会放电的故障都可以采用该法。测试原理是在向高压电缆中加高压脉冲信号使故障点放电时,故障点出会产生声音信号,同时放电电流会使电缆周围产生脉冲磁场信号,此时通过感应线圈和振动传感器感应到声磁信号,并在记录磁场信号的同时触发仪器接收外界声音性信号,由于电磁波的传输速度远大于声音信号,同一个放电脉冲时产生的声音信号和磁场信号在接收时会有时间差,该值代表故障点距离的远近,时间差最小的点就是故障点的位置。声磁同步接收法记录的波形如图4所示。通过比较时间差,找到时间差最小的点即是电缆故障点的正上方。
4高压电缆故障测试案例
2009年,我们在查找110kV城关变10kV城南I线电缆故障时,测得该电缆C相绝缘电阻很低,万用表测得对地电阻为15kΩ,判定为高阻故障。先尝试用低压脉冲法进行故障测距,无法测得明显的故障波形,测得的波形只能得出该电缆的长度。测得的电缆长度471.2m,同电缆台帐的数据460m基本一致。低压脉冲测试波形如图5所示。
我们改用二次脉冲法进行故障测距,经多次施加高压脉冲放电后,测得明显的故障点波形,如图6所示。
我们在测试端按4s/次的频率施加的高压脉冲,根据测得的故障距离399m,在该故障距离附近听到了明显的放电声,经查找后发现在路面一工井下放电声音很清晰,经声磁同步法也确认该处时间差最小。经检查后发现,故障在该处的电缆中间头处。故障点的准确定位为我们的电缆修复节省了时间,加快了恢复送电,缩短了用户停电时间,也减少了企业损失。
5结 语
电力电缆故障测试是技术性和经验型较强的工作,如何快速准确找到故障点的精确位置,缩短电缆修复时间事关供电企业的效益和用户的正常用电。测试人员需要根据电缆不同的故障类型掌握相应的测试步骤和方法,结合经验,才能熟练进行电缆故障的测距和定点。