电缆故障的产生及测试方法分析(4)

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电压高低和放电间隔时间。测量时从0调节T，当电压增加到某一值时，球间隙G击穿，使电容对电缆芯线放电。当电压信号幅值大于故障点临界击穿电压，则高压信号沿电缆行进到故障点一定的时间后，故障点电离，击穿放电。闪测仪将记录到相应的波形，则故障点到测量端的距离可由此计算出，△t表示相邻两个同极性脉冲（第一个脉冲除外，因为故障点击穿有延时）的时间差。 2.1.5 直流高压闪络测试法

测试原理：在直流高压的作用下，使高阻故障点发生闪络放电，形成瞬间短路电弧，从而产生来回反射波。故障点到测试端的距离为L=vT/2(v--电波在电缆中的传波速度)。测试线路如图2.1所示。

首先对电缆C相进行测试：①按图2.1接线，并检查无误后，接通电源，缓慢升压，当电压升至约8kV时，听到有规律的\嗒、嗒、嗒\的放电声，毫安表指针有规律地摆动。②降压、断电、放电。③打开主机，选择电缆绝缘介质种类：交联电缆(波速v=172m/μs)，调节脉冲波在显示屏中的位置，使脉冲波形基线距荧屏下端约1cm，调节脉冲幅度约为3cm。按\工作选择\键使仪器处于\闪络-1\工作状态(\闪络-1\工作状态用于测量10～10000m以内的闪络故障)。按\采样/保持\键，使仪器进入\正在采样\状态。④调压器升压，故障点再次放电，出现图2.2典型的直闪波形，t1为故障点闪络放电后形成的一次反射波，t2为二次反射波，t3为三次反射波，依次循环。则故障点的距离L=v(t2-t1)/2=v(t3-t2)/2=v(t4-t3)/2=?。按\采样/保持\键，使仪器处于\保持状态\，降压、断开调压器电源、放电。⑤通过波形处理，游标定位，游标移动，打印、显示的故障点的距离为距测试端282m处。

图2.1

VT--调压器，0～250V，容量3kVA

PT--高压变压器，50000V/200V，容量＞1.5kVA D--整流硅堆，反向耐压＞200kV，工作电流＞50mA

C--隔直流电容，容量＞0.1μF，并根据电缆所加直流高压， 最大可为电容标称耐压值的4倍，来选择电容的连接数目

R1、R2--组成分压器

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图2.2

2.1.6 冲击高压闪络测试法

冲击高压闪络测试法适用于测试故障点泄漏电流较大、直流高压不易使故障点放电的闪络故障和大于l OO欧的短路(接地)故障。与直闪法的区别在于，冲闪法的接线中，在高压试验设备和电缆之间串接了一对球间隙，直流高压先对电容器充电，当加在电缆上的直流高压幅值大于故障点临界击穿电压时，球间隙击穿，电容器对电缆故障点放电并产生放电脉冲波。这一放电脉冲波在测试端和故障点之间往返，仪器记录到脉冲波形，并根据时间间隔计算出故障点距离。

2.2 低压电力电缆故障检测装置现状及存在的问题 2.2.1 在测距原理上存在的问题

压电力电缆的绝缘水平低，会使得低压电力电缆无法承受故障测试时所加的高电压。若在低压电力电缆上用高压电桥法、脉冲直流法、冲击法来进行故障测距，都可能使电缆出现二次击穿，产生新的故障。因此，低压电力电缆常用测距方法是低压脉冲反射法与电桥法。

低压脉冲法简单、直观，但这种方法有以下不足：

（1）当故障电阻高时，脉冲反射系数幅值小于5%，故障点反射脉冲较难识别，因此低压脉冲法不适用于故障电阻高的电缆高阻故障测距；

（2）电力电缆线路较短，使用低压脉冲进行故障测距时，脉冲的发射波与反射波之间的时间差非常小，不易分辨；

（3）低压脉冲反射法的使用必须具有脉冲发射装置与接受装置，整个测距装置的成本高。

2.2.2 在故障精确定点方法上存在的问题

目前，常用的电缆精确定点的方法是声测法和音频感应法。声测法主要用于高阻故障的故障点精确定位。在实际应用中，声测法常因受到电缆

故障点环境因素的干扰，如振动噪声大，电缆埋设过深等，造成定点困难。

电阻小于10Ω的低阻电缆故障，传统的定点方法是音频感应法。音频感应法频率较低(1KHz)，音频信号的发生器功率较大；音频感应法是通

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过人的耳朵对声音信号强弱的分辨来判断故障点的位置，操作人员的经验要求较高。

2.2.3 故障测距主要方法——电桥法基本原理及存在的不足

电桥法被当作电力电缆故障测距的主要方法，其工作原理是利用缆芯导体构成电桥的回路长度成正比的原理(见图2.3)。电桥平衡时： R'X=(2L-X)R 则：X=2LR/(R+R') (m)

图2.3 电桥法测试电缆故障的原理接线图

电桥法操作简单、精度高，而且装置成本低，但作为电缆的测距方法，它还存在以下不足：

(1)在故障电阻很高的情况下，由于电桥里的电流很小，一般灵敏度的仪表很难探测到这么小的电流。这时，为了得到在测距时所需的电流(10～15mA)，传统的方法是使用高压电桥法，或烧穿故障点，使接地电阻变小后，再使用低压电桥法。低压电力电缆的电压绝缘水平不高，如果为提高电桥的灵敏度而升高电压，有可能造成在定位时电缆的二次击穿，形成新的故障；而在故障点上施加高压，让适当的电流流过并烧穿故障点形成炭化物，使故障电阻值下降的方法，由于其费时费力，效果又不太理想而逐渐被淘汰。

因此，从上面的分析可知，电桥法不适用于电缆高阻故障的测距。 (2)当低压电力电缆发生三相短路、三相短路接地和断线故障时，从图2.3可以看出，由于无法构成测量回路，电桥不能进行电缆的故障测距。

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第3章 电力电缆故障测距方法-电桥法 3.1 测试低压电力电缆的新方法-直流比值法 3.1.1 基本原理

为了克服电桥法的缺点，我们在电桥平衡原理的基础上提出了一种全新的故障测距方法——直流比值法。其原理如图3.1所示。

如图所示，当电缆发生短路故障时，若使Rm>>Rf，则IG≈0。这时UA0=UD0，而UA0=U2+U3。设电缆的直流电阻参数为r0，根据基尔霍夫定律可得：

UA0=UD0= Uf+Xr0I+U3 U1=Xr0I+ Uf+Xr0I

图3.1直流比值法测距原理图

在测试端测得电压值U1、U2、U3，并调节电阻R，使得

U1=U2+U3=UA0

则 U1-UA0 = Xr0I -U3=0 由于 U3=RI

所以 Xr0I-RI=0

X= (2-1)

式(2-1)即为直流比值法计算故障距离的一般公式。这种方法的新颖之处在于——用U3(IR)来补偿测试点到故障点之间的电压。直流比值法与电桥法相比的优越性在于：

a解决了低压电力电缆故障检测中高阻故障的测距问题；b解决了三相短路、三相短路接地及断线故障的测距问题；c不需要检流，检测微弱电流难以用数字的方法实现，而使用电压量进行比较；d仪器易于实现数据化，只需要一只可调电阻。

3.1.2 单相接地短路

（1）单相接地短路接线原理如图3.2

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图3.2 单相接地测距原理接线图

3.1.3 相间短路

两相之间短路的测距接线如图3.3所示。三相短路、接线的原理如图3.3。

图3.3 三相接地测距原理接线图

3.1.4 两相短路接地

两相短路接地测距原理接线如图3.4所示。

图3.4两相短路接地测距原理接线图

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