電力電纜故障點粗測方法探討

歐陽文昊

(廣州地鐵運營事業(yè)總部)

電力電纜故障點粗測方法探討

歐陽文昊

(廣州地鐵運營事業(yè)總部)

隨著電力、能源行業(yè)的發(fā)展，各種電纜越來越多地運用到生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，而且一般都埋入地下，當(dāng)電纜發(fā)生故障后，如何快速準(zhǔn)確的查找故障點，盡快恢復(fù)供電，是長期困擾人們的難題。通常，采用高壓沖擊“閃絡(luò)法”來測試故障，查找故障。

電力電纜;故障點;探測方法

1 電纜故障的探測方法

電纜故障性質(zhì)判斷的方法一般來講，首先是將故障電纜組與電源及負(fù)荷連接解除，使之脫離電源。再按照以下的步驟進(jìn)行測量，通過對數(shù)據(jù)的分析從而判斷電纜故障的性質(zhì)。電纜線路故障的探測方法取決于故障的性質(zhì)，電纜線路故障可分為開路故障、低阻故障及高阻故障三種類型。

電纜故障點的粗測，就是測出故障點到電纜任一端的距離，這一步驟是故障定點的必要準(zhǔn)備。粗測的方法有很多種，按基本原理分為兩類，一類是傳統(tǒng)的電橋法，另一類為脈沖反射法。傳統(tǒng)的粗測方法是將高阻故障經(jīng)過燒穿后變成低阻故障，而后用電橋法或低壓脈沖法進(jìn)行測量。使用脈沖反射法探測電纜故障時，無需高阻燒穿，可以直接于故障點加直流高壓或沖擊高壓，使之閃絡(luò)，找出故障點的位置。

1.1 直流電橋法

直流電橋法是最早采用的探測電纜故障的方法，多年來一直是測尋電纜故障的主要手段。對于低阻接地及相間短路故障，目前這種方法仍然被廣泛采用，而且精度較高。直流電橋法是應(yīng)用單臂電橋的原理，將電纜故障點兩側(cè)的線芯電阻引入直流電橋，測量其比值，由測得的比值和電纜長度可算出測量端到故障點的距離。

1.2 脈沖反射法

脈沖反射法測量儀器均是根據(jù)線路電波的傳輸及反射原理設(shè)計的。根據(jù)傳輸線理論，每條線路都有其一定的特性阻抗Zc，Zc只與線路的一次參數(shù)和傳輸頻率有關(guān)，而與線路的長短無關(guān)。反射程度可用反射點上的反射電壓或電流與入射電壓或電流之比表示，稱為反射系數(shù)P。反射系數(shù)與線路的特性阻抗和該點的負(fù)載阻抗有關(guān)，電壓反射系數(shù)Pu可用下式表示

式中:U反為線路反射電壓;U入為線路入射電壓;Zx為線路反射點負(fù)載阻抗;Zc為線路的特性阻抗。

當(dāng)線路發(fā)生斷線故障時，Zx→∞，則

此時發(fā)生正反射，即反射脈沖與入射脈沖方向相同。

當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，Zx→0，則

此時產(chǎn)生負(fù)反射，即反射脈沖與入射脈沖方向相反。

當(dāng)線路無故障時，負(fù)載阻抗Zx=Zc，則

此時無反射。

根據(jù)上述分析可知，不管電纜發(fā)生何種故障，故障點的負(fù)載阻抗與電纜特性阻抗不相等，就會產(chǎn)生反射。因此，脈沖反射法對于電纜的低阻接地、高阻接地、短路、斷線和閃絡(luò)性故障均適用。故障的性質(zhì)可根據(jù)反射波形的圖像加以判別，如圖1所示。

圖1 反射波形圖

(1)低壓脈沖法。

對電纜的低阻接地，短路及斷線故障，低壓脈沖法可很方便地測出故障距離。當(dāng)線路輸入一脈沖電波時，該脈沖波以速度V沿線路傳輸。當(dāng)行進(jìn)Lx距離遇到故障點后被反射折回輸入端，其往返時間為T，此時有下式:2Lx=VT。

則故障點的距離為:Lx=VT/2

電波在電纜線路中的傳輸速度V與電纜的一次參數(shù)有關(guān)，對每一種線路來說是一個固定值，所以只要選擇對的傳輸速度，則可以準(zhǔn)確地測試出故障點的距離。圖2、圖3是電纜故障定位系統(tǒng)進(jìn)行的一些故障點脈沖信號波形圖。

(2)脈沖法。

圖2 低壓脈沖法測量電纜開路故障波形

圖3 低壓脈沖法測量電纜短路及低阻故障波形

(3)沖擊閃絡(luò)法。

當(dāng)故障點處形成貫穿性通道或故障電阻不是很高的情況下，有兩種場合不能使用高壓脈沖法。①隨著電壓的慢慢增加，泄漏電流逐漸增大，但故障點并不閃絡(luò);②由于泄漏電流不斷增大，試驗設(shè)備的容量受到限制，或由于試驗設(shè)備內(nèi)阻很大，導(dǎo)致故障點加不上電壓，電壓全降在試驗設(shè)備的內(nèi)阻上。遇到這兩種情況時，必須采用沖擊閃絡(luò)法，其接線原理如圖5所示。

圖4 沖擊閃絡(luò)法測試原理接線

用沖擊閃絡(luò)法測試，直流高壓經(jīng)球隙地電纜沖擊直至擊穿，產(chǎn)生的閃絡(luò)電弧形成短路反射。沖擊閃絡(luò)法測試線路必須于球隙與線芯之間串接電感L，這是因為儲能電容C的容量較大，對于傳輸來的高頻脈沖電壓波相當(dāng)于短路元件，無法取出反射波形。L對脈沖電壓波有反應(yīng)。脈沖開始瞬間電感中不能流過電流，相當(dāng)于L開路，發(fā)生正反射。然后電流逐漸增大，經(jīng)過一定時間后，電感中電流可順利通過，相當(dāng)于電感短路，變?yōu)樨?fù)反射。所以，沖擊閃絡(luò)法是在測量端利用電感反射電波，并通過電感使測量儀取得故障波形的。

3 結(jié)論

通過以上介紹和分析，可以得出結(jié)論，脈沖反射法測量電纜故障，能較好地解決高阻和閃絡(luò)性故障的探測，而且不必過多地依賴電纜長度，截面等原始材料，根據(jù)線路電波的傳輸及反射原理，根據(jù)電纜故障點電阻的高低，向故障線芯加不同的脈沖電壓，脈沖電壓以電波的形式在故障點與電纜終端頭之間往返反射并在電纜的終端將電波記錄下來，然后，電波波形求得電波往返反射的時間，進(jìn)而再根據(jù)電波在電纜中傳播的速度，計算出故障點到測試端的距離。采用脈沖反射法可以很好的與現(xiàn)代電腦科技相結(jié)合，通過不同的分析程序進(jìn)行故障點的修正，從而使故障的判斷更準(zhǔn)確、時間更短、效率更高，我們有理由相信，脈沖反射法和電腦科技、信息科技以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，是未來電纜故障查找的發(fā)展方向。

［1］王潤卿，呂慶榮.電力電纜的安裝、運行與故障測尋［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［2］陳化剛.電力設(shè)備預(yù)防性試驗方法及診斷技術(shù)［M］.北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

［3］柳淑艷.XF28-1960V.4、電纜故障定位系統(tǒng)介紹［M］.北京:電力出版社，2007.

［4］中國南方電網(wǎng).電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程［M］.廣州:電力出版社，2004.

U415.1

C

1008-3383(2012)03-0126-01

2011-12-28

歐陽文昊，男，湖南省長沙市人，助理工程師，研究方向:軌道交通供電。