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1、电力电缆故障寻测技术,一、概述 二、准备知识 三、电缆故障产生原因 四、电缆故障分类 五、故障寻测步骤 六、故障测试方法 七、电缆故障点的精测方法 八、电缆埋设路径的寻测 九、现场测试经验交流,一、概述,随着我国两网改造的完成，安全方便的地下动力电缆应用日益广泛。但一旦电缆发生故障很难较快地寻测出故障点的确切位置。不能及时排除故障、恢复供电，往往造成停电停产的重大损失。所以如何用最快的速度、最低的维修成本恢复供电是各供电部门在遇到电缆故障时的首要问题。传统的电桥法、脉冲法、冲击闪络电流取样法等，尽管能解决一部分问题，但对于高阻故障的波形分析判断难度很大，大部分用户在现场还是无法从复杂的波形中判
2、断出故障距离来。随着现代电子技术的发展，先进的二次脉冲法的出现，使复杂的故障波形极大的简化，就像使用脉冲法一样，将高阻故障的波形简化为脉冲法的短路故障波形。这就大大地提高了高阻故障的检测率，几乎人人都会判读故障波形，而且准确度也大大提高。二次脉冲法的推广应用，可以说解决了供电部门的一大难题。加之，高抗干扰数字同步定点仪实现了现场快速精确定位，可以说，现在真正实现了排除电缆故障快准省的最高境界。,二、准备知识,利用行波法检测电缆故障，实际上是把动力电缆作为高频信号传输线来考虑的。根据电波（波形）在电缆中的传输过程的幅度、相位、速度、衰减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测试端
3、的距离。为了更好地帮助操作人员理解现场测试波形，有必要了解电波在电缆中传播的基本概念。 1.电缆的特性阻抗（波阻抗）Z0：特性阻抗定义为电缆的行波电压与行波电流之比，具体的说就是入射波电压与入射波电流之比或反射波电压于反射波电流之比。Z0=U+ / i 或 Z0=U- / i-Z0与电缆本身的结构、绝缘介质及导体材料有关。还与电缆芯线的截面积和芯线外皮的距离有关。所以不同规格和种类的电缆，其特性阻抗也不同。电缆芯线截面积越大，波阻抗值越小。一般动力电缆的波阻抗值在10欧姆至40欧姆之间。,电缆的特性阻抗与电缆的长度无关。电缆中的特性阻抗处处相等。 2.电缆中的波速度V:波速度V与电缆绝缘介质的
4、相对介电常数的开方成反比。与电缆的芯线材料和截面积无关。即是说，同一种和同一根电缆上，其波速度是不变的。经测量知：油纸电缆 约 v160米/微秒交联聚乙烯电缆约 v170米/微秒塑料电缆 约 v184米/微秒橡套电缆约 v100米/微秒实际上，不同厂家或同一厂家生产的不同批次电缆，其电缆波速会略有差异，现场测试时，最好重新测试后再设置该电缆的波速，会使测试精度更高一些。 3.波的反射和反射系数：当电缆中出现断线或低阻故障时，故障点的等效阻抗与电缆的特性阻抗不相等（不匹配），行波运动到该点时便会发生全部或部分能量反射。反射的大小与故障点的等效阻抗大小有关。行波的反射程度可用发生反射的阻抗不匹配点
5、的反射电压（电流）与入射电压（电流）之比P反来表示。 P反称之为反射系数。P反 Uf / Ui （Z1Z0) / (Z1+Z0),式中：Z1故障点的等效阻抗值 Z0电缆的特性阻抗 由反射系数公式可看出： 1）当Z1 Z0时，P反0。故障点的等效阻抗与电缆的特性阻抗相等，匹配无反射。此时看不到故障点的反射回波。 2）当Z1 0时，P反1。故障点短路，是负的全反射。此时看到故障点的反射回波与发射脉冲波形幅度相等而极性相反。 3）当Z1 无穷大时，P反1。故障点开路，是正的全反射。此时看到故障点的反射回波与发射脉冲波形幅度相等而极性相同。 4）如果故障点的等效阻抗小于电缆的特性阻抗又未完全短路，则是
6、负的部分反射，反射脉冲的幅度小于发射脉冲，且极性相反。 5）如果故障点的等效阻抗大于电缆的特性阻抗又不是无穷大，则是正的部分反射，反射脉冲的幅度小于发射脉冲，但极性相同。以上叙述说明了电缆故障点的等效阻抗在不同数值时，反射回波的幅值和极性变化的理论解释。,三、电缆故障产生原因,了解电缆故障产生的原因，有利于降低故障发生率，快速排除电缆故障 障。 电缆故障发生的原因大致有： 1.机械损伤：1）安装时碰挤、过度弯曲；2）电缆路径上作业形成的外力破坏；3）地面强烈震动或冲击性外力造成铅（铝）包疲劳破损；4）自然力破坏。如土地沉降、路面下沉等； 2.电缆外皮的电腐蚀和化学腐蚀：电缆附近有强电力场存在或
7、酸碱作业区，往往使电缆在长期腐蚀环境中造成绝缘损坏。 3.电缆绝缘物的流失：油浸纸电缆的敷设高低起伏落差，会使缺油部位绝缘强度下降。 4.拙劣的技工工艺和潮湿环境下作头，或不按技术要求敷设电缆。 5.电缆长期过负荷运行造成电缆过热，加速了绝缘老化。 6.雷击和线路故障引起过电压击穿。,四、电缆故障分类根据行波法的测试特点对电缆故障进行分类，即是说考虑到电缆的特性阻抗特点应按测试方法分类（不能用兆欧表的测试结果分类） 1.断路、低阻、短路故障低压脉冲法低阻故障概念：用万用表测得电缆的直流电阻阻值小于100欧姆的故 障电缆一般称为低阻故障。100欧姆以上视为高阻故障。 2.高阻泄漏、高阻闪络故障冲
8、击高压闪络法冲击高压闪络法不仅适应高阻泄漏和高阻闪络性故障，也适应低阻和 短路性质的故障。,五、故障寻测步骤,第一步：电缆故障性质的确定测试故障之前要确定：故障电阻是低阻还是高阻；是闪络性还是泄漏型型故障；是开放性的还是封闭型的；是接地、短路、断线还是它们的混合；是单相、两相还是三相故障。判断故障性质最好用万用表确定高阻还是低阻故障。以确定测试方法。 第二步：粗测利用低压脉冲法先测定被测电缆的全长和短路、断路故障的距离。对于高阻故障，可用高压智能电桥，高压闪络法（电流取样法、电压取样法、二次脉冲法）测出故障点距测试端的距离。之所以称为粗测，是因为无论何种方法测出的数值仅表示被测电缆（故障）的地
9、下长度，由于地下的预留长度不能精确估计，此长度不能代表地面的距离。只能算是故障点的大致范围。 第三步：测寻电缆的埋设路径，便于在电缆的正上方进行精确定位。 第四步：精确定点对电缆施加冲击高压（或脉动高压），利用故障点的放电声波，在粗测故障距离范围内，用声测法（声磁同步法）或跨步电压法进行精确故障点定位。,六、故障测试方法1.电桥法：电桥法是一种传统的对低阻故障行之有效的一种方法。操作相对简单，精度也较高。但由于电桥电压和检流计灵敏度的限制，此法仅适用于直流电阻小于100K欧姆的低阻泄漏故障，而且要求电缆必须有一根以上的好相才行。对高阻故障，断路故障和三相均有泄漏的故障电缆则无能为力。测试电路和
10、故障距离表达公式等效电路和线路连接如下：,由上述电桥测试原理可知，要精确测定故障距离，需人工调节R2(精 密电阻箱)的阻值，在电桥平衡时算出比例系数K，并将已知电缆全长数 的阻值，在电桥平衡时算出比例系数K，并将比例系数K代入公式便能求 得故障距离。 2、低压脉冲测试法此法可直观地判断电缆故障点是开路还是短路性质的故障，并且能 直接读出测试端至故障点的距离来。低压脉冲测试法的工作原理：由前面行波在电缆中传播理论分析知，电缆中的阻抗失配点会引起波的反 射。利用观测到的发射脉冲和反射回波脉冲之间的时间差和电缆中行波的传输速 度就可计算出故障距离来。计算公式如下：V电波在电缆中的传播速度t发射脉冲与
11、反射回波间的时间差,低压脉冲测试标准波形,2.冲击高压闪络法,冲击高压闪络法可以测试电缆的高阻泄漏故障、高阻闪络性故障、低 阻短路故障和断线故障。是一种高效可靠、适应性较广的电缆故障测寻 手段。冲击高压闪络法测试原理：在故障电缆的始端施加一个冲击高压，将故障点电弧击穿。利用故障 点击穿瞬间的电压突跳作为测试信号。观察此信号在故障点和电缆始端 之间往返一次的时间进行测距。冲击高压闪络法的信号取样方法有多种，常用的方法有电压取样法、 终端电压取样法、电流取样法等。目前，由于安全原因电压取样法日趋 淘汰。在国内外，电流取样法已得到广泛应用。电流取样法利用电磁感应原理，用电流互感器拾取地线上的电流信号
12、 来获得电缆中的电波电流反射信号。与高压发生器、市电没有电气上的 关系，所以特别安全。电流取样法所得波形周期多，反射波形特征拐点 清晰，特别有利于故障距离分析和定位冲击高压闪络电流取样法的电原理线路如图所示：,图中 D为整流硅堆 反向耐压大于100KV 正向电流应大于100mAC储能电容，电容量大于1F 耐压大于30KV电流取样器必须放在电缆与储能电容之间的接地连线旁边,电流取样法的各种标准波形如下：,3.二次脉冲法,由于电流取样法的测试波形较为复杂不同类型、不同长度、不同故障距离、不同的冲击高压所得的波形千变万化，往往与标准波形相差甚远。很多人掌握不了波形规律，常常发生误判错判。二次脉冲法的
13、先进之处，在于将冲击高压闪络法中的复杂波形变成极其简单最易掌握的低压脉冲法短路故障测试波形。可以说任何人稍加培训就能识别回波的拐点，达到快速准确测得故障距离的目的。二次脉冲法的基本测试原理：众所周知，低压脉冲法无法测试电缆的高阻故障（无故障回波）。然而，如果在足够高的冲击电压作用下故障点被电弧击穿的同时，能发送一个低压测试脉冲，即可在短路点得到一个短路反射的回波。即反射回波的极性与发射脉冲的极性相反。当故障点短路电弧熄灭后，再发射一个低压测试脉冲（二次脉冲），可测得电缆的开路全长波形。前后两次采集到的波形同时显示在一个屏面上。开路全长波形与发射脉冲同极性，故障反射波形的极性与发射脉冲极性相反，
14、且一定在全长距离以内。所以故障波形极好区别判断。二次脉冲法也有一定的局限性。主要表现在故障点发生在电缆始端或近始端，波形稍复杂一些，精确读数会引入一定误差。另外，使用二次脉冲法时为使故障点充分击穿，所加的冲击高压会比常规的电流取样法要高一些。,二次脉冲法测试系统接线图如下：,作为采用二次脉冲法的电缆故障测试系统，全套仪器包括可以产生单次冲击高压的“一体化高压发生器”、“二次脉冲产生器”、“二次脉冲自动触发装置”和测试波形分析处理的“二次脉冲法电缆故障测试仪”。,简单工作原理：“二次脉冲产生器”的作用是将“一体化高压发生器”产生的瞬时冲击高压脉冲引导到故障电缆的故障相上，保证故障点能充分击穿，并
15、能延长故障点击穿后的电弧持续时间。同时，产生一个触发脉冲同时启动“二次脉冲自动触发装置”和“二次脉冲电缆故障测试仪”。“二次脉冲自动触发装置”立即先后发出两个测试低压脉冲，经“高频高压数据处理器”传送到被测故障电缆上，利用电缆击穿后的电流电压波形特征和电弧熄灭后的全长反射回波，将形成两个完全不同的反射脉冲记录在显示屏上。一个脉冲波形反映电缆的全长，另一个脉冲波形反映电缆的高阻（短路）故障距离。,二次脉冲法电缆故障测试仪的面板结构图如下：显示屏采用触摸屏，所有的操作功能均通过触摸键完成。大大提高了仪器的可靠性，操作和波形判断、故障距离定位极其简单。,二次脉冲法的各种实际测试波形如下：,二次脉冲法
16、测试的操作技巧：,尽管二次脉冲法测试波形极易判断、准确性也较高，但要获得一个较为理想、方便判读的波形还需掌握一定的技巧才能应用自如。1.冲击高压的幅度一定要高，必须保证故障点充分击穿。否则采集不到故障回波的。这时只能看到两个终端开路波形。故障点击穿后，屏幕上显示的两个波形是有区别的。上半部波形是用低压脉冲法测得的电缆开路全长波形。下半部波形是故障点被高压击穿电弧短路时用低压脉冲法测得的短路故障波形。故障回波的极性一定向上，与开路全长的终端反射回波的极性相反。且标定的距离一定小于电缆全长。 2.按照电缆长短活故障距离的远近选择“短距离”（1Km以内）、“中距离”（2Km以内）、“长距离”（大于2Km)三种测试脉冲。对于远距离故障，由于回波较弱，其回波前沿拐点变化园缓，判断故障拐点的起始点有一定困难。此时应将两次测得的脉冲基线重合起来。其故障回波基线的前沿与全长波形的基线分叉处，用游标卡在该处，也可较精确测得故障距离。,
