電力電纜故障分類和故障測(cè)距方法

1、電纜故障在線檢測(cè)論文班級(jí)：農(nóng)電姓名：姚廣元學(xué)號(hào)： 0902 200901090222電力電纜故障分類和故障測(cè)距方法關(guān)鍵詞：電力電纜 故障 在線檢測(cè) 測(cè)距 低壓脈沖反射法 1 引言在各行各業(yè)中，電纜都是信號(hào)傳送的主要載體。在使用中，從安全生產(chǎn)及方便的角度出發(fā)，大都采用埋地電纜和架設(shè)電纜。因此掌握電力電纜的故障原因與故障的各種類型就尤為重要、此外在使用過程中較為頭疼的是電纜故障點(diǎn)的查找，這項(xiàng)工作需要投入大量的人力物力，發(fā)生故障后也較難很快尋測(cè)出故障點(diǎn)的確切位置，因此往往造成停電停產(chǎn)的重大損失。故如何用最快的速度、最低的維修成本而使其恢復(fù)運(yùn)行，是我們遇到電纜故障時(shí)的首要問題。1電力電纜故障分類11電

2、力電纜故障產(chǎn)生的原因及分類電力電纜經(jīng)過敷設(shè)和長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行使用，可能會(huì)發(fā)生故障，影響電力網(wǎng)的安全運(yùn)行。必須及時(shí)分清故障原因，準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)，從而消除故障。了解電纜的故障原因及故障類型，對(duì)于快速判定出故障點(diǎn)十分重要。12電力電纜故障原因電力電纜故障的原因是多方面的，大致可分為以下幾種：(1)機(jī)械損傷。機(jī)械損傷引起的電纜故障占電纜故障事故的比例較大。例如在安裝過程中，不小心碰傷電纜；機(jī)械牽引力過大而拉傷電纜；或電纜過度彎曲而損傷電纜，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后就有可能發(fā)展成故障。(2)電纜絕緣的破壞。電纜絕緣的破壞是故障產(chǎn)生的主要原因，特別是塑料絕緣的電力電纜，絕緣在長(zhǎng)期電場(chǎng)的作用下，就會(huì)發(fā)生樹枝化放電，使絕

3、緣降解破壞，造成貫穿擊穿。由于絕緣層的介質(zhì)損耗，可能造成電纜過熱，進(jìn)而加速了絕緣層老化。電纜過負(fù)荷或散熱不良，安裝于電纜密集區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)不良處的電纜，穿在干燥管中的電纜以及與熱力管道接近的電纜，都會(huì)因過熱而使絕緣加速老化。電纜密封不嚴(yán)，絕緣層進(jìn)入水分而受潮，使電纜絕緣性能下降，甚至造成樹枝狀放電或直接貫穿性擊穿，導(dǎo)致電纜出現(xiàn)故障。另外，在大氣過電壓和電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓的作用下，使電纜絕緣層擊穿，形成故障，這種情形下?lián)舸c(diǎn)一般是由于存在材料缺陷。(3)護(hù)層的腐蝕。由于地下酸堿腐蝕、雜散電流的影響，使電纜鉛包外皮受到腐蝕出現(xiàn)麻點(diǎn)、開裂或穿孔，致使水分進(jìn)入電纜也可以造成故障。13故障的

4、性質(zhì)與分類電力電纜故障的分類方法比較多，通常有以下幾種方法：(1)從故障形式上可分為串聯(lián)與并聯(lián)故障。串聯(lián)故障是指電纜一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體(包括鉛、鋁外皮)斷開；并聯(lián)故障是指導(dǎo)體對(duì)外皮或?qū)w之間的絕緣下降，而不能承受正常運(yùn)行電壓。導(dǎo)體斷路往往是電纜故障電流過大而燒斷的，這種故障一般伴有并聯(lián)接地或相間絕緣下降的情況。實(shí)際發(fā)生的故障絕大部分是單相對(duì)地絕緣下降故障(2)根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為開路、低阻、高阻與閃絡(luò)性故障。開路(斷路)故障：電纜的各線芯絕緣良好，但有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體斷開。具體表現(xiàn)為電纜相問或相對(duì)地絕緣電阻達(dá)到所要求的范圍值，但工作電壓不能傳送到終端，或終端有電壓，但負(fù)載能力很

5、差(低壓脈沖測(cè)試時(shí)，故障有反射且反射波與發(fā)射波同相)。低阻絕緣故障：按照過去工程慣例，凡是電纜故障點(diǎn)的殘余絕緣電阻小于10倍電纜特性阻抗的電纜絕緣故障稱為低阻絕緣故障。有時(shí)把故障點(diǎn)殘余絕緣電阻接近零的故障稱為短路故障(低壓脈沖測(cè)試時(shí)，故障有反射且反射波與發(fā)射波反相)。高阻故障：按照過去工程慣例，把電纜故障點(diǎn)的殘余絕緣電阻大于10倍電纜特性阻抗的故障均稱為高阻故障(低壓脈沖測(cè)試時(shí)反射不明顯)。閃絡(luò)性故障：試驗(yàn)電壓升至某值時(shí)，泄漏電流突然升高，監(jiān)視泄漏電流的表針間歇性擺動(dòng)。電壓稍下降時(shí)，此現(xiàn)象消失，但電纜絕緣仍有極高的阻值。閃絡(luò)性故障多是在進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)發(fā)生，并多出現(xiàn)于電纜中間接頭或終端頭內(nèi)。2

6、 電力電纜故障測(cè)距方法目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于不同類型的電纜故障測(cè)定方法主要有駐波法、低壓脈沖反射法(又稱雷達(dá)法)、脈沖電壓法(又稱閃絡(luò)法)、脈沖電流法幾種。2.1駐波法此方法是將電力電纜作為高頻傳輸線，利用傳輸線上的駐波諧振現(xiàn)象對(duì)電纜的開路故障和相間或相對(duì)地電阻值較低的一類故障進(jìn)行測(cè)量。此方法不僅可以檢測(cè)電纜的短路和斷路故障，事實(shí)上，只要在入射點(diǎn)能夠檢測(cè)到電壓駐波比就可以準(zhǔn)確地測(cè)定故障位置。但此方法對(duì)情況較為復(fù)雜的高阻故障檢測(cè)放果不夠準(zhǔn)確。2.2低壓脈沖反射法低壓脈沖反射法是向故障電纜的導(dǎo)體輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，通過計(jì)算故障點(diǎn)發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間差t進(jìn)行測(cè)距，如果已知行波速度v(m/u s)，可以計(jì)算

7、出故障距離L為，L=v×t/2根據(jù)反射脈沖波的正負(fù)(極性)可以判斷故障的性質(zhì)，如果采用負(fù)的發(fā)射脈沖，低阻短路故障反射波的脈沖極性正、負(fù)交替，如圖1(a)所示。斷線故障的脈沖極性全部相同，反射波的脈沖極性都是負(fù)，如圖1(b)所示。低壓脈沖反射法具有操作簡(jiǎn)單、故障信號(hào)的波形直觀、對(duì)電纜線路技術(shù)資料的依賴性小等優(yōu)點(diǎn)，并可測(cè)試電纜的全長(zhǎng)和行波在電纜中的傳播速度。由于中間接頭反射和波形中高頻干擾的影響，直接用尋找發(fā)射波和反射波的最大值的方法自動(dòng)進(jìn)行故障定位，常常出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果，定位不準(zhǔn)確。本文采用類似數(shù)字式測(cè)距儀檢測(cè)故障的方法，用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行處理，將發(fā)射波和反射波整形為矩形脈沖，由于只有“0

8、”和“1”信號(hào)，如圖1(c)所示，很容易計(jì)算出發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間差t，從而計(jì)算出故障位置。在處理波形時(shí)，記錄下波形的正負(fù)極性，便可告訴測(cè)試者電纜故障的性質(zhì)。由于采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行波形處理，具有較高的智能性，可以排除中間接頭反射和各種干擾的影響，大大提高了定位的準(zhǔn)確性22自動(dòng)故障定位的軟件抗干擾方法121電纜中間接頭的反射波干擾由于電纜長(zhǎng)度不夠或電纜出故障后截?cái)嗟纫蛩兀恍╇娎|中間存在接頭，采用行波法進(jìn)行故障定位，中間接頭處會(huì)產(chǎn)生反射干擾，但中間接頭處產(chǎn)生的反射干擾一般較弱，幅度較故障點(diǎn)反射波的小，故可以通過設(shè)置門檻電壓(在儀器界面上設(shè)置)來消除，如圖1(c)所示為消除中間接頭反射干擾后的發(fā)射

9、波和反射波(整形后，全部變?yōu)椤罢?脈沖。122發(fā)射波和反射波中的高頻分量的干擾發(fā)射波和反射波中的高頻分量(在門檻值附近)的存在會(huì)導(dǎo)致發(fā)射波和反射波被整形為一個(gè)矩形脈沖串，如圖1(c)中脈沖2，造成故障定位和故障極性判斷錯(cuò)誤。由于這些脈沖相距很近，時(shí)間間隔為十一幾十納秒，軟件中可采用計(jì)數(shù)(覆蓋)的方法來消除，當(dāng)采樣值大于門檻值時(shí)，不論其后的采樣值是否大于門檻值，連續(xù)幾次將采樣值置“1”，便可消除高頻分量的干擾(計(jì)數(shù)的次數(shù)可在儀器界面上設(shè)置)，這也增大了發(fā)射波和反射波波形的相似性。123脈沖干擾圖1(c)中脈沖1是一個(gè)脈沖干擾，對(duì)于脈沖干擾可以采用相關(guān)法來消除，相關(guān)法常用來研究?jī)蓚€(gè)信號(hào)的相似性，

10、以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的檢測(cè)、識(shí)別與提取等。采用行波法進(jìn)行電力電纜故障定位的發(fā)射波和反射波相似程度非常大，可以用相關(guān)法來消除脈沖干擾。設(shè)x(n)為發(fā)射波，y(n)為反射波，它們的相關(guān)函數(shù)為:當(dāng)兩個(gè)信號(hào)完全相同時(shí)，相關(guān)系數(shù)等于l。由于發(fā)射波和反射波被整形為矩形脈沖，相似程度更大，相關(guān)的軟件處理較簡(jiǎn)單，不需計(jì)算每次移位的相關(guān)值，只需記下發(fā)射波的脈寬，小于12或13(可以在儀器上設(shè)置寬度)發(fā)射波脈寬的脈沖就被判為干擾脈沖。但需要指出的是，對(duì)高阻泄露和閃絡(luò)性故障等高阻故障，通常不能使用此方法。2.3脈沖電壓法脈沖電壓法是70年代發(fā)展起來的用于測(cè)量高阻與閃絡(luò)故障的方法。該方法首先將電纜故障在直流或脈沖高壓信號(hào)下?lián)舸?/p>

11、，然后通過記錄放電脈沖在測(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)往返一次所需的時(shí)間來測(cè)距。包括直流高壓閃絡(luò)測(cè)量法(直閃法)和沖擊高壓閃絡(luò)測(cè)量法(沖閃法)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，用直閃法測(cè)定的電纜故障數(shù)，約占故障總數(shù)的20，而用沖閃法測(cè)定的電纜故障數(shù)，占故障總數(shù)的70。直閃法即直流高壓閃絡(luò)法進(jìn)行測(cè)量，。是將故障點(diǎn)本身擊穿而產(chǎn)生電壓突變，當(dāng)外加電壓升至一定值時(shí)，故障點(diǎn)被擊穿而產(chǎn)生電壓突變，產(chǎn)生一個(gè)極性相反的電壓波沿電纜向測(cè)試端傳播，從而形成在測(cè)試端與故障點(diǎn)之間來回反射，直至損耗衰減。按照故障波的傳輸速度、傳輸時(shí)間即可算出故障點(diǎn)距離。沖閃法即沖擊高壓閃絡(luò)法，應(yīng)用則更加廣泛，幾乎所有故障電纜都可進(jìn)行測(cè)量。目前常用的是電感沖閃法，它能在不太高

12、的電壓下，使故障點(diǎn)擊穿放電。2.4脈沖電流法脈沖電流法實(shí)際上是閃絡(luò)法的另一種形式。它通過記錄測(cè)量故障點(diǎn)擊穿時(shí)產(chǎn)生的電流行波信號(hào)，在故障點(diǎn)與參考點(diǎn)往返一次所需的時(shí)間來測(cè)距。這種方法用互感器將脈沖電流耦合出來，波形較簡(jiǎn)單，較安全。也包括直閃法及沖閃法兩種 類型。3在線式電纜故障測(cè)距方法目前。電纜線路故障測(cè)距方法，主要為離線進(jìn)行，但在線故障測(cè)距方法也己出現(xiàn)。例如，日本學(xué)者采用脈沖電流法。由光纖電流互感器感應(yīng)出故障時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流信號(hào)，利用采集速度為16MH Z的快速AD技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)距。目前他們只實(shí)現(xiàn)了不帶分支出線電纜的在線故障測(cè)距。下一步目標(biāo)是帶分支出線系統(tǒng)的在線故障定位。美國(guó)學(xué)者為克服高壓脈沖法有可

13、能對(duì)電纜的健全部分進(jìn)一步造成危害的缺陷，也提出了在線故障測(cè)距方法。但其出發(fā)點(diǎn)是將環(huán)形線路開路或在線路末端設(shè)置開路點(diǎn)，利用故障時(shí)產(chǎn)生的浪涌電壓或電流在開路點(diǎn)發(fā)生正或負(fù)的全反射，通過設(shè)于開路點(diǎn)附近的傳感器得到脈沖信號(hào)，測(cè)出其脈沖間隔時(shí)間實(shí)現(xiàn)測(cè)距。但這種方法在實(shí)際電網(wǎng)中存在局限性。另外，日本學(xué)者還提出了利用分布式光纖溫度傳感器，通過檢測(cè)故障點(diǎn)附近溫度變化情況來實(shí)現(xiàn)電纜故障定位的新方法。英國(guó)學(xué)者則提出了利用基于脈沖電流法的實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)電纜故障定位。4故障點(diǎn)的精確定點(diǎn)目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的電纜故障測(cè)距儀已能達(dá)到較高的測(cè)距精度，但這實(shí)際上只完成了對(duì)電纜的粗測(cè)。因在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)電纜的敷設(shè)過程中。電纜往往不一定都

14、能拉直，故雖測(cè)得了故障距離，但其實(shí)際位置往往無法較好地確定。關(guān)于故障點(diǎn)韻精確定點(diǎn)問題，目前最常用的方法有兩種：一是沖擊高壓放電法也稱“聲測(cè)法”，即：首先在電纜故障相上加上足夠高的電壓，使故障點(diǎn)流過大電流而發(fā)熱碳化；從而使絕緣進(jìn)一步破壞，把高阻故障變成低阻故障；最后在故障相上加沖擊電壓，使故障點(diǎn)放電打火、放聲：另一種是“音頻法”，通過地下電纜發(fā)送出1 k H z電磁波信號(hào)，探測(cè)儀利用探頭與磁力線地平面垂直相切時(shí)，收到的信號(hào)最小(幾乎為零)的原理來測(cè)電纜的走向及深度，當(dāng)探頭與地面平行前進(jìn)時(shí)，信號(hào)音響突然變小，即為電纜的故障點(diǎn)。但此二種方法易受環(huán)境干擾影響，這也是目前迫切需要解決的一大難題。當(dāng)前比較

15、先進(jìn)豹辦法是利用時(shí)差式進(jìn)行故障定點(diǎn)，其基本原理是：在電纜一端利用高壓放電裝置使故障點(diǎn)產(chǎn)生閃絡(luò)放電，產(chǎn)生很強(qiáng)的閃絡(luò)聲，同時(shí)也產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁場(chǎng)。由于閃絡(luò)聲和電磁場(chǎng)均由同一點(diǎn)在地下傳播，所以當(dāng)我們用探頭在地面接受它們的信號(hào)時(shí)，由于磁場(chǎng)速度和光速差不多，而比閃絡(luò)聲要快，所以它們之間的到達(dá)有一個(gè)時(shí)間差t，這時(shí)，不斷移動(dòng)探測(cè)點(diǎn)，當(dāng)故障點(diǎn)與探頭距離最小時(shí)，t最小，即可視為精確的定點(diǎn)。時(shí)間法是目前世界上最先進(jìn)的精確定點(diǎn)法，正在工程界得到越來越普遍的應(yīng)用。5總結(jié)綜上所述，電纜的故障的產(chǎn)生原因主要有：機(jī)械損傷、電纜絕緣的破壞、保護(hù)層的腐蝕。電纜故障的類型從故障形式上可分為串聯(lián)與并聯(lián)故障，根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為開路、低阻、高阻與閃絡(luò)性故障。對(duì)電纜的低阻或開路故障，采用低壓脈沖反射法進(jìn)行測(cè)距；對(duì)高阻故障或泄漏性高阻故障，采用基于直閃法、沖閃法的脈沖電流法進(jìn)行測(cè)距；與高速AD相配合，以提高測(cè)距精度；應(yīng)著重研究開發(fā)在線式電纜故障測(cè)距儀，著重解決故障點(diǎn)的精確定參考文獻(xiàn)1.江秀臣;曾奕一種新型交聯(lián)聚乙烯電纜在線檢測(cè)裝置的研究期刊論文-電線電纜 2004(04)2.張棟國(guó)電力電纜故障分析和測(cè)試 19863.王春江電線電纜手冊(cè) 20024.J P Steiner，W L Weeks。An automated fau