电缆故障分析及测试仪器的探讨1.doc

电缆故障分析测试方法的探讨 1 刘应增 福建省上杭县电力公司 2：陈兴：常山供电有限公司3 刘镜丰 福建省上杭县电力公司 4游克清 平潭县供电有限公司 5赖振学 福州亿森电力设备有公司 （1Fujian province Shanghang Co.,Ltd Liu Yingzeng 364200 ,china ） （2 Changshan Power Supply Co.,Ltd Chen Xing 364210 ,china ） （3 Fujian province Shanghang Co.,Ltd Liu Jingfeng 364200 ,china ）(4 YouKeQing PinTang YongAng Power Co., YongAng ,350000 china ）（5Fuzhou ESEN Electic Equipment Co.,Ltd Lai Zhen xue Fuzhou 350013 ,china)【摘要】随着电力电缆在电网供电中的普遍采用，电缆的数量有了很大的增长，电缆的故障也随之增多。该文叙述了万用表、欧姆表、直流高压发生器诊断电力电缆故障性质，并用电力电缆故障测距仪、电力电缆故障定点仪确定故障点位置的测试。关键词:电力电缆 故障分析查找概述1、电力电缆故障原因及分类：1.1、导致电缆发生故障的原因是多方面的，现将常见的几种主要原因归纳如下： 1、机械损伤。电缆的很多故障是由于敷设安装时造成的机械损伤或敷设后在电缆线路上施工造成的外力损伤，而直接引起的。有时虽然损伤轻微，但在几个月甚至几年后其损伤部位的绝缘将逐渐降低而导致击穿。 2、 设计和制作中间、终端头工艺不良，不按规程要求制作，往往是形成电缆故障的重要原因。 3、化学、电腐蚀。电缆外铅皮电腐蚀导致潮气侵入，绝缘破坏。 4、电缆的制造缺陷。 由于电缆长期过负荷运行，电缆的温度会随之升高，尤其在炎热的夏季，电缆的温升及潮湿环境，常常导致电缆薄弱处和对接接头处首先被击穿。1.2、故障分类：1、按故障现象分：可分为开放型故障和封闭型故障。2、按故障位置分：可分为接头故障和电缆本体故障。3、按故障阻值分：可分为低阻短路、开路、高阻和闪络性故障。2、电力电缆故障测距原理：电力电缆故障测试一般需要故障性质分析、故障测距和故障定点三个步骤。故障测距指用电力电缆故障测距仪器测出电力电缆故障点与测试端的距离；故障定点则是在故障测距后得出的故障点位置附近，用电力电缆故障定点仪器进行精确定点，以确定故障的具体位置。（1）、低阻、断线故障测距：电力电缆低阻、断线故障的测距方法有电桥法和低压脉冲反射法，电桥法因操作复杂而逐渐被低压脉冲反射法所取代。低压脉冲反射法采用向电力电缆注入一低压脉冲信号，得用脉冲在测试端与故障点之间来回反射的时间差计算故障距离。用仪器在测试端将波形记录下来，波形上发射脉冲与反射脉冲对应的时间差t ，即脉冲在测量端与故障点之间往返一次的时间。假设脉冲在电力电缆中的波速为v（在油浸纸绝缘电力电缆中为160m/s，塑料电力电缆中为170200 m/s，橡胶电力电缆中为220 m/s），则测试端距故障点的距离 1x=12v t（2）、 高阻故障测距：电力电缆的故障大多为高阻故障，相应的测距方法有脉冲电压法、脉冲电流法用二次脉冲电压法。前两种测试方法均采用高压击穿故障点，利用故障点放电脉冲在测试端与故障点之间的反射计算故障距离。脉冲电压法是较早采用的方法，并且至今仍广泛应用，不过仪器与高压没有分离，波形识别也较困难。脉冲电流法则是20世纪90年代后出现的新方法，是在测试端通过一线性电流耦合器，将脉冲电压信号耦合出来，取得一脉冲电流波形（图1）。图1 脉冲电流反射波形脉冲电流法将高压与仪器分离，保证了仪器及测试人员的安全，并且波形容易识别，因而得到了广泛应用。无论脉冲电压法或脉冲电流法，在电力电缆故障特别是电力电缆存在分支时均存在波形识别困难的缺点，因而出现了二次脉冲电压法，利用故障点击穿放电的瞬间，向电力电缆发射一低压脉冲信号，利用脉冲反射法的原理进行测距。此法波形识别容易，但存在脉冲发射时机不容易掌握、测试成功率低等不利因素。随着科技的进步，相信二次脉冲法将成为电力电缆故障测试的最有效方法。3、电力电缆故障定点原理3.1、声测法声测法是利用电力电缆故障点击穿放电时产生的声音信号进行寂点，利用声音传感器在电力电缆上方将声音信号检测出来，声音最大的地方为故障点所在位置。该方法主要用于电力电缆高阻故障的定点。3.2.、声磁同步法声磁同步法就是通过检测电力电缆故障点放电时产生的磁、声信号的时间差来确定故障点的位置。由于磁场信号传播速度极快，一般从故障点传播到仪器传感器探头放置处所用的时间可不计；而声音传播速度较慢，可根据探头检出的磁、声信号的时间凑巧为判断故障点的远近，测出时间差最小的点，即故障点。声磁同步法同样适用于电力电缆高阻故障的定点。图2 给出了仪器探头在故障点附近两点检测到的故障点放电声音信号波形，仪器是被脉冲磁场信号触发后开始记录声音信号的。图2 不同位置处的声音信号波形从图上可以明显看出磁、声信号出现的时间差t1与t2，可以看t2 t1，所以t2对应的探头位置更靠近故障点。3.3、 音频感应法音频感应法适用于电力电缆的低阻故障的定点。在测试端向电力电缆注入一音频信号，利用接收线圈在地面上接收该声音信号，放大后由耳机接收。将接收线圈沿着电力电缆线路移动，声音信号在电力电缆的低阻故障点附近将发生明显变化，该变化点即为电力电缆的故障点。 4、 测试仪器的使用以我单位使用的RDL5电力电缆故障测距仪为例介绍了相应仪器的结构、特性及测试用高压信号发生器和信号发生器。电力电缆故障测试仪器包括电力电缆故障测距仪、电力电缆故障定点仪、电力电缆测试高压信号发生器和电力电缆测试音频信号发生器等。电力电缆测试高压发生器是产生使电力电缆故障点击穿放电的支流高压信号，电力电缆测试音频信号发生器则用于产生低阻故障定点时需要的音频电流信号。4.1 、电力电缆故障测距仪电力电缆故障测距仪一般为便携式结构，仪器的显示器、按键、操作旋及接口等均位于面板上。图3 为瑞驰骋RDL5电力电缆故障测距仪的原理框图，中心处理单元的微处理器以及与其配合的接口电路等构成了仪器的硬件。微处理器在预先编制好的指令（即软件程序）的驱动下，控制整个硬件电路工作，完成仪器的程各项功能。数据采集电 源打印机中心处理单元信号接收脉冲发射显示器键盘输入被测电缆图3 测距仪原理框图一般的电力电缆故障测距仪都具备低压脉冲法和脉冲电流法，也有的测距仪还具备脉冲电压法。4.2 、电力电缆故障定点仪 采用声测法的定点仪一般由一声音传感器和一接受耳机组成，结构较简单，使用方便。采用声磁同步法的定点仪一般由主机、传感器及耳机组成，传感器有来拾取声音及磁场信号，耳机用来监听声音信号。图4 所示为福建亿森生产的ES5电力电缆故障定点仪的原理框图，微处理器在磁场信号的触发下，启动数据采集电路，将磁场及声音信号波形同时记录下来，并在显示器上显示，同时将声音信号送入耳机进行监听。磁信号传感器声音信号传感器耳机磁 场放大器声 音放大器功放数据采集单元触发单元微处理器显 示按 键图4 定点仪原理框图4.3 、电力电缆测试高压信号发生器 电力电缆测试高压信号发生器主要用于电力电缆的低阻、高阻和闪络性故障的测试及定点。它能够产生直流高压，使电力电缆故障点击穿放电，配合电力电缆故障测距和定点仪器进行测距和定点。它也可利电力电缆试验高压设备来代替。专用设备一般将升压、整流和放电控制融为一体，使其功能齐全、接线简单、操作安全方便。4.4 、电力电缆测试音频信号发生器 电力电缆测试音频信号发生器与电力电缆故障定点仪配套，用于电力电缆路径的探测和低阻故障定点。 5、故障查找电力电缆发生故障后，首先要对电力电缆故障的性质作出准确判断，我单位电缆大多数是桥架敷设，像断线、短路故障就选取现在用得比较方便的脉冲测试法，测得从变电站到故障点距离后，根据距离直接上桥架查找。而对于高阻故障，1000k1M以下则要用脉冲电流法将故障点加压击穿。测得距离后用定点仪上桥架查找。但有很多故障就很难查找。例1：我单位2009年中心变电站配煤气十四变10时25分跳闸，显示过流速断动作，测绝缘电阻三相对地A.800 M B相0 C相0. 三相相间AB、AC为.800 M BC为0,则判断为相间短路。用低压脉冲法，根据反射波形测得故障点在650m处，很快找到了故障点进行处理，减少了排查故障时间。例2：我单位2010年九月秋检时变电站配制酸变2#，用欧姆表测得A相2800M、B相3000M、C相5M.直流耐压A相泄漏5A、B相5A、C相800A、明显C相存在且缺陷，但已经加到预防性试验规程规定电压又没有击穿，因电缆是工程利旧有7个接头，根据以往经验这类隐患80出现在接头处，经过仔细查找，发现一个中间接头盒一侧最外层热缩绝缘管，在下端有一处施工是没有缩严，拨开后发现进水，因C相在电缆上方，被潮湿气体侵入导致隐患发生。例3.我单位变电站与自备电厂联络电缆是630mm单芯电缆，在春检时发现类似例:2绝缘情况，5个接头没发现问题，根据这种情况，我们采取了断开两端外皮及屏蔽层接地，在5个接头的中间接头也就是第3个接头处挑开绝缘及屏蔽层，然后摇两端绝阻，变电站侧5000 M，电厂侧5 M，说明隐患在电厂侧，又对靠近电厂侧一接头拨开发现有侵潮爬电现象。处理后测C相绝阻5000 M.恢复送电。针对性地选择合适的测试方法，有得于迅速而准确地判断故障点位置。结论电力电缆故障测试、查找是一项比较复杂的工作，测试人员除需要掌握所用仪器的工作原理、使用方法外，还需具备一定的工作经验。参考文献1：赖振文低压电器2009年 第19期AT89C51单片机在单双电桥检定装置中的应用参2：赖振学工业计量 2010年第3期新型绝缘电阻测试仪的开发。参 3：章开煊 电气制造 2010年第5期新型光电互感器电路的设计。作者表：1 刘应增 福建省上杭县电力公司1974年9月出生，就职于福建省上杭县电力公司。 研究方向：电能计量。 2：陈兴：（1971/8-）职称：助理工程师 邮编：工作单位：常山供电有限公司：联系电话究方向：电能计量。3： 刘镜丰 福建省上杭县电力公司，工作单位：福建省上杭县电力公司。 研究方向：电能计量 作者4：游克清 联系电话称：技师职务：计量中心副主任 工程师： 研究方向为；电能计量作者5：赖振学（1978/5-）职称：高级工程师 邮编：350013 工作单位：福州亿森电力设备有限公司 单位址：福州华林路303号铂晶时代18层 联系电话单位电话邮箱：865684868 研究方向：电能计量 （1Fujian province Shanghang Co.,Ltd Liu Yingzeng 364200 ,china ） （2 Changshan Power Supply Co.,Ltd Chen Xing 364210 ,china ） （3 Fujian province Shanghang Co.,Ltd Liu Jingfeng 364200 ,china ）(4 YouKeQing PinTa