电缆故障点粗测

电缆故障点粗测电缆故障点的粗测，就是测出故障点到电缆任一端的距离，这一步骤是故障定点的必要准备。粗测的方法有很多种，按基本原理归纳有两类，一类为电桥法，另一类为脉冲反射法。传统的粗测方法是将高阻故障经过烧穿后变成低阻故障，而后用电桥法或低压脉冲反射法进行测量。近年来，国内外很重视电缆故障的测寻，先后研究了许多方法。现在使用闪测仪探测电缆故障时，已无需将高阻烧穿，可以直接于故障点加直流高压或冲击高压，使之闪络，然后再通过闪络脉冲反射测出故障点的位置。一、直流电桥法测量短路和接地故障直流电桥法是最早采用的探测电缆故障的方法，多年来一直是测寻电缆故障的主要手段。对于低阻接地和相间短路故障，目前这种方法仍然被广泛采用，而且精确度较高。一般要求故障点电阻不超过100kΩ，通常以2kΩ以下为宜。直流电桥法是根据惠斯登电桥原理，将电缆故障点两侧的线芯电阻引入直流电桥，测量其比值。由测得的比值和电缆长度可算出测量端到故障点的距离。图中RL是电缆全长的单芯电阻，RX是始端到故障点的电阻。测得电阻RX，即可算出始端到故障点的距离X。使用电桥法对电缆故障点进行粗测时，常用单臂电桥（如QJ23即850型和惠斯登电桥）、双臂电桥等，QF1－A型电缆探伤仪也是根据电桥原理制成的。1．单相低阻接地故障的测寻用回线法测寻单相低阻接地故障的原理接线如图12－5所示，将电桥的测量端子X1和X2分别接于故障缆芯和完好缆芯，这两芯的另一端用导线短接。电桥本身也有比例臂M和测量臂R，故障点两侧的缆芯环线电阻则构成另两臂。图中Rf为分流器，其作用主要是保护检流计G。检流计的引线应直接接在缆芯上，这样可以使引至电桥的连接线电阻和接触电阻从线芯组成的桥臂转移到阻值比线芯电阻大得多的电桥电阻组的桥臂上，从而减小测量误差。在图12－5中，若电缆全部缆芯材料和截面都相同，则当电桥平衡时有如下关系：MR＝2L－LXLX（12－1）化简后得：LX2＝2L·RR＋Mm（12－2）式中L：—电缆长度，m；R：—测量臂电阻，Ω；M：—比例臂电阻，Ω；LX：—从测量端到故障点的距离，m。如果将已损坏的缆芯与完好缆芯在电桥上的位置互相调换，则下式成立：LX＝2L·MR＋Mm2（12－3）上述两种接线方法，前者叫正接法，后者叫反接法。两者测得的故障点距离应该相同，若误差较大或测得的故障点接近电缆的另一端时，应用同样的方法在电缆的另一端进行测量，并比较两次测量的结果。下面结合实例，叙述测量结果的计算与处理。设有一条10kV、3×150mm2的铝芯浸渍纸绝缘铅包电缆发生单相接地故障，该线路全长L＝1000m。故障的测试结果及说明如下。①用兆欧表测各相之间及A、B两相对地的绝缘电阻均为1000MΩ，用万能表测C相的对地电阻为900Ω。由此可以判断故障为C相接地。②用万能表测得三相线芯均无断开现象，这表明此故障不是断线故障。③用电桥法测寻故障点位置时，电桥的读数如表12－2所示。表12－2用电桥法测寻故障点位置时电桥的读数测量端电桥接线电桥读数MR首端正接反接1000100330300尾端正接反接1000100335301根据表12－2所列数据，求故障点的具体计算如下。首端正接线：LX正＝2L·RR＋M＝2×1000×330330＋1000＝496．2m首端反接线：LX反＝2L·MR＋M＝2×1000×100300＋100＝500m尾端正接线：LX正＝2L·RR＋M＝2×1000×335335＋1000＝501．8m尾端反接线：LX反＝2L·MR＋M＝2×1000×100301＋100＝498．8m四个距离的平均值为：LX＝（496．2＋500＋501．8＋498．8）/4＝499．2m实际测量时，当在一端用正接法与反接法测得的数值接近时，一般不需再到另一端去测量。当一条电缆线路是由导体材料或截面不同的电缆组成时，应按电阻值相等的原则进行换算。将此电缆线路的长度换算为由同一导体材料和截面的电缆组成的线路长度，后者的长度即为前者的等值长度，换算公式如下：ρ铝·l铝s铝＝ρ铜·l铜s铜（6－4）则：l铝＝ρ铜ρ铝·s铝s铜·l铜（6－5）l铜＝ρ铝ρ铜·s铜s铝·l铝（6－6）式中l铜、l铝：—铜芯、铝芯电缆的长度，m；s铜、s铝：—铜芯、铝芯电缆的线芯截面，mm2；ρ铜、ρ铝：—铜芯、铝芯电缆线芯电阻率，Ω·mm2／mρ铜＝0．0184Ω·mm2／mρ铝＝0．031Ω·mm2／m设有一条长度为2530m的电缆发生单相接地故障，其接地电阻为8kΩ，此条电缆由两种不同截面积和不同导体材料的电缆连接而成，其中靠近甲端的是铝芯，截面积为50mm2，长为1530m，靠近乙端的是铜芯，截面积为35mm2，长1000m。在甲端测得数据为：正接法比例臂M为1000，测量臂R为518．9；反接法比例臂M为100，测量臂R为190．0。计算故障点距甲端距离的过程如下。由于是在铝芯端测试，因此需将铜芯部分电缆换算为铝芯500mm2的等值长度。L等值＝1530＋1000×0．0184×500．031×35＝1530＋848＝2378m正接法：Lx等值＝2L·RR＋M＝2×2378×518．9518．9＋1000＝1624．8m反接法：Lx等值＝2L·MR＋M＝2×2378×100190．0＋100＝1640m取正反接法的平均值，得：Lx等值＝1624．8＋16402＝1632．4m由于该长度已超过铝芯段电缆，需将其中铜芯电缆长度换算为实际长度，则故障点距甲端的实际长度为：Lx＝1530＋（1632．4－1530）×0．031×350．0184×50＝1650．8m如果测得故障点的长度小于测试端（甲端）铝芯电缆段的长度，则等值长度即为故障点与测试端的实际距离，无需进行这一步等值换算。为了保证测量的准确度，测量时应注意下列几点：①保证和提高准确度的关键是接线正确，否则可能导致出现很大的误差，如前所述，必须将检流计的引线直接接在电缆芯线上，使电缆芯线引至电桥的连接线的电阻和接触电阻转移到桥臂电阻上去；②电缆末端的跨接线越短越好，其截面应接近电缆导体的截面，连接应紧固，接触电阻越小越好；③电桥用直流电源的电压不能太低，一般选600V，试验电流一般不能小于5mA；④故障点越靠近测试端，测试的结果越准确；⑤直流电源的负极应经电桥接至电缆导体上，正极接电缆内护层并接地，这样可防止因“电渗透”性的作用而使故障处侵入绝缘的水移向护层，导致故障电阻的加大或不稳定而增加测量的困难；⑥检流计是较为精密的仪表，使用和携带必须十分小心，避免振动，不用时始终保持内部线圈处于短路状态；⑦必须有准确的有关电缆线路的技术资料，否则将会导致测量结果的不准。2．两相短路或短路接地故障的测寻测量方法与单相接地基本相同。两相短路时测量电流不经过地成回路，而是经过相间故障点成回路。故障相缆芯接电桥，另一故障相的末端与完好相短接构成环线，如图6－6（a）所示。当电桥平衡时，同样可由式（6－2）和式（6－3）求出测量端到故障点的距离Lx。当两相在不同点接地造成短路时，如图6－6（b）所示，可按图（a）接线，分别测出它们的故障点Lx和L′x。3．三相短路或短路并接地故障的测寻测寻三相短路或三相短路并接地故障，因故障电缆无完整的芯线做回线，必须借助于其他与其并行的电缆线路或装设临时线作为回路。临时线一般可用低压两芯塑料线，对其截面无严格要求，只要便于架设即可，其电阻应预先加以测量。设临时线的单线电阻为RL，当电桥平衡时下式成立：M＋RLR＝L－LxLx（6－7）则故障点的距离可按下式求得：Lx＝RM＋RL＋R·Lm（6－8）如果三相电缆芯线不在同一点接地，用这种方法，可分别对每一相线芯进行测量，分别找出它们的故障点。测量接线时应注意，两芯临时线绞接后直接与芯线相连，切勿将两芯临时线连接好后再用短线与电缆芯线相连，因为这样相当于加长了电缆而形成较大的误差。4．高阻接地故障的测寻高阻接地故障的测量一般是先将其接地电阻烧低后再测量。但有些故障不易烧成稳定的低阻，则必须采用高压冲击反射法或高压直流电桥回线法进行测量。前者适用于闪络性故障，一般采用“闪测仪”测量，后者适用于高阻故障，当接地电阻稳定并在冲击电压作用下不放电时，只能采用高压直流电桥法，其测量方法与低阻故障相似。由于故障电阻大，必须用高压电源，使通过故障点的电流不致太小，以保证测量的灵敏度与准确度。采用高压直流电桥测量时，仍应用惠斯登电桥原理。在结构上采用了滑线电阻r，调节滑动点C使电桥平衡。桥电阻，为100等分的3．5Ω左右的滑线电阻，当电桥在C点达到平衡时，另一桥臂为（100－C）等分，则：C100－C＝Lx2L＝Lx（6－9）所以Lx＝2L·C100（6－10）式中C：—滑线电阻的读数；L：—电缆线路全长。反接时：Lx＝2L（1－C100）（6－11）高压电源可用预防性耐压试验用的整流设备，电桥上所加电压受电桥绝缘水平等限制，一般不应超过直流10～20kV。试验时电桥、检流计及分流器等均处于高电位，因此需用塑料板等绝缘物与大地绝缘。操作人员必须站在绝缘板上用绝缘棒操作，并与高压引线等保持一定的距离，防止人身事故的发生。此外，非试验相线芯必须接地，防止产生感应高电压。高压直流电桥只适用于测量稳定性高阻接地故障，不适于电缆在高压直流下内部有放电、闪络等情况，否则难以测量，还会损坏检流计。所以线路中接人电流表A监视电流。一般需控制电流在10～20mA范围内，并使其稳定。电流太小，灵敏度降低而误差增大；电流太大，则易损坏电桥。二、电容电桥法测量断线故障电缆的电容与其长度成正比，因此，可用比较电容的方法来测量故障点的距离。用电容电桥测量电缆断线故障即基于此原理。图12－9是电缆断线故障示意图，图中从左端算起Lx处发生一相完全断线，此时可分别测量断线处前后各段的电容C1及C2和总电容C值，则：Lx＝C1C1＋C2·L（6－12）Lx＝C1C·L（6－13）式中C1、C2和C值均可用电容电桥测出。QF1－A型电缆探伤仪是利用电容电桥法原理测量断线故障的仪器，测量时的原理接线如图6－10所示，图中G为音频振荡器。用该仪器测量断线故障的步骤如下：①将故障相与任一非故障相在另一端跨接，将探伤仪“A”接线柱接故障相，“B”接线柱接完好线芯，“E”接线柱接内护层或另一完好线芯；②将测量选择开关旋到“断线”位置上，关闭“直流指零仪”，量程选择可放任意位置；③接上220V交流电源，插入耳机，开启电源即可听到1000Hz的音频信号；④调节读数电阻盘RK和相位平衡仪PH，分别反复调节，直到耳机中无声音为止，此时即电桥平衡，故障距离可用下式求得：Lx＝2RKL式中L：—电缆全长；RK：—电阻盘读数。若电缆的三根线芯全部烧断，可用该仪器在线路两端测量电缆线芯的电容，计算两端电容值之比，即可确定故障点的距离。用电容电桥测量电缆断线故障不易测量准确，当断线并接地时，电容电桥较难平衡，更增加测量难度。因此，目前一般用脉冲反射法测量断线故障。三、脉冲反射法测量电缆故障脉冲反射法测量电缆故障，能较好地解决高阻和闪络性故障的探测，而且不必过多地依赖电缆长度、截面等原始材料，因而得到广泛的应用。我国早在20世纪60年代初就生产了应用脉冲反射法测量电缆故障的探测仪器。随着电子技术的迅速发展，故障探测器的性能日趋完善，最早使用的是一次性驱动扫描示波器，目前已发展成数字显示探测仪。脉冲反射法测量仪器均是依据线路电波的传输及反射原理设计的。具体做法是根据电缆故障点电阻的高低，向故障缆芯施加不同的脉冲电压。这个脉冲电压以电波的形式在故障点与电缆终端头之间往返反射。在电缆的终端将电波记录下来，便可根据电波波形求得电波往返反射的时间，进而再根据电波在电缆中传播的速度，计算出故障点到测试端的距离。根据传输线理论，每条线路都有其一定的特性阻抗Zc，Zc只与线路的一次参数和传输频率有关，而与线路的长短无关。对于均匀传输线来说，其特性阻抗Zc处处都是相等的。当线路终端所接负载等于特性阻抗Zc时，线路传输能量全部被负载吸收，电流或电压沿线路传送时无反射，此时负载所吸收的能量最大。当线路负载阻抗不等于Zc时，将使电流或电压波在该点产生全部或部分反射。反射程度可用反射点上的反射电压（或电流）与入射电压（或电流）之比表示，称为反射系数P。反射系数P与线路的特性阻抗和该点的负载阻抗有关，电压反射系数Pu可用下式表示：Pu＝U反U入＝Zx－ZcZx＋Zc（6－14）式中U反：—线路反射电压；U入：—线路入射电压；Zx：—线路反射点负载阻抗；Zc：—线路的特性阻抗。当线路发生断线故障时，Zx→∞，则：Pu＝Zx－ZcZx＋Zc＝1－ZcZx1＋ZcZx＝1－01＋0＝1此时产生正反射，即反射脉冲与人射脉冲方向相同。当线路发生短路故障时，Zx→0，则：Pu＝Zx－ZcZx＋Zc＝0－ZcO＋Zc＝－1此时产生负反射，即反射脉冲与入射脉冲方向相反。当线路无故障时，负载阻抗Zx＝Zc，则：Pu＝Zx－ZcZx＋Zc＝Zc－ZcZc＋Zc＝0此时无反射。根据上述分析可知，不管电缆发生何种故障，故障点的负载阻抗与电缆特性阻抗不相等，就会产生反射。因此，脉冲反射法对于电缆的低阻接地、高阻接地、短路、断线和闪络性故障均适用。故障的性质可根据反射波形的图像加以判别。由于衰减等作用，反射波形一般不规整，通常以波的前沿为准。下面以DLG－1型电缆故障测试仪为例，介绍几种测试方法。1．低压脉冲法对电缆的低阻接地、短路及断线故障，低压脉冲法可很方便地测出故障距离。当线路输入一脉冲电波时，该脉冲波以速度v沿线路传输。当行进Lx距离遇到故障点后被反射折回输入端，其往返时间为T，此时下式成立：2Lx＝vT（6－15）则故障点距离为：Lx＝12vT（12－16）电波在电缆线路中的传输速度v与电缆的一次参数有关，对每一种线路来说是一个固定值，可通过计算或仪器实测得到。传输速度v的计算公式为：v＝1L0·C0m／s（6－17）式中L0：—电缆单位长度电感，H；C0：—电缆单位长度电容，F。很显然，由于L0和C0的数值与导体的结构和绝缘材料有关，因此对不同的电缆，不是一个常数。经测量可知，对浸渍纸绝缘电缆，其值在150～170m／μs之间，塑料绝缘电缆为170～200m／μs，橡胶绝缘电缆为220m／μs。为了确定正确的波速，在测寻故障之前，可先在良好的电缆芯线上测定脉冲波来回全线所需的时间，然后根据电缆的实际长度求出波速。该测试仪将脉冲源的发射脉冲和线路故障点的反射波以一显示器实时显示，显示器同时提供时间标志，通过时间标志和实时显示的脉冲波形，即可测得传输时间T，线路故障点的距离Lx可用式（6－16）求得。2．高压脉冲法（亦称直流闪络法）对于高阻性故障，因在低电压的脉冲作用下仍呈现很高的阻抗，使反射不明显甚至无反射。此种情况下需加一逐渐升高的直流电压于被测电缆的故障相，至一定电压值后故障点被击穿，形成闪络。闪络电弧对所加电压形成短路反射，反射回波在输入端又被高阻源（参见图6－12，图中电阻R1Zc）形成开路反射。这样的反射过程将在输入端与故障点之间继续下去，直至能量消耗殆尽为止。测试原理接线如图6－12所示，图中限流电阻R1用500kΩ电阻，电容器C选0．1μF。线路的反射波形见图6－13。理论波形为陡直的矩形波，实际上因反射不完全以及往返传输有相当大的损耗，致使波过程幅度