直埋高压电缆故障点查找分析初探

直埋高压电缆故障点查找分析初探直埋高压电缆故障点查找分析初探 1 概述 脉冲法和直流电桥法是目前应用较广的电力电缆故障点查 找方法 石家庄热电厂在几次电力电缆故障点查找中 采用脉 冲法在较短时间内找到了故障点 而用传统直流电桥法却无法 找到 直流电桥法在实际应用中存在着许多不便之处 如对断线 故障不可测 受故障点电阻影响较大 测量误差大 当电缆为 三相短路故障 需另铺设临时线等 脉冲法特别是低压脉冲法 对电力电缆的短路故障和开路故障查找具有操作简单 测量误 差小的优点 低压脉冲测量故障点的过程分粗测和定点 2 个步骤 粗测 是将故障点定位在一较小的范围内 正确读取脉冲波形 该步 是脉冲法的重要步骤 也是本文分析的重点 石家庄热电厂电力电缆故障情况如下 a 2001 12 22 水源地 10kv 电缆故障 断路器跳闸在测试 中用 2500v 摇表测试电缆三相绝缘对地及相间均为 50m 直 流耐压值为 16kv 而后在水源地将电缆三相短路 在测试端测 试任意两相芯线环流电阻 两芯线均不通 初步判断为电缆开 路 b 2001 12 26 7 9 深井电缆故障 断路器跳闸用 2500v 摇表测试电缆 a 相绝缘对地为 0 b c 两相分别为 600m 和 800m 初步判断为 a 相短路接地 2 脉冲法介绍 开路和短路故障的接线方式相同 如图 1 所示 测试设备 是西安四方机电信息研究所生产的 sdca 2 型闪测仪 该闪测 仪对查找电缆开路和短路故障比较有代表性 起始脉冲波由闪 测仪发生 并由闪测仪的示波器采集显示并记录电缆波形 3 波形分析根据 脉冲波形分析根据波在导线中的折反射原理而定 波的折 反射公式为 式中 波的折射系数 波的反射系数 z1 电缆本身波阻 这里为 10 50 z2 电缆故障点波阻 uq2 折射波电压 uf1 反射波电压 u0 起始入射波电压 4 故障波形分析 4 1 开路故障 按图 1 所示将闪测仪接入电缆线路中 示波仪记录波形如 图 2 所示 4 1 1 脉冲波极性 sdca 2 型闪测仪起始脉冲波头为波头向下的负极性波 如图 2 中 t1 时刻 当脉冲波到达开路点后 电缆因开路点波阻 z2 近似于 由公式 2 可知 1 uf1 u0 u0 这一结果说明起始脉冲波 u0 到达开路点将发生全反射 且极性同起始脉冲波头 u0 相同 图 2 中 t2 时刻为脉冲波的反射波 极性同起始脉冲波 t1 时刻相同 t3 是 t2 的反射波 t4 是 t3 的反射波且极性都相同 即可初步判定 t2 t3 t4 是故障点的反射波 4 1 2 反射波幅度和陡度 当闪测仪以一个如图 2 中 t1 直角波入射电缆 脉冲波在电 缆中发生多次折反射 直角波多次经过导线电感和接在导线与 大地之间的电容 电感和电容使脉冲波头陡度降低 在波的前 行中 脉冲波的部分能量将消耗在线路电阻 r 中 使脉冲波幅 度在多次折反射中逐渐下降 这就是 t2 t3 t4 时刻反射波幅 度小于 t1 时刻起始脉冲波 u0 的原因 4 1 3 脉冲波在电缆中的传播速度 脉冲波在不同介质电缆中的传播速度不同 不同介质电缆 中单位距离电感 l0 和单位距离电容 c0 不同 传输速度公式如 下 式中 r 介质相对磁导率 r 介质相对介电系数 c 光速 300m s 此次被测试电缆为不滴流电缆 其 r 1 r 3 5 由公式 3 可 知 v 160m s 闪测仪光标移动速度设定为 160m s 移动光 标测试从波头 t1 到 t2 之间的距离为 3650m 即从测试端到开 路故障点的电缆距离为 3650m 在实际线路查找中发现在距测试端 3620m 处电缆因他人施 工被挖断 实际测量距离与测试距离误差 0 8 4 2 短路故障 同样按图 1 所示将闪测仪接入电缆线路中 闪测仪记录波 形如图 3 所示 4 2 1 脉冲波极性 当脉冲波到达短路点后 波阻变为 z2 z2z1 根据公式 2 可知 1 0 uf1 u0 即反射波 uf1 同起始脉冲波 u0 极性相反 图 3 中 t1 时刻起始脉冲波头为负极性 t3 为反射波且极性同 t1 极性相反为正极性 t4 为 t3 的再次反射且同 t3 极性相反为负 极性 符合短路反射波特性 图 3 中 t2 时刻为电缆中间头的反 射波形 这是因为电缆中间头的波阻大于电缆的波阻 但中间 头的波阻小于开路波阻 所以 t2 时刻极性同 t1 时刻极性相同 不是短路点的反射波 这在实际判断波形中常出现误判 由 t3 t4 即可初步判定为故障点反射波形 4 2 2 反射波幅度和陡度 同开路故障分析相同 中间头的波阻虽大于电缆的波阻 形成正反射 但小于开路波阻 所以反射波的幅度非常小 不 同于开路和短路反射波 4 2 3 脉冲波在电缆中的传播速度 与开路故障分析相同 将闪测仪光标速度设定为 160m s 测量 t1 与 t3 间距离为 473m 即短路点到测试端的 距离为 473m 在实际线路查找中发现在距测试端 480m 处电缆 对地放电击穿 外护套已碳化 实际测量距离与测试距离误差 1 5 5 测试误差分析 误差分析就是确定电缆粗测不能精确定位的原因 定位还 需要定点测量 即用声测法或感应法在粗测距离两侧一定范围 内查找 2 次电缆故障查找中的测试距离与用皮尺的测量距离 有一定差距 原因如下 5 1sdca 2 型闪测仪本身误差 a 设备本身相对误差 2 电缆故障点在 1km 以下 设备 本身绝对误差 15m 电缆故障点在 1km 以上 设备本身绝对误 差 20m b 读数最小分辨率 测试仪本身的最小分辨率为 3 2m 即 显示屏上光标每移动一点 读数最小变化 3 2m 油浸纸 5 2 传输速度 脉冲波在电缆中的传输速度受到电缆新旧程度影响 如油 浸纸电力电缆波速为 154 165m s 5 3 读取误差 读取误差见图 4 因波形的选取点有误 t2 和 t3 的距离不 同 5 4 丈量误差 因电缆埋于地下 在路面上沿电缆路径丈量距离 本身就 带来