电缆故障的精确定点.docx
- 文档编号:9891120
- 上传时间:2023-05-21
- 格式:DOCX
- 页数:14
- 大小:120.37KB
电缆故障的精确定点.docx
《电缆故障的精确定点.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电缆故障的精确定点.docx(14页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
电缆故障的精确定点
第六章电缆故障的精确定点
在进行电缆故障测距时,无论采用哪种仪器和测量方法,都难免有误差;而且电缆大多是埋设在地面下的,在丈量和绘制电缆线路图时也会有误差,因此根据测距结果只能定出电缆故障点的大体位置。
为了减少开挖工作量,在测距之后,还必须在地面上进行精确定点工作。
本章讨论电缆故障精确定点的方法。
§6-1声测定点法
1.应用范围
声测法是电缆故障主要的定点方法,主要用于测量高阻与闪络性故障,对于低阻故障(金属性短路除外),也可使用该方法。
2.利用故障放电声音定点
使用与冲闪法测试相同的高压设备,使故障点击穿放电,故障间隙放电时产生的机械振动,传到地面,便听到“啪、啪”的声音,利用这种现象可以十分准确地对电缆故障进行定点。
对于电缆护层已被烧穿的故障,往往可在地面上用人耳直接听到故障点放电声。
对于护层未烧穿的电缆故障或电缆埋设较深时,地面上能听到的放电声太小,要应用高灵敏度的声电转换器(拾音器或压电晶片),将地面微弱的地震波变成电信号,进行放大处理,用耳机还原成声音,或显示出声音的强度来。
传统的电缆故障定点仪一般都是用耳机监听或观察机械式指针的摆动来判断是否有故障点放电产生的声音信号,检测手段落后,对信号里包含的信息利用不充分,由于声音信号一瞬即逝,时间短暂,测试人员往往不能做出有把握的判断。
随着微电子技术的发展,使用微处理机可以方便地记录、储存故障点放电产生的声音波形信号,使测试人员有充足的时间从信号的强度、频率、衰减、持续时间等多方面分析判断,排除外部噪音的影响,正确地识别出故障点放电产生的声音信号。
在地面上接收到的电缆故障点放电产生的声音信号的波形取决于故障间隙的大小、护层是否烧穿、埋设深度及电缆周围介质等因素,精确分析起来比较困难。
一般来说电缆故障点放电产生的声音信号波形是一个衰减的余弦信号,频率在200-400赫兹之间,信号持续数个毫秒的时间,图6.1给出了一个仪器记录下来的电缆故障点放电有代表性的声音波形。
图6.1故障点放电声音波形
智能化的定点仪器有波形记忆及比较功能,在同一地点进行多次测量,对多次由故障放电产生的磁场触发而记录下的声音波形信号进行观察比较,如果是故障点放电产生的声音信号,必然有比较好的一致性。
利用这一特点,可以较好地排除环境噪声干扰的影响,特别是在故障点放电产生的声音信号比较小时,这一办法十分有效。
3.不同形式故障接线
(1)接地故障:
接地故障的冲击高压是加在故障相与电缆外皮之间的,故障间隙放电产生的振动,通过外皮传到了地面上,容易被接收下来。
(2)相对相故障:
相对相故障时,冲击高压加到两故障相之间(其中一相接外皮),故障间隙放电产生的振动被电缆绝缘和护层屏蔽,地面受到的地震波较弱。
(3)断线故障:
断线不接地故障接线如图6.2所示,其中故障相要在远端接地,以构成放电回路。
因为电缆绝缘和护层阻隔了断线处间隙放电的机械振动,地面上接收的地震波较弱。
图6.2断线故障定点测试接线
4.注意事项
(1)故障点处的放电能量与放电电流和接地电阻的大小有关,故障点电阻不能太低,否则,将因放电能量小,而使定点仪听不着放电声,这就是声测法特别适用于高阻故障的原因。
(2)选用容量大的储能电容(2~9微法),以及提高冲击电压均有利于加大故障点放电产生的地震波的强度,便于寻找故障点。
(3)球间隙放电时间间隔一般取2~10s,放电太快,试验设备易损坏,太慢则不易区别外界干扰。
放电时间一般靠改变调压器的电压及球间隙大小来确定。
专用高压信号发生器的放电时间间隔由一时间继电器来控制。
(4)声测放电时,若接地不够好,则可能在电缆线路的护层与接地部分间有放电现象而易造成误判断。
因此,特别在电缆裸出部分的金属夹子处,要仔细认真地辨别真正的故障点。
一般在故障点除了能听到声音,还会有振动,用手触摸振动点时,应戴绝缘手套。
在电源端与故障点间的电缆线路上(包括穿于铁管中的过桥电缆),声测定点时在管上和电缆护层上会出现感应电压而对地有轻微的放电声,应与真正的故障点加以区别,一般真正的故障点声音较响,而且有振动。
(5)定点人员和操作高压设备的人员通过步话机等手段保持联络,可方便地控制高压设备的启停及间隙放电时间间隔,有利于排除环境噪声干扰,缩短故障定点时间。
§6-2声磁信号同步接收定点法
1.声磁信号同步接收提高抗干扰能力
实际测试中,往往由于环境噪声的干扰,使人很难辨认出真正的故障点放电声音。
采用声磁同步接收法,可以提高识别能力。
我们在第5.1节介绍过,在向电缆施加冲击高压信号使故障点放电时,会在电缆的外皮与大地形成的回路中感应出环流来,这一环流在电缆周围产生脉冲磁场。
由于一般环境电磁干扰与电缆故障放电的脉冲磁场相比弱的多,仪器能够可靠地检测出磁场信号。
如在监听到声音信号的同时,接收到脉冲磁场信号,即可判断该声音是由故障点放电产生的,故障点就在附近,否则可认为是干扰。
实际测试时,操作人员远离高压放电设备,听不到球间隙放电声音,往往因长时间听不到故障点的放电声音,心情急燥,怀疑高压设备已停止工作。
由于在电缆的全程均能检测到脉冲磁场,所以有利于使操作人员确信,高压设备工作正常。
2.脉冲磁场波形的识别
现代智能故障定点仪器在记录声音信号的同时亦可以记录下电缆故障点放电产生的脉冲磁场信号,通过识别脉冲磁场的特征可以更好地排除干扰的影响。
在第五章我们介绍过,比较磁场波形的初始极性,我们可以在定点的同时确定电缆的埋设路径。
电缆故障点放电产生的脉冲磁场一般是一衰减的余弦信号,信号的周期与电缆的长度、电缆周围的介质等因素有关,持续的时间长度大约是电缆上高压信号存在的时间,图6.3给出了一典型的故障点放电产生的脉冲磁场信号。
图6.3故障点放电脉冲磁场波形
3.利用脉冲磁场的异常变化进行故障定点
由于在地面上接收到的磁场主要是在电缆外皮与大地之间环流产生的,在故障点前后脉冲磁场没有明显的变化,所以一般不能从脉冲磁场的波形变化来确定故障点的位置。
但个别情况下,如在电缆故障点护层存在严重的烧穿或故障点在接头位置上时,故障点放电电流产生的地面上磁场可能有较明显的异常变化,可以根据磁场的这一异常变化来确定故障点的位置。
4.利用磁、声时间差估计故障点位置
现场测试时,往往已听到故障点放电声音了,但仍然不能最后精确地断定故障点在何处,特别是当电缆敷设在钢管或管道里边时,困难更大。
通过检测磁、声信号的时间差,可以解决这一问题。
由于磁场信号传播速度快,一般从故障点传播到仪器探头放置处所用的时间是微秒级,可忽略不计;而声音传播速度慢,传播时间在毫秒级;因此,可根据探头检出的磁、声信号的时间差,判断故障点的远近,测出时间差最小的点,即故障点。
应该指出,由于很难知道声音在电缆周围介质中的传播速度,所以不可能根据磁、声信号的时间差,准确地知道故障点与探头之间的距离。
图6.4仪器记录下的放电声音信号
图6.4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,仪器是被脉冲磁场信号触发后开始记录声音信号的。
从图上明显看出了磁、声信号出现的时间差Δt1与Δt2,由于第二个点靠近故障点,所以Δt2<Δt1。
§6-3音频感应法
1.应用范围
音频感应法一般用于探测故障电阻小于10欧的低阻故障。
在电缆接地电阻较低时,故障点放电声音微弱,用声测法进行定点比较困难,特别是金属性接地故障的故障点根本无放电声音而无法定点。
这时,便需要用音频感应法进行特殊测量。
用音频感应法对两相短路并接地故障,以及三相短路或三相短路并接地故障进行测试,都能获得满意的效果,一般测寻所得的故障点位置之绝对误差为1~2米。
其它类型故障,如一相或两相断线、单相接地等故障位置,若采用特殊探头,也能用音频感应法准确地测出来。
2.定点的基本原理
音频感应法定点的基本原理,与用音频感应法探测埋地电缆路径的原理一样。
探测时,用1千赫的音频信号发生器向待测电缆通音频电流,发出电磁波;然后,在地面上用探头沿被测电缆路径接收电磁场信号,并将之送入放大器进行放大;而后,再将放大后的信号送入耳机或指示仪表,根据耳机中声响的强弱或指示仪表指示值的大小而定出故障点的位置。
3.测寻故障的方法
1)电缆相间短路(两相或三相短路)故障的测寻方法
用音频感应法探测相间短路(两相或三相短路)故障的故障点位置时,向短路线芯通以音频电流,在地面上将接收线圈垂直或平行放置接收信号,并将其送入接收机进行放大。
根据第5.1节的介绍,地面上的磁场主要是两个通电导体的电流产生的,并且随着电缆的扭距而变化;因此,当探头在故障点前沿着电缆的路径移动时,会听到声响有规则的变化,当探头位于故障点上方时,一般会听到声响增强,再从故障点继续向前移动时,音频信号即明显变弱甚至是中断,见图6.5。
因此,在声响明显变弱或中断的点即是故障点。
相间短路及相间短路并接地故障的故障点位置,用音频感应法测寻比较灵敏。
图6.5用音频感应法探测电缆相间短路故障
2)单相接地故障测寻方法
测寻单相接地故障点位置时,将音频信号发生器接在故障相导体与地之间。
由第5.1节的介绍我们知道,电缆周围的磁场可以看成是由在导体与外皮之间流动的电流I产生的磁场以及金属外皮与大地之间的电流I’产生的磁场迭加形成的,回路电流I’在地面上产生的磁场远大于回路电流I的磁场。
这样,若用一般的电感线圈接收信号,则在电缆全长上任一点听测到的信号声响基本上没有变化,从而无法测出故障点。
这时,应采用特殊的差动探头,差动探头有两个线圈,两个线圈的信号相减后送入仪器。
当使用差动探头沿电缆路径探测时,电流I’在两个线圈里产生的感应电压是相同的,因而探头送入到仪器内的信号没有电流I’产生的磁场成分,它只反映导体与外皮之间流动的电流I产生的磁场。
在故障点前,由于导体沿电缆是扭绞前进的,磁场沿电缆是变化的,差动探头在故障点前能接收到一个较弱的沿电缆变化的信号;而在故障点之后,由于没有导体电流I存在,差动探头接收到的信号为零;电缆导体的电流是在故障点消失的,因而在紧靠故障点前后的位置上,磁场的分布出现明显的变化,差动探头接收到较强的信号,据此可能测出故障点,如图6.6所示。
在使用差动探头时,应让探头的两个磁棒都平行于电缆,并沿电缆的路径进行探测,不应偏移或转向。
如果发现差动不起作用,杂散干扰还大,可将两个探头中的一个在水平面上旋转180。
实际上,使用音频感应法测量接地故障是比较困难的,往往会找不到故障点,应注意。
3)测寻埋地电缆故障点应注意的几个问题
(1)在电缆周围存在铁磁体时,接收线圈中收到的信号可能较强,但这并不反映故障点情况。
(2)在电缆接头处,往往接收线圈中能明显地收到强信号。
(3)电缆的各部分如果埋得深浅不一,接收线圈中收到的信号强弱也不一样,埋得浅的地方接收到的信号强。
图6.6音频法测寻单相接地故障原理
1-电缆线芯;2-铅皮;3-故障点;
4-音频信号发生器;5-差动探头
§6-4快速磁场预定位法
新的预定点方式,是音频法的发展,是一种新的电缆故障定点方法。
既有音频法的优点,又克服了它的局限性,适合于所有电缆故障。
预定点方式的基本原理是,首先使用高压冲击信号将故障点击穿,同时采用续弧技术是故障点导通状态延长,同时向电缆注入音频信号。
在电弧导通期间,故障点的电阻很小,近似于短路状态,此时注入音频信号,可以用上面音频法查找故障点。
§6-5裸露电缆故障的特殊定点方法
电缆沟和隧道中的电缆以及从地下挖出来的电缆等,都属于裸露电缆。
这些电缆发生故障时,有时用声测法寻找故障点,耳机中听不到放电声(如故障电阻为零的金属性接地故障)。
在上述情况下,用特殊方法对电缆故障进行定点比较简单、直观与方便。
下面介绍几种特殊的定点方法。
1.局部过热法
在粗测故障点位置后,再向故障点施加冲击高压或用直流高压击穿故障点,这样,故障点处便通过一定的电流。
因故障点处有一定的电阻,所以电流通过时便产生热效应。
此时,用手触摸故障电缆,过热处即为故障点。
用局部过热法,可以较准确地确定故障点的位置,特别适用于寻找在电缆或电缆头上便于用手触摸处的故障点。
使用这种方法时,必须注意安全,因为测寻时故障电缆上加了高压,故必须先去掉高压并在此电缆的三相导体挂上地线,然后才可用手触摸。
2.偏芯磁场法
偏芯磁场法适用于金属性单相接地故障的定点。
在故障相与地之间通入音频电流,根据5.1及5.3节的介绍,当电流到达故障点后,流入铅皮并继而分两路从两个相反的方向同时向电缆的两个终端流去,使全电缆线路都有音频信号电流。
在故障点以前,电缆周围的磁场是由通电导体及金属外皮的回路电流产生的,由于通电导体偏离电缆的中心轴线,故它所产生的磁场也是偏离电缆中心轴线,称此磁场为偏芯磁场。
使接收线圈围绕电缆圆周表面旋转一周,线圈中接收到的磁场信号将会有强弱的变化;而在故障点之后,只有沿电缆铅皮均匀分布的电流,而无芯线电流,此时,接收线圈环绕电缆圆周表面旋转一周,线圈中接收到的磁场信号亦无强弱变化。
据此便可以测寻出故障点。
3.跨步电压法
对于单相接地故障、或两相、三相短路并接地故障,特别是金属性接地故障,只要电缆裸露在外面,都可以用跨步法测寻(见图6.7)故障点。
测寻的方法是:
在故障相与铅皮(铅皮接地)之间,接上可调的直流电源,该电源能使故障点流过一定的电流(一般为5~10安);然后,在粗测所得的故障点位置附近,选相互间约距500毫米的两点,轻轻撬破一小块钢带(只要露出一点铅皮即可),擦净露出的两小点铅皮上的沥清。
上述工作完毕后,接通直流电源,直流电流I由故障芯线流到故障点,再由故障点经电缆铅皮与大地同时向电缆两个终端流去,即:
流经铅皮的电流从故障点处分开,向两个相反方向流出(见图6.7中I和I')。
此时,将检流计测试端两表笔接好,极性记牢(“+”“-”表笔的方向),然后,用表笔测出铅皮的电位,并使检流计的指针向正(负)向偏转。
此后,只要正负表笔不调换,测铅皮跨步电位时,若两表笔均在故障点之前,检流计的指针始终向正(负)向偏转;若两表笔均在故障点之后,检流计的指针则向负(正)向偏转;若故障点在两表笔之间,则检流计的指针应在零位。
据此,便可测出故障点的位置。
图6.7用跨步法测电缆故障位置
直流电源可用一台5千伏安的单相调压器、一台5千伏安的单相变压器、一个输出带电容滤波器的单相整流桥组成,如图6.8所示,此电源应能使故障点处流过5~10安的电流。
图6.8跨步法直流电源接线
§6-6电力电缆外护层绝缘故障的测寻
1.测距
电缆外护层绝缘损坏后,可先采用电桥法、低压脉冲反射法或压降法进行粗略测距。
由于信号是加在金属护层外皮与大地之间,低压脉冲在传播过程中损耗较大,低压脉冲法测量距离有限,实际应用中应注意。
下面介绍如何用压降比较法粗测电缆护层绝缘的故障。
在图6.9中,将电源开关置于“I”的位置,调节直流电源E,使微安表有一定示值;而后,再将K扳至“
”位置,调节电源E,使微安表的示值与K在“I”位置时相等。
此时,可根据下式求出故障点到测试端的距离x:
式中L--故障电缆的全长;
U1--开关K在“I”位置时电压表的示值,即故障点到测量端的电压;
U2--开关K在“
”位置时电压表的示值,即故障点到远端的电压。
图6.9用压降比较法测寻护层绝缘故障的接线
1-电缆三芯;2-电缆铅(铝)包;3-电缆护层绝缘
2.定点
在粗测故障点后,应采用音频感应法和跨步电压法精确定点,因为外护层绝缘等级较低,采用冲击放电声测法会损坏绝缘。
跨步电压法仅适用于电缆敷设于泥土地面内的场合。
使用这种方法进行精确定点时,在电缆铅(铝)包对地之间施加一定的直流电压,用检流计沿电缆路径测跨步电压。
在护层绝缘损坏点,检流计的示值为零,压降出现谷点,可据此测寻故障点。
在故障点上施加直流电压后,便有电流从故障点流出,经大地向电缆两端流去,因此,在故障点的前后,压降的极性不同。
据此,便可判断出测寻人员是靠近还是远离故障点。
图6.10用跨步电压法测护层绝缘的故障点
1-电缆芯线;2-电缆铅(铝)包;3-护层绝缘;4-电缆故障点
用跨步法测护层绝缘故障的接线,如图6.10所示。
§6-7低压电力电缆故障探测
低压电缆指的是400伏以下的动力电缆。
低压电力电缆所用的材料多为橡胶和塑料。
按电缆芯线分,有单芯、两芯、三芯及四芯等四种电缆。
四芯电缆用于中性点接地的三相交流供电系统中,其中一根芯线作为中性线,除作为保护接地外,还要流过不平衡电流。
下面主要谈一下常用的四芯电缆的故障探测问题。
原则上,高压电力电缆故障测试的方法也适用于低压电力电缆,但低压电缆的绝缘强度比较低,在使用冲击高压使其放电时,应注意不要让电压超过5000伏以避免损坏电缆完好部分的绝缘。
如使电缆故障点放电有困难时,可加大电容器的容量,根据经验,如使用5000伏的冲击高压,当电容的容量在10微法时,故障点一般能够击穿放电。
现场上有些低压电力电缆在安装时,施工者图省事,没有把电缆的金属铠装保护层接地,没有接地线引出,这样不利于测量电缆的接地故障,应该注意纠正。
§6-8超高压电力电缆故障的探测
所谓的超高压电力电缆是指220千伏以上的输电电缆,但我们这里把35千伏、110千伏的电力电缆也包括了进去。
超高压电缆一般都是单芯电缆。
由于超高压电缆的电压等级比较高,一般电容器的耐压强度有限,达不到能使电缆故障点击穿放电的数值,很难象测试10千伏以下电缆那样使用高压信号发生器和电容器,使电缆故障点击穿放电。
我们知道电缆导体对地之间存在着分布电容,用健全相电缆导体替代电容器,仍然可以用高压击穿法测试超高压电缆故障。
测量接线与第四章介绍的一般高压电缆脉冲电流测试法类似,只不过是用一个健全相导体替代了高压电容器。
作为一个例子,图6.11给出了使用直流闪络测试法时的接线,注意,线性电流耦合器是放在故障相与健全相电缆外皮连接线上去的。
在测量单相接地故障时,可把两个健全相导体并联使用以增大电容量,使故障点更容易击穿放电。
超高压电缆故障点测试方法和步骤与一般高压电缆类似,但测量到的故障点放电波形有所不同,应注意识别。
下面以直流闪络法为例,介绍脉冲电流波形的理解。
图6.11健全相导体替代高压电容器接线
1)使用一个健全相导体时脉冲电流波形
测试时,电缆故障相导体与健全相导体是通过测试线连接在一起的,忽略高压信号发生器及连接导线的影响,电缆故障相与健全相导体在测量端阻抗是匹配的,电流脉冲在测量端基本上没有反射。
故障点放电产生的电流脉冲在故障点及健全相导体的远端来回反射,形成与使用电容器的测试方法类似的波形,如图6.12所示。
波形上第一个脉冲仍然是故障点放电初始脉冲;而第二个脉冲是故障点放电脉冲运动到健全相导体远端返回到测量端的;波形的第三个脉冲是远端反射脉冲在故障点的反射脉冲。
第一及第二个脉冲之间的时间应是电流脉冲在健全相导体来回一趟的时间,而第二个及第三个脉冲之间的时间是脉冲在测量端与故障点之间往返一趟的时间,对应故障点距离。
2)两个健全相导体并联使用时的脉冲电流波形
分析电流脉冲的反射时,电缆测量端可以用两个大小与电缆波阻抗相等的并联电阻来等效,根据第二章关于行波反射系数的计算公式,求出电流脉冲在电缆测量端的反射系数为1/3,由于不使用电容器,测量回路的杂散电感比较小,在4.2节介绍的电缆故障点反射脉冲开始一小段的正脉冲现象不明显了,可以忽略不计。
图6.12一健全导体作电容的脉冲电流波形
图6.13给出了一典型的脉冲电流波形。
除在故障点及测量端来回反射外,故障点放电脉冲到达测量端后会越过连接线透射到两个健全相导体上去,在健全相导体上来回反射,并透射到故障导体上去,使测量到的脉冲电流波形比较复杂。
根据故障距离的不同,对波形的影响也不同,但不管怎样,波形上的第一个脉冲是故障点放电初始脉冲,而第二个脉冲是故障点反射脉冲,二者之间的时间差对应故障距离。
图6.13两健全相导体并联脉冲电流波形
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电缆 故障 精确 定点