歐陽(yáng)文昊

(廣州地鐵運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部)

電力電纜故障點(diǎn)粗測(cè)方法探討

歐陽(yáng)文昊

(廣州地鐵運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部)

隨著電力、能源行業(yè)的發(fā)展，各種電纜越來(lái)越多地運(yùn)用到生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域，而且一般都埋入地下，當(dāng)電纜發(fā)生故障后，如何快速準(zhǔn)確的查找故障點(diǎn)，盡快恢復(fù)供電，是長(zhǎng)期困擾人們的難題。通常，采用高壓沖擊“閃絡(luò)法”來(lái)測(cè)試故障，查找故障。

電力電纜;故障點(diǎn);探測(cè)方法

1 電纜故障的探測(cè)方法

電纜故障性質(zhì)判斷的方法一般來(lái)講，首先是將故障電纜組與電源及負(fù)荷連接解除，使之脫離電源。再按照以下的步驟進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析從而判斷電纜故障的性質(zhì)。電纜線(xiàn)路故障的探測(cè)方法取決于故障的性質(zhì)，電纜線(xiàn)路故障可分為開(kāi)路故障、低阻故障及高阻故障三種類(lèi)型。

電纜故障點(diǎn)的粗測(cè)，就是測(cè)出故障點(diǎn)到電纜任一端的距離，這一步驟是故障定點(diǎn)的必要準(zhǔn)備。粗測(cè)的方法有很多種，按基本原理分為兩類(lèi)，一類(lèi)是傳統(tǒng)的電橋法，另一類(lèi)為脈沖反射法。傳統(tǒng)的粗測(cè)方法是將高阻故障經(jīng)過(guò)燒穿后變成低阻故障，而后用電橋法或低壓脈沖法進(jìn)行測(cè)量。使用脈沖反射法探測(cè)電纜故障時(shí)，無(wú)需高阻燒穿，可以直接于故障點(diǎn)加直流高壓或沖擊高壓，使之閃絡(luò)，找出故障點(diǎn)的位置。

1.1 直流電橋法

直流電橋法是最早采用的探測(cè)電纜故障的方法，多年來(lái)一直是測(cè)尋電纜故障的主要手段。對(duì)于低阻接地及相間短路故障，目前這種方法仍然被廣泛采用，而且精度較高。直流電橋法是應(yīng)用單臂電橋的原理，將電纜故障點(diǎn)兩側(cè)的線(xiàn)芯電阻引入直流電橋，測(cè)量其比值，由測(cè)得的比值和電纜長(zhǎng)度可算出測(cè)量端到故障點(diǎn)的距離。

1.2 脈沖反射法

脈沖反射法測(cè)量?jī)x器均是根據(jù)線(xiàn)路電波的傳輸及反射原理設(shè)計(jì)的。根據(jù)傳輸線(xiàn)理論，每條線(xiàn)路都有其一定的特性阻抗Zc，Zc只與線(xiàn)路的一次參數(shù)和傳輸頻率有關(guān)，而與線(xiàn)路的長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。反射程度可用反射點(diǎn)上的反射電壓或電流與入射電壓或電流之比表示，稱(chēng)為反射系數(shù)P。反射系數(shù)與線(xiàn)路的特性阻抗和該點(diǎn)的負(fù)載阻抗有關(guān)，電壓反射系數(shù)Pu可用下式表示

式中:U反為線(xiàn)路反射電壓;U入為線(xiàn)路入射電壓;Zx為線(xiàn)路反射點(diǎn)負(fù)載阻抗;Zc為線(xiàn)路的特性阻抗。

當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生斷線(xiàn)故障時(shí)，Zx→∞，則

此時(shí)發(fā)生正反射，即反射脈沖與入射脈沖方向相同。

當(dāng)線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，Zx→0，則

此時(shí)產(chǎn)生負(fù)反射，即反射脈沖與入射脈沖方向相反。

當(dāng)線(xiàn)路無(wú)故障時(shí)，負(fù)載阻抗Zx=Zc，則

此時(shí)無(wú)反射。

根據(jù)上述分析可知，不管電纜發(fā)生何種故障，故障點(diǎn)的負(fù)載阻抗與電纜特性阻抗不相等，就會(huì)產(chǎn)生反射。因此，脈沖反射法對(duì)于電纜的低阻接地、高阻接地、短路、斷線(xiàn)和閃絡(luò)性故障均適用。故障的性質(zhì)可根據(jù)反射波形的圖像加以判別，如圖1所示。

圖1 反射波形圖

(1)低壓脈沖法。

對(duì)電纜的低阻接地，短路及斷線(xiàn)故障，低壓脈沖法可很方便地測(cè)出故障距離。當(dāng)線(xiàn)路輸入一脈沖電波時(shí)，該脈沖波以速度V沿線(xiàn)路傳輸。當(dāng)行進(jìn)Lx距離遇到故障點(diǎn)后被反射折回輸入端，其往返時(shí)間為T(mén)，此時(shí)有下式:2Lx=VT。

則故障點(diǎn)的距離為:Lx=VT/2

電波在電纜線(xiàn)路中的傳輸速度V與電纜的一次參數(shù)有關(guān)，對(duì)每一種線(xiàn)路來(lái)說(shuō)是一個(gè)固定值，所以只要選擇對(duì)的傳輸速度，則可以準(zhǔn)確地測(cè)試出故障點(diǎn)的距離。圖2、圖3是電纜故障定位系統(tǒng)進(jìn)行的一些故障點(diǎn)脈沖信號(hào)波形圖。

(2)脈沖法。

圖2 低壓脈沖法測(cè)量電纜開(kāi)路故障波形

圖3 低壓脈沖法測(cè)量電纜短路及低阻故障波形

(3)沖擊閃絡(luò)法。

當(dāng)故障點(diǎn)處形成貫穿性通道或故障電阻不是很高的情況下，有兩種場(chǎng)合不能使用高壓脈沖法。①隨著電壓的慢慢增加，泄漏電流逐漸增大，但故障點(diǎn)并不閃絡(luò);②由于泄漏電流不斷增大，試驗(yàn)設(shè)備的容量受到限制，或由于試驗(yàn)設(shè)備內(nèi)阻很大，導(dǎo)致故障點(diǎn)加不上電壓，電壓全降在試驗(yàn)設(shè)備的內(nèi)阻上。遇到這兩種情況時(shí)，必須采用沖擊閃絡(luò)法，其接線(xiàn)原理如圖5所示。

圖4 沖擊閃絡(luò)法測(cè)試原理接線(xiàn)

用沖擊閃絡(luò)法測(cè)試，直流高壓經(jīng)球隙地電纜沖擊直至擊穿，產(chǎn)生的閃絡(luò)電弧形成短路反射。沖擊閃絡(luò)法測(cè)試線(xiàn)路必須于球隙與線(xiàn)芯之間串接電感L，這是因?yàn)閮?chǔ)能電容C的容量較大，對(duì)于傳輸來(lái)的高頻脈沖電壓波相當(dāng)于短路元件，無(wú)法取出反射波形。L對(duì)脈沖電壓波有反應(yīng)。脈沖開(kāi)始瞬間電感中不能流過(guò)電流，相當(dāng)于L開(kāi)路，發(fā)生正反射。然后電流逐漸增大，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，電感中電流可順利通過(guò)，相當(dāng)于電感短路，變?yōu)樨?fù)反射。所以，沖擊閃絡(luò)法是在測(cè)量端利用電感反射電波，并通過(guò)電感使測(cè)量?jī)x取得故障波形的。

3 結(jié)論

通過(guò)以上介紹和分析，可以得出結(jié)論，脈沖反射法測(cè)量電纜故障，能較好地解決高阻和閃絡(luò)性故障的探測(cè)，而且不必過(guò)多地依賴(lài)電纜長(zhǎng)度，截面等原始材料，根據(jù)線(xiàn)路電波的傳輸及反射原理，根據(jù)電纜故障點(diǎn)電阻的高低，向故障線(xiàn)芯加不同的脈沖電壓，脈沖電壓以電波的形式在故障點(diǎn)與電纜終端頭之間往返反射并在電纜的終端將電波記錄下來(lái)，然后，電波波形求得電波往返反射的時(shí)間，進(jìn)而再根據(jù)電波在電纜中傳播的速度，計(jì)算出故障點(diǎn)到測(cè)試端的距離。采用脈沖反射法可以很好的與現(xiàn)代電腦科技相結(jié)合，通過(guò)不同的分析程序進(jìn)行故障點(diǎn)的修正，從而使故障的判斷更準(zhǔn)確、時(shí)間更短、效率更高，我們有理由相信，脈沖反射法和電腦科技、信息科技以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合，是未來(lái)電纜故障查找的發(fā)展方向。

［1］王潤(rùn)卿，呂慶榮.電力電纜的安裝、運(yùn)行與故障測(cè)尋［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

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U415.1

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1008-3383(2012)03-0126-01

2011-12-28

歐陽(yáng)文昊，男，湖南省長(zhǎng)沙市人，助理工程師，研究方向:軌道交通供電。