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          电缆故障测试原理及常见故障排除方法

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          电缆故障测试仪

          、电缆的产生与发展

          自从17世纪初发明了电,人类就与电结下了不解之缘。为实现农业、工业、国防等各行业的电气化,需要将电能从发电厂通过电缆和电线输送到用户。而连接供、用电设备的桥梁——电缆,则成为电力工程中不可或缺的部分。电缆能否安全可靠运行,将直接影响电力系统供电的正常与否。因此,电缆(及电线)对电气化的实现具有举足轻重的影响。

          用于电力传输和分配的电缆称为电力电缆,其实物右图所示。随着国民经济的高速增长,广大电力用户对电力的需求与日俱增,并对其可靠性要求越来越高。而电缆供电以其较高的可靠性优势,越来越多地被应用于输电、配电、用电等领域。

          我国将交流电压等级划分为220/380V、3kV、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330KV、500KV、750KV、1000KV等,分贝为输电电压和配电电压两类。

          二、高压电缆的分类

          高压电缆按绝缘材料可分为油纸绝缘电缆、塑料绝缘电缆、橡胶绝缘电缆和充气电缆。

          油纸绝缘电缆

          黏性油浸纸绝缘型,包括统包型、分相屏蔽型
          不滴流油浸纸绝缘型,包括统包型、分相屏蔽型
          充油式油浸纸绝缘型,包括自容式充油电缆、钢管式充油电缆
          充气式黏性油浸纸绝缘型,包括自容式充气电缆、钢管式充气电缆

          塑料绝缘电缆

          聚氯乙烯绝缘型(低压电力电缆)
          聚乙烯绝缘型(中、低压电力电缆)
          交联聚乙烯绝缘型(高、中、低压电力电缆)

          橡胶绝缘电缆

          天然橡胶绝缘型,包括矿用电缆、船用电缆、电力电缆
          乙丙橡胶绝缘型,包括矿用电缆、船用电缆、电力电缆
          硅橡胶绝缘型,包括控制电缆、航线电缆、电力电缆等

          三、电缆的故障形式及特征

          电力电缆属地下隐蔽设备,由于部分施工单位在施工过程中对电力设施保护意识比较淡薄等因素,外力破坏的隐患一直威胁着电缆线路的安全运行。目前在配电系统中,发生的障碍和异常中,电缆故障占了35%,而在电缆故障中,外力破坏占了73%,外力破坏已成为造成供电故障的主要原因。

          电缆发生故障一般有三种情况:第一种是电缆三相短路。发生此故障时,中断向客户供电,对供电可靠性产生较大影响。第二种是电缆两相短路。发生此故障时,中断向客户供电,对供电可靠性产生较大影响;第三种是电缆单相接地。发生此故障时,虽不中断向客户供电,但是非故障相对地电压升高为线电压,将对系统内的绝缘水平有较大的破坏,尤其是绝缘薄弱点,危害更大。

          电缆供电接线形式有其自身的特点,因此当电缆遭受外力破坏发生故障时,修复困难大。主要表现在:一是故障点寻找困难;二是恢复时间长;三是作业环境要求高、施工难度大,在下雨天以及沟道内电缆发生故障,都很难修复电缆;四是维修费用高。

          四、电缆故障探测原理及方法

          1.低压脉冲测量法

          采用低压脉冲测量法可测量出电缆中出现的开路故障、相间或相对地低阻故障,同时也可以测量电缆全长和显示电缆中部分中间接头的位置。当用仪器对电缆故障测量时,电缆被认为是一传输线(或叫长线)。当电波在长线中传输时,存在着以下一个特性:

          1).对于均匀无损的理想尝鲜,设长度为L,当从其一端加电压或电流波,那么电波便以均匀速度V向其另一端传播,经Td时间后到达另一端,则有

          低压脉冲法测量电缆故障的计算公式

          由波过程理论知:

          低压脉冲测量法波过程公式

          式中C为光速,C=300m/μs;εrμr为长线的相对介电常数和相对磁导率。

          对油纸电缆,V≈160m/μs;对不滴流电缆,V≈144m/μs;对交联乙烯电缆,V≈172m/μs;对聚乙烯(全塑电缆)电力电缆,300m/μs ≈184m/μs。

          2).均匀长线中没一点的波阻抗是相等的,对不同截面积油浸纸介质电缆,其波阻抗Zc在10~50Ω之间。

          2、高压闪络测量法

          对于高阻故障,由于故障点电阻较大,此点的反射系数∥很小或几乎等于零,用低压脉冲法测量时,’故障点的反射脉冲幅度很小或不存在反射,因而仪器分辨不出来o DGC电缆故障闪测仪应用高压闪络测量法对这种故障进行测量,可取得满意的效果。

          由直流高压发生器产生一负的直流高压,加到电缆故障相,当电压高到一定数值后,电缆故障点产生闪络放电,瞬间被电弧短路,故障点便产生一跳变电压波在故障点与测量端之间来回反射。

          常用的高压闪络测量法有两种,即直流高压闪络测量法(简称直闪法)和冲击高压闪络法(简称冲闪法)。

          直闪法

          直闪法测量线路如图1a所示。

          直闪法测量线路及波形

          图1:直闪法测量电缆故障线路及波形

          (a)直闪法测量线路  (b)直闪法测量波形

          C——耦合电容(大于0.1μF);R1——水电阻(20~40kΩ);R2——水电阻(约500Ω)

          图中高压变压器B2输出的交流电压通过二极管D整流后加到电缆故障相,当负高压加到一定幅度时,故障点闪络放电,在故障点与测量端之间形成图1 (b)所示的测量波形,这一波形通过隔直电容c,再经电阻R1、R2贫压后加到仪器上,故障点到测量端的距离

          电缆故障点到测量端的距离公式

          由于受到高压电源输出功率的限制,因此直闪法只能测量闪络性高阻故障。

          冲闪法

          冲闪法分为电阻和电感冲闪两种。对于前者,因电阻在线路中的分压作用,使得实际加到故障电缆上的电压偏低,故对放电不利,特别是对于那些有较高阻值的故障更难以放电,因此此法存在一定的局限性,故通常采用后者。

          冲L法测量线路及波形

          图2:冲L法测量电缆故障线路及波形

          (a)冲L法测量线路;  (b)冲L法测量波形

          冲击直流高压电感测量法(简称冲L法)的测量线路如图2(a)所示。当电源接通后,首先由直流高压给贮能电容D充电,当电容上的电压高到一定幅值时,球隙Q被击穿放电,在t0时刻瞬间负高压加到电缆故障相,并传向故障点,继而故障点闪络放电,故障点放电时的短路电弧使沿电缆送去的电压波反射回去,从而在测量端和故障点之间产生

          如图2(b)所示的波形,图中尖脉冲是由于电感L的微分作用所致。这一波形通过R1、R2电阻分压后加到仪器上。故障点到测量端的距离为

          用冲闪法测量电缆故障测量故障点到测量端的距离公式

          冲L法主要用于测量泄露性高祖故障,也可测量闪络性高祖故障。

          五、用电缆故障测试仪查找地埋电缆故障的步骤

          1、分析电缆故障性质,了解故障电缆的类型

          不同性质的电缆故障要用不同的方法测试,而不同介质的电缆则有不同的测试速度。不同耐压等级的电缆则有不同的耐压要求。而被测试电缆的接头位置及近是否在电缆上方施过工。这些在测试前都必须做到心中有数。

          2、用主机的低压脉冲法测试电缆长度、校对电缆的电波传输速度

          测试电缆全长可以让我们更加了解故障电缆的具体情况,可以判断是高阻还是低阻故障,可以判断固有的电波速度是否准确。(准确的电波传输速度是提高测试精度的保证;当速度不准确时,可反算速度。)这些都可以用低压脉冲测试法来解决。

          3、用路径仪探测埋地电缆的走向

          定点前首先必须知道电缆的路径,若已知路径可省去此步骤。

          4、用定点仪对故障点精确定位

          按定点放电方式接好高压设备,根据电缆的性质及电缆的耐压等级来决定升压程度。对电缆故障点进行精测。如果故障点在距测试端很近时,特别是在电缆的测试端头定位时,因球隙放电声音比故障点放电声音还大,很难区分真假声音,在这种情况下可将高压设备移至另一端的方法来定位。

          5、对电缆故障测试结果进行误差分析,做好测试完的记录

          此步工作对以后的电缆维护及管理是非常重要和必须的。

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