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1、电力电缆故障分析及定位方法高伟同7 r P(北京埃德尔黛威新技术有限公司)摘要本文介绍了电力电缆故障类型、测试步骤和定位方法，特别是目前最有效的高压电弧反法关键词电缆故障脉冲反射电弧反射精定点1前言随着城市的高速发展和城市规划的要求，各种架空缆线逐步埋入地下，特别是电力电缆。各种类型的地埋电力电缆在城市供电系统得到广泛应用，也在冶金、石化、矿山、机场、港口等企事业单位得到普遍应用。虽然这种供电的优点是显而易见的，但是电力电缆在使用过程中一旦发生故障，特别是高阻故障，很难测出故障的确切位置，不能及时排除故障，恢复供电，往往造成停电停产的重大经济损失。所以如何快速准确测出电缆故障是各供电部门的首要
2、课题，本文重点介绍电力电缆故障类型、测试步骤和定位方法。2 电缆参数电力电缆故障是指在供电过程中发生干扰、局部电流不均匀造成的。为确定电缆故障位置，必须了解电力电缆的各种参数分布，来推断和测试故障点。电力电缆可看成有许许多多的电阻(R)、电导(G)、电容(C)和电感(L)等效元件相联接组成的，这些元件称为电缆的分布参数。单位长度的电阻(R)、电导(G)、电容(C)和电感(L)称为一次参数。-+段电缆的等效电路如图l 所示。图l 一小段电缆的等效电路理论上要求这些参数均匀地分布在整条电缆中，也就是说这些参数与电缆总长要成比例。这些参数不仅适用于两条线芯之间，而且也适用于线芯与屏蔽之间。当电缆发生
3、故障时，初步确定电缆故障位置起决定作用的参数为特性阻抗(Z)和波速度(V)，这些参数称为二次参数。2 5 52 1 特性阻抗(Z)电缆的特性阻抗Z 可表示成：z=(尺+j 乩)(G+j c)(1)其中，=2 兀f，f 为电缆所传输的信号频率。如果忽略线路的传播损耗，即令R=G=0，则(1)可简化成：z=三C(2)电缆的特性阻抗Z 表示导线某一点上特性电压与特性电流之比，因此它不受位置和时间的限制，只与电缆结构、绝缘材料和导体材料有关。2 2 波速度(V)波速度V 是指脉冲电压波从电缆一端传到另一端需要一定时间，是电缆长度与传播时间之比。电缆中的波速度可用一次参数表示成：1V=_；=三=：=(3
4、)4(R+础)(G+_ 以)如果忽略线路的传播损耗，则(3)可简化成：v-占=喜(4)4 L c0 弘其中，S=3 x 1 0 8 米秒=3 0 0 米微秒弘为电缆线芯周围介质的相对导磁系数；为电缆线芯周围介质的相对介电系数。由此可见，波速度可近似认为只与电缆的绝缘介质性质有关，而与导体线芯的材料和截面无关。综上所述，在确定电缆故障位置时，要考虑下面的特性参数：特性阻抗z(Q)波速度V(m t t s)如果在运行和测试状态下的这些电缆特性参数均无变化，即可认为这条电缆无故障，但只要电缆某个位置存在特性阻抗发生变化，电缆的均匀性就会受到影响，电缆就称为有故障电缆。3电力电缆故障类型分析由于电力电
5、缆的绝缘材料、运行方式、工作电压等不同，导致了大量的各种各样电缆故障，按故障性质分主要有：接地故障、短路故障、断线故障、闪络故障和综合故障；按故障电阻值分为：低阻故障和高阻故障。传统上把电缆故障点的直流电阻小于电缆特性阻抗称为低阻故障，反之则称为高阻故障。3 1 接地故障电缆一线芯或数线芯接地而发生的故障。当电缆绝缘由于各种原因被击穿后发生低阻接地故障2 5 6或高阻接地故障，按脉冲反射仪测试波形划分，一般接地电阻在1 K O 以下为低阻故障，以上为高阻故障。3 2 短路故障电缆线芯之间绝缘完全破损形成短路而发生的故障。一般线芯之间电阻小于 0 Q。3 3 断线故障电缆一线芯或数线芯断开而发生
6、的故障。通常是由于电缆线芯被短路电流烧断或外力破坏引起。3 4 闪络故障电缆进行试验时绝缘间隙放电，造成绝缘击穿，此为击穿故障。在某种情况下，绝缘击穿后又恢复正常，即使提高试验电压也不再击穿，此为封闭性故障。此时电缆存在故障，但该故障点没有形成通道，这两种故障都属于闪络故障。该故障大多情况发生在电缆接头或终端内，主要表现为：当试验电压升到某一值时，电缆泄漏电流突然升高，并且测量表针呈规律性摆动，降低电压时现象消失，铡量绝缘电阻值仍很高。3 5 综合故障同时具有上述两种以上的故障称为综合故障。4电力电缆故障测试步骤当电缆发生故障后，为确定电缆故障位置，主要可分为三步；4 1识别故障并确定故障性质
7、将电缆脱离供电系统，首先用兆欧表测量每相对地绝缘电阻，如果绝缘电阻为零，再用万用表测量故障电阻，以判断是高阻故障还是低阻故障，然后测量相间绝缘电阻，判断是否存在相间短路，有准确的电缆故障性质判定结论后，便可选择合适的测试方法和仪器。4 2 电缆故障预定位从电缆一端测试，给出测试端到故障点的距离，也就是地埋电缆从测试端到故障点的长度。4 3 电缆故障精定位。由于地埋电缆的长度在地面丈量会存在误差，再加上脉冲反射仪(T D R 或雷达)的测距误差，所以需要对故障点进行精确定点。5电力电缆故障预定位方法从电缆故障类型可分为断线故障、低阻绝缘故障、高阻绝缘故障和闪络故障，不同故障所采用的测试方法和测试
8、仪器也不同，必须分别对待。5 1 低压脉冲法低压脉冲法可对断线故障、短路故障、低阻故障和电缆全长进行预定位，同时也可识别电缆的中间接头。其原理为：脉冲发射仪给电缆发射低压脉冲，该脉冲沿电缆传播直到特性阻抗不匹配点(如断线点、短路点、终端点等)，在这些点上会引起脉冲波的反射，并返回到测试端，脉冲反射仪给出测试轨迹，见图2。：2 5 7图2 低压脉冲法测试示惹图故障距离L 是由下面公式计算：L=Vt 1 2其中，V 是波速度，如油锓浸纸绝缘电缆的波速度为1 6 0m l 工S，交联聚乙烯绝缘电缆的波速度为1 7 2m l 上S。t 是发射脉冲从测试端到故障点，再由故障点返回到测试端的往返时间，由脉
9、冲反射仪测出，单位为微秒(弘s)。5 2 高压弧反射法关于电缆的高阻故障：闪络故障，低压脉冲法就无能为力了，但可设法使故障电阻瞬时短路，就可以用脉冲反射仪测出故障波形。这一测试过程的设想就为高压弧反射法诞生奠定了基础，该方法可用于查寻高阻故障、闪络故障。主要设备有：直流高压单元、高压冲击单元、脉冲发生器、耦合单元、脉冲反射仪。直流高压给高压冲击单元中的电容器充电，然后由球隙放电，产生一个高压脉冲传输到故障电缆的线芯，高压脉冲在故障点击穿燃弧，高阻故障点瞬时产生闪络放电，故障点由于电弧接地而导通，呈现低阻状态，同时脉冲发生器由内部通信装置触发而产生低压测量脉冲，此脉冲在故障点处由于电弧短路而被反
10、射，从而测出故障轨迹波形。脉冲反射仪自动把低压波形和高压波形显示在屏幕上，故障点处会有明显的发散，见图3，兰色曲线为故障电缆的全长波形；红色曲线为高阻或闪络故障波形，故障点自动定位。2 5 8习I _ J图3 高压弧反射法测试示意图6电力电缆故障精定点方法当给故障电缆线芯加上一个足够高的冲击电压和冲击能量时，故障点会击穿并发生闪络放电，在故障点就会产生相当大的“啪、啪”放电声，这种声音可传到地面，一般闪络放电间隔为6-1 5秒。6 1 声测定点法当电缆故障预定位给出故障距离后，在故障电缆测试端给故障线芯加上冲击高压，使故障点闪络放电，同时用定点仪(含探头、接收机、耳机)在预定故障点附近的地面来
11、听测故障点的放电声，听测出最响点，即为故障点的准确位置，见图4。图4 声测定点示意图2 5 96 2 声磁同步定点法当采用冲击放电时，在故障点除产生放电声外，还会产生高频电磁波向地面传播。在地面用磁探头可同时接收声信号和磁信号，电磁波起辅助作用，用来确定所听到的声音是否是故障点的放电声，由于声波与电磁波的传播速度不同，在地面每一点可用声磁同步定点仪测出声信号和磁信号的时间差，时间差最小点即为故障点的准确位置，见图5。图5 声磁时间差测定点示意图6 3 音频感应法当电缆故障点处于相间短路或相地短路(死接地)时(R F I O Q)，用冲击放电器冲击，故障点不放电，也就是说故障点不产生放电声，所以
12、不能用声测法精定故障点。此时应采用音频感应法来探测定位故障点。该方法需要相当的故障测试经验和对电缆各方面的情况(如接头位置、埋设深度等)有详细的了解，才能取得较好的效果。其测试原理是多芯电缆纽绞结构，当音频信号传输到电缆故障线芯时，在故障点前会产生有规则升降的电磁信号，到故障点电磁信号突然增大，过故障点电磁信号下降并保持均匀，见图6 图6 音频感应法定位示意图7结束语电缆故障测寻既要有好的测试设备又要求测试人员的经验积累，才能快速、准确定位故障点对每一次故障测试都要不断分析，特别要了解电缆参数、相间相地电阻、测试电压高低、故障波形等资料，只有不断对大量的现场数据进行分析、研究、总结，才能逐步掌
13、握电缆故障测试的规律。参考文献 1 张栋国，孙雷，电力电缆及其故障分析与测试，陕西科学技术出版社，1 9 9 4 年4 月 2 徐丙根等电力电缆故障探测技术，机械工业出版社，2 0 0 1 年4 月2 6 1电力电缆故障分析及定位方法电力电缆故障分析及定位方法作者：高伟作者单位：北京埃德尔黛威新技术有限公司 相似文献(10条)相似文献(10条)1.会议论文 于景丰 电缆故障的脉冲反射测试技术及其特殊波形的分析 1997 该文简要地介绍了现代的脉冲反射法测试电缆的低阻、断线、泄漏和闪络性故障的典型波形与距离的测量，着重对故障点位于电缆两端及其附近（盲区）时的波形畸变进行理论探讨与实测研究，从而找
14、出波形畸变的理论探讨与实测研究，从而找出波形畸变的理论依据及在该状态下故障测量的有效方法。2.会议论文 彭世杰 脉冲反射测试技术在电缆故障测试中的应用 介绍了现代的脉冲反射法测试电缆的低阻、高阻、断线、泄漏和闪络性故障的典型波形与距离的测量,着重对故障点位于电缆两端及其附近(盲区)时的波形畸变进行理论探讨与实测研究,从而找出波形畸变的理论依据及在该状态下故障测量的有效方法。3.学位论文 康峰 民航飞机专用电缆故障定位仪的设计与实现 2003 飞机电缆故障检测是民航机务维修的一项基本内容.快速、精确地定位出故障点对提高民航机务维修质量和效率具有积极的作用.目前国内只有少数几家大型维修基地拥有这种
15、进口的专用测量仪器,其他的维修部门大多靠人工定位判断.该文针对飞机电缆故障的特点和飞机电缆检测的特殊要求,设计开发出一种可检测和定位飞机电缆故障的智能仪器.该文首先分析了各种电缆故障定位方法的优缺点,针对飞机电缆测试的特殊性和飞机电缆故障的类型,通过大量的分析和实验,采用低压脉冲反射法来定位电缆故障.在理论上阐明其优越性及可行性,并设计研制出飞机电缆故障定位仪样机.该文对电缆故障分析的专家系统进行了方案设计与分析.编写了用小波分析方法对电缆故障信号进行处理的应用程序,获得了比较好的定位效果.对飞机电缆故障定位仪进行了不同长度的电缆故障测试,在各种设定故障情况下均获得了令人满意的结果,各项技术指
16、标均达到国外同类产品水平.数值仿真和现场试验表明:这种仪器对飞机电缆故障检测迅速、准确,定位精度高,并且轻便、灵巧,操作方便,成本低,填补了国内民航该方面专用设备的空白,可广泛应用于国内各航空公司和各飞机维修基地.此仪器也可应用于电信、电力等部门的短距离电缆测试.4.期刊论文 甘在华.龙娓莉.GAN Zaihua.LONG Weili 常用电缆故障测寻方法适用性探讨-供用电2009,26(2)不同的电力电缆故障测寻方法适于不同类型的电缆故障.分析了不同类型的电力电缆故障的特点,介绍了回路电桥平衡法、低压脉冲反射法、脉冲电流法这3种常用的故障测寻方法,并结合电力电缆故障实例,说明这3种电缆故障测
17、寻方法对不同类型电缆故障的适用性,以达到快速、准确地查出故障的效果.5.期刊论文 许珉.白春涛.秦毅男.廖晓辉.XU Min.BAI Chun-tao.QIN Yi-nan.LIAO Xiao-hui 电力电缆故障低压脉冲自动测距方法-继电器2007,35(7)为实现电力电缆故障的自动定位和故障性质的自动判断,介绍了一种基于低压脉冲反射法的电力电缆故障自动定位方法,该方法将故障反射波整形为矩形脉冲,通过设置门槛电压来克服电缆中间接头的反射影响,利用相关函数,对信号进行相关处理,消除其他各种干扰的影响.能自动计算电缆故障距离,自动判断电缆的低阻短路故障和开路故障.此方法在基于虚拟仪器的电缆故障测
18、距仪上进行了软件实现,针对电力电缆进行了实测试验,实测结果验证了该方法的有效性和正确性.6.学位论文 白春涛 电力电缆故障低压脉冲自动测距方法研究 2007 采用电力电缆供电具有安全、可靠、美化城市布局等优点。随着我国国民经济的快速发展，电力电缆在城市配电系统中获得了越来越广泛的应用。随着电缆应用数量的增多及运行时间的不断增长，电力电缆发生故障越来越频繁，给用电企业和用户带来巨大的损失。因此，快速准确的检测电力电缆故障，找到故障位置，对于保证用户的用电质量具有十分重要的意义。目前在电力电缆故障测距中广泛采用行波法，其优点是定位的准确性在理论上不受故障类型的影响。但是由于线芯绝缘介质损耗引起的行
19、波信号衰减，中间接头等的反射和其他干扰等因素，直接实现自动测量较困难，一般是依靠操作人员在测距仪器的显示屏上将故障信号的波形调整到合适的大小，再把光标分别移动到发射脉冲和反射脉冲的起始点，计算出故障距离。此方法用户用起来常感不方便且定位精度与使用者的经验有关，智能化程度较低，故障定位时各种干扰和接头的反射也给故障点的识别和定位带来困难。本文提出了一种基于低压脉冲反射法测量电力电缆故障的智能自动定位方法，该方法将故障反射波整形为矩形脉冲，通过设置门槛电压来克服电缆中间接头的反射，利用相关函数，对信号进行相关处理，消除其他各种干扰的影响，能自动计算电缆故障距离，自动判断电缆的低阻短路故障和开路故障
20、。此方法在基于虚拟仪器的电缆故障测距仪上进行了软件实现，针对电力电缆进行了实测试验，实测结果验证了该方法的有效性和正确性。设计了基于虚拟仪器的智能化电力电缆故障测距仪。采用普源科技公司的RV03100B型仪器，配合电缆测试脉冲信号发生器和笔记本电脑组成测距系统的硬件。采用可视化编程语言Visual Basic 6.0，开发了基于虚拟仪器的数字化测距系统的人机使用界面。并编写了包括仪器初始化、参数设置、数据采集、数据显示以及数据处理等模块的软件。整个系统结构合理、性能可靠、集成度高、安装方便，充分体现了虚拟化的测量仪器的优点。借助MATLAB仿真平台，建立了低压脉冲法故障仿真模型，得到了电缆短路
21、故障与开路故障低压脉冲法故障波形图。并采用本文提出的测距算法对仿真波形进行处理，验证了该方法的可行性。7.会议论文 张华.陈文飞 脉冲反射测试技术在通信电缆测试中的应用 2007 通信电缆测试新技术在近年有了快速发展,脉冲反射法作为市话通信电缆障碍测试的主要技术之一,在公司的通信电缆故障测试中得到了应用.文中针对其原理及应用经验进行了分析和阐述.8.期刊论文 李金平.颜铤.LI Jin-ping.YAN Ting 便携式电缆故障定位仪的设计研究-北京联合大学学报（自然科学版）2006,20(2)基于脉冲反射法,设计了一款便携式电缆故障定位仪.该定位仪采用单片机+高速CPLD的控制模式,并使用了
22、新型的高速AD转换芯片,设计中着重考虑了低功耗的要求.从而使得该定位仪具有智能化程度高、采集精度高和方便携带的优点.9.期刊论文 张宣平.张歆.张小蓟.Zhang Xuanping.Zhang Xin.Zhang Xiaoji 手持式电缆故障测试仪系统实现-电子测量技术2007,30(11)针对目前国内生产的电缆故障测试仪存在造价高、携带不便、需要交流供电、安全性差等缺点,研制出一种性能优良、功能相当、价格低廉、适合野外作业的手持式产品.该产品的系统实现基于脉冲反射原理,以TMS320VC5409和CPLD为处理核心,由低压脉冲产生器模块、高速A/D转换器模块、USB控制器等组成.本文详细介绍
23、了该系统的工作原理、硬件与软件实现方案和实验测试分析.该仪器达到了一定的精度,能较好地适用于工程现场的测量应用.10.学位论文 颜铤 便携式电缆故障定位仪的设计研究 2005 本文通过分析电缆的结构及电磁波在电缆中的传输的特性，并基于一种对电缆故障进行精确定位的方法脉冲反射法，研制出便携式电缆故障定位仪(以下简称定位仪)。定位仪是以单片机及CPLD应用为核心技术的高精度测试仪器，可用于测量电缆的断线故障、混线故障及接地故障。定位仪由电缆一端输入0.5s脉冲宽度的单脉冲信号，在故障点产生反射脉冲。通过测量反射脉冲与发射脉冲的时间差，并根据电缆内电信号的传播速度就可计算电缆端点与故障点的距离。定位仪就是通过这种方法来对故障点进行定位的。它的信号采集频率为140MHz，定位精度达到2m。该仪器科技含量高，功能强大，智能化程度高，操作简单，测量准确，携带方便，适用范围广泛，具有广泛的市场前景。本文链接：http:/