基于脉冲注入法的电缆故障定位.doc

专业硕士学位论文基于脉冲注入法的电缆故障定位Cable Fault Location based on the Pulse InjectionMethod李金洁2013年 12月 国内图书分类号：TN78国际图书分类号：621.38学校代码：10079密级：公开专业硕士学位论文基于脉冲注入法的电缆故障定位硕士研究生 ：李金洁导师 ：戚宇林教授企业导师：申请学位 ：工程硕士专业领域 ：电子与通信工程培养方式 ：全日制所在学院 ：电气与电子工程学院答辩日期： 2014年 3月授予学位单位 ：华北电力大学 Classified Index: TN78U.D.C: 621.38Thesis for the Master DegreeCable Fault Location based on the Pulse InjectionMethodCandidate：Li Jin-jieSupervisor：School：Prof. Qi Yu-linSchool of Electric and ElectronicEngineeringDate of Defence：March, 2014Degree-Conferring-Institution： North China Electric Power University 北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于脉冲注入法的电缆故障定位，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：日期：年月日华北电力大学硕士学位论文使用授权书基于脉冲注入法的电缆故障定位系本人在华北电力大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版本，同意学校将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于（请在以下相应方框内打“”）：保密，在不保密年解密后适用本授权书作者签名：导师签名：日期：年年月月日日日期： 华北电力大学硕士学位论文摘 要随着电缆的运行负荷和时间的不断增长以及应用数量的持续增多等原因，电力系统中电缆的故障率也越来越高，因此成为影响供电部门正常供电的主要障碍之一。但是，就目前来看，仍然缺少适用范围广、实用性强的电缆故障定位方法。本文研究了现有的电缆故障定位技术，将各种主要定位理论的原理方法进行对比分析，总结各种方法的适用范围和优缺点，并且在深入研究了行波法电缆故障定位的基础上给出了一种基于脉冲注入法的电缆故障定位方法。该方法的原理为将高压脉冲信号注入电缆故障相，故障点放电就会形成一个突跳电压波，突跳电压波传回脉冲注入端并由信号接收电路接收，计算发送电压波时间及反射回来时间的时间差，根据时间差可以计算出故障点位置。此方法定位设备简单易操作，定位效果稳定。该方法能否有效定位，高压脉冲源的设计至关重要，本文提出了高压脉冲源的设计方法，其优点为注入脉冲宽度、周期皆为可调，可检测多种故障类型，并且可在电缆预定位及精确定位的多种定位方法原理中使用。文章给出了故障定位系统总体方案设计，并对其中高压脉冲源以及信号接收电路的软硬件设计进行了详细说明。设计了信号接收电路，完成了定位软件的编写。经过理论分析及实验室电缆放电模拟实验，证明了设计中的高压脉冲源故障定位的可行性，也说明应用脉冲注入法在电缆故障定位中是切实可行的。关键词：配电网；电缆故障定位；脉冲注入法；高压脉冲源I 华北电力大学硕士学位论文AbstractBecause of the increasing of operation load and time of power cables, and theapplication of power cables is more and more gradually, the rate of cable fault in powersystem is higher and higher. So it is one of the main obstacles to the normal power supplyof power supply department now. But, until now, there are no efficient methods withwide applicability and strong practicality on power cable fault location. Through researchon existing power cable fault location technology, this paper makes a comparativeanalysis of main location methods, point out the merits and defects of each method. Amethod of cable fault location based on pulse injection method has been promoted inthis paper after study to the method of traveling wave. After injecting high voltagepulse into the fault phase of power cable, the fault point will discharge and thevoltage wave will form a sudden jump. Signal receiving circuit can receive thesudden jump of returned voltage wave at the pulse injection end. The fault point canbe calculated based on the time difference between pulse injecting and receiving.The devices are simple and easy to be operated, and the effect is stable. The designof high voltage pulse generator is essential to effective localization in this method.This paper puts forward the design of high voltage pulse generator. The width andperiod of injected pulse are adjustable, and it can detect various types of cable faults,furthermore, it can be used in various methods and principles of fault pre-locationand precise location. This paper furnishes the general scheme of cable fault locationsystem, and explains the hardware and software design of high voltage pulsegenerator and signal receiving circuit in detail. Through theoretical analysis andlaboratory cable discharge simulation experiments, the feasibility of the design of highvoltage pulse generator is proved, and it also illustrates the application of pulseinjection method in cable fault location is feasible.Keywords：distribution networks；cable fault location；pulse injection method；highvoltage pulse generatorII 华北电力大学硕士学位论文目录摘要 . 1Abstract .II第 1章引言 . 11.1选题背景及研究意义 . 11.2电力电缆故障定位技术的研究现状与发展 . 11.2.1阻抗法. 21.2.2行波法. 31.2.3声测法. 41.2.4声磁同步法. 41.2.5智能化的定位方法. 41.3论文的研究内容 . 51.4论文的章节安排 . 5第 2章电缆故障分析 . 72.1电力电缆故障原因. 72.2电力电缆故障分类 . 92.3电缆故障定位步骤 . 102.4本章小结. 10第 3章脉冲注入法相关原理 . 113.1传输线的波过程与电缆模型 . 113.2电磁波的折射与反射 . 123.3脉冲注入法定位原理 . 143.4本章小结 . 15第 4章脉冲注入法故障定位系统设计 . 164.1电缆故障定位系统总体方案设计 . 164.2高压脉冲源的硬件设计与实现 . 164.2.1高压脉冲参数的确定. 174.2.2高压脉冲源硬件设计. 194.2.2.1单片机电路设计.194.2.2.2 IGBT及驱动部分的设计.204.2.2.3数码管显示及按键输入部分的设计.23III 华北电力大学硕士学位论文4.2.2.4电源供电电路设计. 244.3高压脉冲源的软件设计 . 264.3.1定时器软件设计. 264.3.2数码管显示软件设计. 314.4高压脉冲源放电测试实验 . 314.5信号接收电路的设计与实现 . 344.6本章小结 . 35第 5章结论与展望 . 36参考文献 . 38攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况 . 41致谢 . 42IV 华北电力大学硕士学位论文第 1 章引言1.1选题背景及研究意义当今社会，随着经济的快速发展，用户对供电质量提出了越来越高的要求，电网能否安全、可靠地供电直接关系着工农业生产能否顺利进行、国民经济及社会发展计划能否按时完成，同时，可靠地供电可给人民群众带来高质量的生活。10KV配电网作为重要的组成部分在电力系统中扮演着不可或缺的角色，可以将电能传送给最终客户端，是大部分城市电网的主骨架，涉及面广、影响面大。近年来，由于城市电网正在进行改造，加之电缆成本不断下降，电力电缆开始在 10KV配电网中应用逐渐频繁起来。城镇人口密度较大的地区、大型的工厂生产区、电网交叉区等地区，由于需要较小的供电占地面积，因此需要采用电缆进行供电 1。电力电缆比架空线路的供电可靠性要高，而且其埋于地下而不会影响到地上其他建筑物，还具有不占地上空间、使用安全、寿命长等优点，另外电缆还不会受到恶劣气候的影响，也因此降低了人工维护费用。随着电缆的运行负荷和时间的不断增长以及应用数量的持续增多等原因，电力系统中电缆的故障率也越来越高，因此成为影响供电部门正常供电的主要障碍之一。在敷设时，电缆一般都是埋入地下，或者是放置于电缆沟中，所以当故障发生后一般不容易发现故障点，查找起来更是十分困难，往往要需要几天甚至十几天，不仅消耗了巨大的物力、人力，而且还造成难以预计的损失。而在城市中，地上建筑物密集，硬路面多，无法将电缆大面积的挖出来以确定故障点。因此当电缆产生故障时，准确、迅速地进行故障点定位，能够减少停电的时间，提高供电的可靠性，节约了人力物力，减少故障修复花费及停电损失。基于这些原因，迅速精确的故障定位是电网安全、稳定运行的重要保证，社会影响巨大2。1.2电力电缆故障定位技术的研究现状与发展国内外一直都特别关注电力电缆的故障定位问题，电缆故障定位与架空线路故障定位有很大区别，架空线路比较长，一般用于中高压输电，架于地面以上，因此故障点可以肉眼直观看到。其对定位结果的精确程度要求不如电缆故障定位高，与实际故障距离误差数百米时也可以利用人工巡线目测到故障点。而电力电缆长度较短，多用于中低压输电，发生故障时由于电缆是埋于地下肉眼无法观察到，即使相差一百米也会失去定位的意义3。因此，地下电缆故障要求使用精确的方法对其进- 1 - 华北电力大学硕士学位论文行故障定位。从二战前开始提出电缆故障定位方法至今，电缆故障定位技术取得了长足的发展和进步，一些适用于不同故障类型的定位方法和定位仪器开始在实际中应用，电缆故障定位技术不断得到完善和提高，但是到目前为止还没有一种检测仪器能够针对所有故障进行定位4。到目前为止，离线定位在电力电缆故障定位方法应用最多，离线定位一般需要预定位和精确定位相结合，预定位主要包括阻抗法和行波法，在阻抗法中，电桥法使用的较多，而行波法中则包括低压脉冲法、脉冲电流法、二次脉冲法等较多种方法。以声磁同步法和声测法为代表的精确定位方法则是在预定位确定的故障点范围内进一步精确定位出故障点的准确位置。下面将概括介绍各种故障定位方法。1.2.1阻抗法若测量端到故障点的阻抗可以测量和计算出，并且线路参数是确定的，那么由特定故障点方程可计算出故障距离，这种方法称之为阻抗法5。这种方法能够实现的前提为电缆线路是均匀的，且不考虑线路的分布参数。电桥法作为阻抗法这一大类方法中的一种，在电缆故障定位技术发展初期应用广泛，电桥法进行定位时，将电缆视为集中参数元件，因此相同时刻上，电缆各处电流大小相等、相位相同，线路的电阻与长度成正比。电桥法原理图如图 1-1 a)所示。在进行故障定位时，需要将电缆一端发生故障的一相与非故障相接，电桥两臂分别和电缆另一端的故障相、非故障相相接，调节电阻器 R2的阻值，使电桥平衡，电流检流计没有电流流过。图 1-1中图 b)是图 a)的等效电路图。LR1R3R1R2R4R2L - xxa)电桥法原理图b)等效电路图图 1-1电桥法原理图根据电桥平衡原理可得：- 2 - 华北电力大学硕士学位论文R1R3=(1-1)R2 R4设rW m为单位长度电缆的电阻值， L为电缆总长，电缆始端到故障点的距离为 x，则有：R1 = R3 = (L + L - x)rR2R4xr(1-2)可以解得：2LR2x = R1 + R2(1-3)应用电桥法进行电缆故障定位，电路简单，使用方便快捷，测量精度也不差，但是只能适用于某几类电缆故障。当故障类型为高阻故障时，直流电压较低，在高阻时电桥中通过的电流很小，电流检流计灵敏度不够就会导致故障定位数据的不准确。使用时还需要知道长度等电缆原始参数，因此，随着新技术的发展，电桥法应用的越来越少6。1.2.2行波法利用行波法进行故障定位，最早是利用低压脉冲法来实现的。根据电磁波的反射原理，在向电缆注入低压脉冲后，该脉冲沿电缆传播到故障点时，由于阻抗不匹配会产生反射回波7，由接收测试仪器接收并记录反射波传回脉冲注入点的时间，可计算出故障点位置。低压脉冲反射法实现简单，测量参数少，只需要电缆长度值、脉冲波速和时间差便可进行故障定位，还可由反射脉冲波形区分出断线故障或短路故障两种不同类型。低压脉冲法发展至今，已不需要根据示波器接收到的波形人为判断时间差，而是由专用接收仪器自动计算，提高了测量精度。但是这种方法的发射脉冲电压值较低，在测量高阻故障时不会产生反射回波也就无法进行故障定位8,9。与低压脉冲法相比，脉冲电流法弥补了其不能测量高阻故障的缺点。脉冲电流法是对电流进行采样来进行故障定位的。需要将电缆故障点用高压击穿，形成短路电弧，故障点产生跃变电流行波信号，再使用电流互感器提取行波信息，根据往返时间得到故障距离。这种方法较安全、可靠，但是仪器有盲区，且波形有时不够明显或是比较复杂，不易判断，误差相对较大10。二次脉冲法是 20世纪 90年代发展起来的电缆故障定位方法，直接发送低压脉冲没有办法测量高阻故障，但是可以先发送一个低压脉冲，得到电缆的开路全长波形，再发一个高压脉冲将故障点击穿，与此同时发送一个低压测试脉冲，即可在故障点发生反射，第二次接收到的反射波极性与发射脉冲的极性相反11。而第一次得- 3 - 华北电力大学硕士学位论文到的开路全长波形与发射脉冲同极性，将前后两次采集到的波形叠加在一起，通过观察反射脉冲的正负极性就能判断故障的大致范围。该方法可适用于大部分类型的故障，精度高，安全性好。其缺点为第二次发送高压脉冲使故障点击穿后，故障点维持低阻状态的时间长短不容易确定；如果故障点受潮严重，击穿故障点的时间增加，就会影响定位效率12。1.2.3声测法声测法用于电缆精确定位，其原理是在故障区域内，使用仪器使故障点放电，依靠探听放电时产生的声音，精确定位故障点位置。当电缆铺设位置较浅或者电缆护层已被烧穿，放电声音一般比较大，可以不用借助仪器而使用人耳确定位置，但是如果电缆护层没有被烧穿，由于放电声音很小，人耳无法准确获取，就需要使用灵敏度高的接收器，将接受到的微弱震动转换为电信号并进行放大处理还原成声音显示出来13。声测法在测量时无需借助复杂设备，但是由于城市中环境嘈杂，受噪音影响，不容易判断出放电声音，会产生较大误差，因此还需要对这种方法进行改进以提高其实用性。1.2.4声磁同步法声磁同步法是在声测法基础上改进而成的一种定位方法。考虑到噪音对放电声音的干扰，还应该结合其他参数共同确定故障位置。将故障点击穿放电，产生声音的同时，电缆周围也会产生磁场。使用接收传感器分别检测磁场信号与声音信号，与声音传播速度相比，磁场信号传播的快，仪器在检测到磁场信号后，才会检测到声音信号。记录两种信号接收到的时间差，经过比较判断，在故障点正上方两种信号的时间差应该最小，这样就可以找到故障点的位置14。由于磁场信号的检测不易受到外界环境的干扰，因此，声磁同步法的故障判别能力比单一检测声音信号要高，定位更加准确，应用更为广泛。1.2.5智能化的定位方法科学技术的快速发展，使电缆故障定位技术的智能化成为可能。智能化的故障定位新技术可借由设备进行无人化操作、自动实时监测、诊断，在发生故障时可以准确迅速的报告中心站。分布式光纤温度传感器作为智能化定位技术的一种应用，由其构成的分布式光纤测温系统可以实时的监测电缆温度变化，这项最早由日本学者提出的方法已经应用于实际当中。另一种常见的在线故障定位技术，是通过红外热像技术监测电缆内部线芯温度来实现故障定位的。这种技术的原理为电缆过载时，线芯温度会升高，若使用红外线热像仪扫描电缆，可获得温度场分布图像，以- 4 - 华北电力大学硕士学位论文及温度场的具体数值分布。最后通过已建立的传热数学模型和已知的电缆结构参数、表面温度和环境温度，对电缆芯线温度做反演计算15-18度的非接触性的故障定位。，完成基于电缆芯线温全球定位 GPS是近年来应用较为广泛的技术，基于整个输电网的 GPS故障定位是一种智能化的在线故障定位技术。应用行波法进行故障定位时若要提高定位精度，如何确定反射波波头的准确位置是个难点，A/D采集也是关键。如果构建一个GPS行波测量网络，将其与调度通信网络结合在一起，并设置大量行波检测传感器，再利用 GPS的高精度时钟，则可直接方便的测量行波波头到达的精确时间，完成故障监测与定位19,20。现在常用的两种电缆故障定位方法，一种是离线定位，对于离线定位而言，又分为行波法和阻抗法。由于行波法的适用性要强于阻抗法，因此在电力系统的实际应用中，常使用基于行波定位技术的电缆故障定位设备。电缆的生产厂家则主要使用基于阻抗法原理的电缆故障定位设备来测试电缆。另一种定位方法为在线定位，在线定位没有离线定位方法的局限性，无需使用冲击电压，因此也避免了对电缆的附加损伤，而且能自动地将故障定位信息传送到系统监测设备。目前，这两种电缆故障定位方法，由于条件的限制，只有离线定位能够进行规模性的推广和使用。但是国内外仍在致力于研究可以在实际电力系统中大范围应用的在线故障定位方法，所以在未来，在线故障定位技术将成为故障定位方法的主导与发展趋势。1.3论文的研究内容研究的内容主要包括以下几方面：(1)分析并总结现有离线定位方法以及在线定位方法的特点，分析了电缆故障的原因并对其进行分类，深入研究了行波法进行电缆故障定位的原理及特点，在此基础上，提出了基于脉冲注入法的电缆故障定位方法；(2)根据不同类型电缆故障的特点以及脉冲注入法的原理，设计了电缆定位系统整体方案；(3)针对电缆故障定位的特点，设计并实现了更加灵活的高压脉冲源并给出了电路原理图及主要部分的软件流程图；(4)完成信号接收电路的硬件设计以及软件编写。1.4论文的章节安排本文分为六章，组织结构具体如下：第一章为引言，主要介绍了本课题的背景和研究意义、介绍了现有的故障定位- 5 - 华北电力大学硕士学位论文离线方法、在线方法以及未来的发展趋势；第二章分析了电缆故障的原因及分类，为故障定位系统设计研究提供了参考和依据；第三章介绍了脉冲注入法的原理及定位过程，为后面的方案设计打下了理论基础；第四章介绍了基于脉冲注入法的电缆故障定位系统的总体方案，重点阐述高压脉冲源的设计与实现。在脉冲源硬件电路的设计中，对其主要的单片机控制、开关管 IGBT及驱动，显示和供电等方面进行了重点介绍，并利用软件编程实现了各部分模块的功能，进行电缆放电试验验证脉冲源。最后给出了信号接收电路的实现方案，包括硬件电路及软件的设计；第五章为结论，是对前面各章节的总结，概括了论文的研究工作，并对课题今后的工作进行展望。- 6 - 华北电力大学硕士学位论文第 2 章电缆故障分析在社会生产和人民生活当中，电能是主要能源之一，电力系统能够可靠供电具有极其重大的意义。电缆故障使得工厂无法生产、人民无法正常生活，甚至它会危害到人身安全，电缆故障不仅会给电力系统造成损失，更会使国民经济受损。要想更有效、合理的修复、解决配电网中的地下电缆故障，首先要对电力电缆故障的特点有透彻的了解，本章将对造成电缆故障的不同原因以及各种故障类型进行分析。2.1电力电缆故障原因不同的原因会导致电力电缆产生各种各样的故障，而了解电缆故障的原因有助于快速判定故障点位置。经过分析和总结，故障原因主要有以下八种：(1)机械损伤机械损伤是造成电缆故障的一种较为常见的原因，在各种故障中，它所造成的故障占比重最大，有时较为轻微的机械损伤经过时间的积累也会发展成故障，造成停电事故21。以下三个因素会导致电缆的机械损伤：1)直接受外力作用从而造成损坏：主要是在电缆路径附近进行打桩挖土等施工作业或者重型货物的运输搬运所造成的损坏。在靠近公路或铁路敷设的地下电缆，由于汽车或火车行驶中的剧烈震动或者冲击性负荷，电缆的外皮会产生弹性疲劳而裂损；2)安装过程损伤：电缆安装敷设质量差，容易使电缆在牵引力下过度拉伸或者弯曲造成电缆绝缘层和屏蔽层的损坏；而电缆剥切尺寸过大或者刀痕过深等也会造成损伤22；3)自然现象造成的损坏：受到过大力的拉扯，容易造成电缆接头处断裂，电缆内部绝缘胶膨胀可能会胀裂电缆的外护套。当地上建有高大建筑物或者公路、铁路时，重力作用会导致地面下沉，埋于地下的电缆垂直受力过度导致变形甚至折断而造成电缆故障。在电缆敷设前需要进行细致合理的规划，挑选高质量的施工队伍，可以最大程度的避免机械损伤造成的电缆故障。(2)绝缘受潮绝缘受潮也较易引发电缆故障，而造成电缆受潮的主要原因有以下几点：1)电缆中间头或终端头在制作时密封性不够好或者安装质量不好而造成绝缘内部有水分受潮；2)电缆制作工艺差，电缆在制造时留下了裂纹等导致受潮的缺陷；- 7 - 华北电力大学硕士学位论文3)金属护套因腐蚀或者外物刺伤产生孔洞或者裂缝在我国南方及沿海地区由于气候潮湿，腐蚀介质多，易引发电缆绝缘受潮故障。(3)绝缘老化变质电缆绝缘的性能在使用过程中不是一成不变的，会因为电和热的持续作用发生改变，这种改变主要表现为绝缘强度降至极低或者是介质损耗增大。电缆长时间使用所造成的老化难以避免，除此之外，还有其他原因会使绝缘老化变质：1)电场作用下的化学变化：某些化学物质会加速电缆绝缘的老化，而电缆在电场的持续作用下，其绝缘介质内部的气隙在电游离时产生这类腐蚀性的化学物质，影响电缆绝缘性能。若是电缆绝缘受潮，绝缘也会因为水分的作用导致内部纤维水解，降低绝缘强度；2)材料疲劳：电缆绝缘和护层在内外部循环应力作用下，逐渐产生局部累积损伤，绝缘降低，护层也会出现微小的裂纹、孔洞，导致电缆故障的产生；3)局部过热：电缆内部具有隔热层，当电缆工作时，各种损耗会使电缆升温。电缆在过负荷使用时，电缆升温速度增加，若此时内部热量因为通风不良或者本身已经处于干燥、高温的外界媒质中，则不能将电缆内部热量快速的传递出去。这种情况下，可能因为局部过热而使绝缘加速损坏，导致断电或者火灾。(4)过压过压包括雷击于设备或设备附近所造成的外部过电压，还包括操作不当或电网参数配合不当造成的具有危害性的内部过电压。外部过电压易造成户外终端头故障，值得注意的是，外部过电压发生时，如果电缆的自身缺陷更加容易导致故障的发生。(5)设计和制作工艺不良电缆在设计时，在防水性、机械强度等性能的设计上不够细致周密，或者选用了不合适的材料，都会影响电缆质量。在制作时，操作者没有严格地按工艺要求生产，此时若质量管理检查部门检查不严格，将这种电缆用于电网中，将极易造成电缆故障。(6)护层的化学腐蚀在有酸碱作业的地区，电缆铠装、铅包或者外护层在土壤中的酸、碱化学作用下往往会大面积的腐蚀损坏。(7)电缆的绝缘物流失在敷设油浸纸绝缘电缆时，如果挖开的地沟不够平坦，或者是处于电杆上的户外头，电缆走势的起伏变化、高低落差悬殊使得内部绝缘油由高处流动至低处，高处电缆的绝缘性就会降低，从而引发电缆故障。- 8 - 华北电力大学硕士学位论文2.2电力电缆故障分类多数电力电缆的故障都比较复杂，因为这些故障并不是一种原因导致的，而是由不同原因共同作用所引起的，各种故障在形式上表现的各不相同。将电力电缆分类，对不同类型故障的特征进行有针对的研究，能够更加方便地确定不同的定位方法。根据电缆上故障发生的不同位置，可将故障分为本体故障和接头故障，接头故障发生于电缆中间接头或者是终端头。按照电缆是否在运行中，可将故障分为运行中故障以及试验中故障：电缆运行在工作电压下发生的故障为运行中故障；试验中故障发生在预防性试验中，在较高的直流电压作用下，电缆击穿等故障为试验中故障。根据故障类型的不同，电缆故障可分为串联故障、并联故障、复合故障三类23串联故障指电缆中导体断开的故障，导体可以不止一个，会造成断线或者不完全断线。并联故障是指芯线之间或者与外皮之间的绝缘水平下降，在正常工作电压下发生的故障，这种故障又可分为单相接地，两相接地等很多类，最常见的是单相接地故障。复合故障指串并联故障相结合而成的故障。按故障的绝缘电阻值不同，电缆故障可分为以下几类：(1)开路故障：电缆的绝缘电阻正常，但是不能正常传送电压，这种故障就是开路故障，一般是由芯线损伤造成的。当绝缘电阻值为无穷大时，这种故障就是开路故障的特例断线故障。(2)低阻故障：一般情况下电缆单相、相间或相与地之间的绝缘电阻低于正常阻值（通常认为电缆波阻抗的 10倍为正常阻值)的故障被称为低阻故障。单相接地、二相接地都是经常出现的低阻故障。电缆芯线对地电阻为零的低阻故障又被称为短路故障。(3)高阻故障：电缆单相、相间或相与地之间的绝缘电阻高于正常阻值而导体连续性良好的故障则称为高阻故障。闪络性故障和泄露性故障也属于高阻故障。电缆的绝缘电阻值正常，在预防性试验中，施加试验电压时绝缘被击穿，之后又会恢复，有时连续击穿，有时隔数秒钟或数分钟后再击穿，这种故障称为闪络性故障24。如果击穿发生后，待绝缘恢复，击穿现象便完全停止，这类故障则称为泄露性故障，这种故障多数发生在注油的电缆头内。闪络性故障和泄露性故障是电力电缆中的常见故障，据统计这两类故障约占整个电缆故障的 90，也是测距难度较大的一类故障25。- 9 - 华北电力大学硕士学位论文2.3电缆故障定位步骤电缆发生故障断线后，需要迅速制定修复措施，确定故障位置并排除，尽量不耽误正常用电。在实际电缆故障定位的整个过程中，通常需要以下 5个步骤：(1)查看故障电缆基本情况：电缆基本情况是指完善的电缆资料，包括长度、电缆出厂参数、敷设方式、路径走向、中间接头分布、周围环境情况等；(2)判断故障性质：只有判断出故障性质后，才能选择出合适的定位方法，提高定位效率，通过以下方法可以初步判定故障性质：故障若是发生在预防性试验中，一般为闪络性故障。运行中的电缆发生故障时，一般有可能是电缆短路或接地故障，此类故障也有可能由于短路接地电流大而造成断线故障，从而形成综合故障。预防性试验中发现的故障多为闪络性故障或其他种类的高阻故障，一般表现为单相绝缘损坏或接地。判断低阻、高阻故障时，可使用兆欧表测量电缆相间或相对地的绝缘电阻，如果这个绝缘电阻值低于 10倍电缆波阻抗，则为相间低阻短路故障或单相低阻接地故障，反之则为高阻相间短路故障或单相高阻接地故障。判断断线故障可使用万用表，将电缆一端的两相连接，用万用表在电缆另一端测量这两相的电阻，如果阻值很大，说明有断线故障的存在，如果测量阻值很小，或者为零，则判断结果相反。(3)电缆故障预定位：根绝电缆故障类型，选用不同定位方法，再结合电缆长度、路径等资料，划定故障的大致距离，这是电缆故障定位过程中最重要的一步，在实际应用中，较多使用行波法进行故障预定位；(4)电缆故障精确定位：在预定位确定的范围内，找到故障点的精确位置，这会直接影响到后续挖掘电缆的工作量大小；(5)误差分析：受运行环境的影响，故障定位中可能会有干扰，而且长时间运行的电缆，或者对接头较多时，若是定位只进行一次，结果可能会有很大误差，因此，需要多次定位才能测出故障点，经过误差分析，可以为相同环境下的故障定位积累经验，有利于提高检测速度。2.4本章小结本章首先对电力电缆的故障原因进行了分析，然后介绍了电力电缆故障分类，最后介绍了电缆故障定位的过程。这部分的分析和介绍为后面章节中故障定位方法的选取、故障定位系统的设计研究提供了参考和依据。- 10 - 华北电力大学硕士学位论文第 3 章脉冲注入法相关原理3.1传输线的波过程与电缆模型稳定状态下的线路，电磁能量会因为线路的突然变化而发生转移或者积聚，以行波的方式沿线路进行传递，这个变化的过程为电磁暂态过程，也是电磁波的波过程。通常情况下，可以使用集中参数模型来分析长度不是很长的线路。集中参数模型不需要考虑线路上的电阻和电感以及电容和电导，因为与线路上传输的信号波长相比较，由于线路长度非常短，信号传输的时间就可以忽略不计，线上所传递的能量也不会因为导线本身的参数产生变化。