陜西意聯(lián)電氣設(shè)備有限公司
SHAANXI YILIAN ELECTRICAL EQUIPMENT CO.,LTD
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近年來(lái),隨著國(guó)家城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造和特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)建設(shè),越來(lái)越多的 0.4k-500kV 電力電纜投入電力系統(tǒng)運(yùn)行。由于國(guó)內(nèi)電纜制造、電纜工程施工、附件安裝、外力破壞等原因，導(dǎo)致 0.4kV--220kV電力電纜故障頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了國(guó)家電網(wǎng)公司供電可靠性的提高和同業(yè)對(duì)標(biāo)工作。根據(jù)電力公司----日本東京電力公司 2003 年公司年報(bào)，電纜線路占 75%的東京電力公司每年每個(gè)電力用戶平均停電時(shí)間僅為 2 分鐘（Duration and Number of Annual Power Outages per Customer），遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司 好水平。如何以 快的速度準(zhǔn)確定位電纜故障，迎頭趕上電力企業(yè)水平，是國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)電力試驗(yàn)科學(xué)院和供電公司電纜所目前 緊迫的技術(shù)和管理課題。
一、電纜故障的分類和性質(zhì)判斷：
1、低阻故障：電纜相間或相對(duì)地故障電阻小于 1kΩ的故障稱之為低阻故障。
2、 高阻故障：相對(duì)于低阻故障，當(dāng)電纜相間或相對(duì)地故障電纜值大于 1kΩ稱之為高阻故障，也對(duì)應(yīng)于高壓電橋法。4、外護(hù)套故障：根據(jù)國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL586-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》，66k-500kV
電纜聚氯乙烯（PVC）和高密度聚乙烯（HDPE）外護(hù)套對(duì)地絕緣電阻小于 500 兆歐姆或 5kV 直流耐壓試驗(yàn)不能通過(guò)的缺陷或故障。
判斷電纜故障性質(zhì)：
（1）需要萬(wàn)用表和搖表（高阻計(jì)）各一只，為保證讀數(shù)的穩(wěn)定和準(zhǔn)確， 好是指針式表計(jì)；
（2）絕緣電阻測(cè)量，用搖表、萬(wàn)用表分別測(cè)量線芯對(duì)地絕緣電阻和相間絕緣電阻；（3）導(dǎo)體線芯連續(xù)性判斷，在電纜遠(yuǎn)端將三相短路，在近端用萬(wàn)用表測(cè)量相間導(dǎo)體電阻。
（4）如果導(dǎo)體線芯連續(xù)性試驗(yàn)讀數(shù)為無(wú)窮大，則為斷線與開(kāi)路故障。如果絕緣電阻落在低阻和高阻故障范圍，則判定為低阻或高阻故障。如果對(duì)66k-500kV超高壓電纜外護(hù)套測(cè)量，絕緣電阻小于500 兆歐姆或5kV直流耐壓試驗(yàn)不能通過(guò)，則為外護(hù)套故障。
二、電纜預(yù)定位
預(yù)定位方法有兩大類，電橋法和時(shí)域反射法 TDR 兩類。
1、電橋法: 惠斯通/Murray 電橋法，由高壓發(fā)生器與橋體、高靈敏度檢流計(jì)組成。利用故障點(diǎn)兩側(cè)的電纜線芯電阻與比例電阻構(gòu)成惠斯通/Murray 電橋，當(dāng)檢流計(jì)指零時(shí)電橋達(dá)到平衡，電橋橋臂間對(duì)應(yīng)電阻比值相等。又根據(jù)電阻率公式，線芯電阻之比等于電纜長(zhǎng)度之比，得到電纜故障距離=電纜全長(zhǎng)*定位旋紐指示比例。見(jiàn)下圖：
電橋定位接線圖
電橋法中又可以細(xì)分為低壓電橋法和高壓電橋法。受測(cè)試電壓較低的影響，500V 的低壓電橋?qū)﹄娏﹄娎|高阻故障很難準(zhǔn)確測(cè)定。高壓電橋突破了電橋法不能用于高阻故障定位的傳統(tǒng)觀念，以高達(dá) 5kV 和 10kV 的直流高壓施加在橋體，電橋位于良好絕緣的高壓側(cè)，操作旋鈕安全接地，確保操作者人身安全。適用于高達(dá) 500 兆歐姆及以下的高低阻電纜故障定位；四端子接線法消除引線接觸電阻測(cè)量誤差，可獲得高精度定位比例。相對(duì)于時(shí)域反射法 TDR 電橋法還具有測(cè)量范圍無(wú)盲區(qū)、可測(cè)長(zhǎng)度無(wú)限制等優(yōu)點(diǎn)。
高壓電橋法可覆蓋高低阻電纜故障，是對(duì)時(shí)域反射法的有力補(bǔ)充。尤其是近年來(lái)國(guó)內(nèi)各地電力公司新上大量的 XLPE 交聯(lián)聚乙烯電纜，故障點(diǎn)難以形成導(dǎo)電區(qū)，擊穿點(diǎn)耐壓非常高，這類閃絡(luò)性高阻故障很適合使用高壓電橋。以雷迪 M 型電橋?yàn)榇淼母邏弘姌蚍ň哂械蛪弘姌蚍ǖ娜績(jī)?yōu)點(diǎn)，又具有以人為本，人性化設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)連接電纜準(zhǔn)確傳遞電橋整體的工作狀態(tài)，有效避免誤操作情況下的人身和設(shè)備事故，是電纜故障定位技術(shù)中 安全放心的電橋。
1、 時(shí)域反射法
根據(jù)二次世界大戰(zhàn)時(shí)期發(fā)明的雷達(dá)原理，測(cè)量裝置發(fā)射適中的脈沖信號(hào)，脈沖沿通信電纜、信號(hào)電纜、控制電纜和電力電纜的路徑傳播，在電纜故障點(diǎn)處反射回來(lái)脈沖信號(hào)，利用脈沖反射法原理得到反射波形，從反射的波形幅值和形狀可判斷電纜故障的類型和性質(zhì)，如低阻接地故障、斷線故障等。
（1）低壓脈沖法：不施加高壓，直接將 60V-220V 的發(fā)射脈沖施加到故障電纜或好相，能測(cè)定絕緣電阻小于 1000 歐姆的低阻電纜故障。
（2）二次脈沖法
在低壓脈沖法的基礎(chǔ)上，向故障點(diǎn)發(fā)射高壓脈沖，使故障點(diǎn)瞬間擊穿，利用脈沖在故障點(diǎn)和近端來(lái)回反射的原理，測(cè)量反射時(shí)間，計(jì)算出電纜故障距離。此方法國(guó)產(chǎn)儀器上使用已很多，但是其實(shí)際波形非常復(fù)雜，需要訓(xùn)練有素和富有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員才能掌握。
（3）弧反射法
弧反射法對(duì)故障電纜施加三個(gè)脈沖，其中的高壓脈沖瞬間擊穿故障點(diǎn)；低壓脈沖發(fā)射測(cè)量脈沖，并接收反射信號(hào)；中壓脈沖延長(zhǎng)燃弧時(shí)間，給低壓脈沖采集反射信號(hào)留出充裕的時(shí)間。因而弧反射法沒(méi)有利用儲(chǔ)能電容放電起始瞬間產(chǎn)生的脈沖來(lái)檢測(cè)反射時(shí)間，而是避過(guò)電容放電過(guò)程
起始部分雜亂的波形。在電容放電波形穩(wěn)定后，故障點(diǎn)電弧仍然維持，發(fā)射一個(gè)低壓脈沖，使脈沖在故障點(diǎn)產(chǎn)生短路反射。當(dāng)故障點(diǎn)電弧熄滅后，電纜故障定位系統(tǒng)再向電纜發(fā)射一個(gè)低壓脈沖，比較 2 個(gè)脈沖的波形，其分歧點(diǎn)處即為電纜故障點(diǎn)，因此弧反射法波形清晰明了，無(wú)須反復(fù)培訓(xùn)和測(cè)試經(jīng)驗(yàn)的人員都能快速準(zhǔn)確測(cè)到電纜故障點(diǎn)，代表著今后 10-20 年的電纜故障測(cè)試技術(shù)方向。
附下圖：弧反射法原理圖
三、準(zhǔn)確定點(diǎn)
1、 聲磁同步法
沖擊發(fā)生器在電纜故障點(diǎn)處引起閃絡(luò)后會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)和強(qiáng)烈可測(cè)聽(tīng)的閃絡(luò)聲音。由于聲磁傳播速度不同,聲磁同步定點(diǎn)儀探頭可先后拾取該磁場(chǎng)和聲場(chǎng)，且接收器顯示屏可自動(dòng)顯示該時(shí)間差，當(dāng)探頭位于故障點(diǎn)的正上方時(shí)，距離故障點(diǎn) 近，因而時(shí)間差也 小，此處即為故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。
2、 跨步電壓法
由高壓發(fā)生器與定點(diǎn)儀共同組合使用，通過(guò)兩根接地鐵釬，尋找土壤中電勢(shì) 低點(diǎn)而準(zhǔn)確定點(diǎn)。在故障點(diǎn)處流入大地的測(cè)試電流導(dǎo)致故障點(diǎn)處為正負(fù)電壓峰值轉(zhuǎn)換點(diǎn)，在故障點(diǎn)前接近故障時(shí)，跨步電壓增加，越過(guò)故障后跨步電壓減小，并且極性改變。在接地故障點(diǎn)正上方時(shí)，定點(diǎn)儀指針停在零位，此處即為電纜故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。附下圖：跨步電壓法原理圖
四、電纜外護(hù)套故障定位
1、外護(hù)套故障預(yù)定位
外護(hù)套故障預(yù)定位有 2 種基本的方法，電橋法和電壓降法。電橋法定位準(zhǔn)確，操作方便，但易受干擾。構(gòu)成橋路的兩根電纜包含很大的面積，附近正在運(yùn)行的電纜，汽車火花塞的干擾，化學(xué)電勢(shì)等等，使電橋無(wú)法平衡。此時(shí)，用電壓降法預(yù)定位定位更為實(shí)用。因此經(jīng)實(shí)踐篩選后的方法是電壓降法。
下圖中,XP 及 PY 間的電阻之比，等于其長(zhǎng)度之比。若在 X 點(diǎn)與地之間加高壓，電流經(jīng) Rp 流入地 。通常 Rp 值較大，與所加電壓有關(guān)，電流往往不穩(wěn)定，專門設(shè)計(jì)的高壓定位電源，強(qiáng)制電流穩(wěn)定，且在 20 到 100mA 范圍可調(diào)。相同電流值下，測(cè)量 XP 段的電壓降 U1, PY 段的電壓降U2,得到L1 =LU1/（U1+U2）
電壓降法定位原理圖
2、外護(hù)套故障準(zhǔn)確定點(diǎn)：跨步電壓法
由于超高壓電纜外護(hù)套難以承受沖擊聲測(cè)法時(shí)的沖擊電壓，所以對(duì)于外護(hù)套故障準(zhǔn)確定點(diǎn) 好是用跨步電壓法。
由高壓發(fā)生器與定點(diǎn)儀共同組合使用，通過(guò)兩根接地鐵釬，尋找土壤中電勢(shì) 低點(diǎn)而準(zhǔn)確定點(diǎn)。在故障點(diǎn)處流入大地的測(cè)試電流導(dǎo)致故障點(diǎn)處為正負(fù)電壓峰值轉(zhuǎn)換點(diǎn)，在故障點(diǎn)前接近故障時(shí)，跨步電壓增加，越過(guò)故障后跨步電壓減小，并且極性改變。在接地故障點(diǎn)正上方時(shí)，定點(diǎn)儀指針停在零位，此處即為電纜故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。
