电力电缆探伤知识检试工区王金峰:前言 随着电力电缆使用量的日益增多，电缆故障也在不断增加，如何快速的找出电缆故障点， 测出故障点的距离及定位。已经成为各电力部门的一大课题。 寻找电缆故障的方法有很多，国内目前生产的电缆故障探伤仪器也很多，原理各异，其中最常用的电桥法、脉冲示波法、感应法、声测法等。寻找电缆故障应根据现场具体条件及电缆故障的性质选择检查方法。: 电缆故障的探测方法取决于故障的性质，因此探测工作的第一步就是要判明故障的性质。 电缆故障的分类：接地故障、短路故障、断线故障、闪络性故障、混合性故障。:4电缆故障定位原理1:判断故障性质l需要仪表：万用表和摇表兆欧表各一只，最好是指针式l1用摇表分别测量线芯对地绝缘电阻和相间绝缘电阻，判断是否有接地故障及相间短路故障。l 2用万用表测量各相对地或相间的电阻，判断是低阻故障还是高阻故障。l3因为运行中有可能发生断线故障，所以还应作电缆导通性的检查：在一端将A、B、C三相短路但不接地，在另一端用万用表测量各相间是否完全通路，相间电阻是否完全一致。相间电阻不一致时，应用电桥测量各相间电阻，检查有无低阻断线故障。:6判断故障性质l举例1：线芯间绝缘电阻：AB=2500兆；BC=8兆，CA=2500兆；l线芯对地绝缘电阻：A=2500兆；B=5兆，C=3兆；l导通试验，末端三相短路： AB=0欧姆；BC=0欧姆，CA=0欧姆；l由此判断，该故障属于BC两相接地故障，同时短路:1、直流电桥法、直流电桥法直流电桥法预定位原理直流电桥法预定位原理图如图所示。图如图所示。R1为电桥为电桥的标准电阻，的标准电阻，L为电缆长为电缆长度，度，X为测量处与故障点为测量处与故障点的距离。的距离。电缆故障定位原理电缆故障定位原理2:故障测距故障测距:设单位长度电缆金属层电阻为设单位长度电缆金属层电阻为R0，调节电阻，调节电阻R2，使检流计指示，使检流计指示为为0，此时电桥平衡，有：，此时电桥平衡，有：一般情况下，测量时用正、反接法进行两次测量，取其平均值为电缆故一般情况下，测量时用正、反接法进行两次测量，取其平均值为电缆故障点的位置；有时为了测量准确，还分别在电缆的两端各进行一次正、障点的位置；有时为了测量准确，还分别在电缆的两端各进行一次正、反接法的测量，取四次测量结果的平均值来确定电缆故障点的位置。反接法的测量，取四次测量结果的平均值来确定电缆故障点的位置。:电桥法的优点是操作简单、使用方便；其缺点是需要知道电缆的准电桥法的优点是操作简单、使用方便；其缺点是需要知道电缆的准确长度等原始技术资料。确长度等原始技术资料。由于电缆的金属屏蔽层单位长度电阻由于电缆的金属屏蔽层单位长度电阻R0较小，一般为较小，一般为0.010.1/km，与接触电阻相近，因此接触电阻的大小对故障距离的测，与接触电阻相近，因此接触电阻的大小对故障距离的测量精度有很大影响，测量时应采取措施以减小接触电阻，从而提高量精度有很大影响，测量时应采取措施以减小接触电阻，从而提高测量精度。测量精度。适用范围为接地故障和短路故障。适用范围为接地故障和短路故障。普通的单臂和双臂电桥，多数接数十伏到数百伏的直流电源，受电普通的单臂和双臂电桥，多数接数十伏到数百伏的直流电源，受电源电压的影响，一般源电压的影响，一般23k以上的高阻故障需用高压电桥法进行测以上的高阻故障需用高压电桥法进行测量，原理与低压电桥法相同。量，原理与低压电桥法相同。:2.低压脉冲法： 测试时向电缆注入一低压脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点，如短路点、故障点、中间接头等，脉冲产生反射，回送到测量点被仪器记录下来。波形上发射脉冲与反射脉冲的时间差t，对应脉冲在测量点与阻抗不匹配点往返一次的时间，已知脉冲在电缆中的波速度V，则阻抗不匹配点距离，可由下式计算。 L=Vt2低压脉冲反射原理图波速V与电缆的介电常数和磁导率有关，一般对于交联聚乙烯电力电缆V172m/s，对聚乙烯全塑电缆）， V184m/s:Uf=mUtUf：入射波电压Ut：反射波电压m： 反射系数反射系数m=（Z-Zc）/(Z+Zc)Zc：电缆线路波阻抗Z：电缆结点阻抗若电缆发生故障，其接地电阻为Rg，则电缆的结点阻抗为：Z=Rg*Zc/（Rg+Zc）所以：m=-Zc/（2Rg+Zc）短路时：Z=0，m=-1，则Uf=-Ut，即意味着反射脉冲为负极性，或称负反射；断线时Z=，m=1，而得Uf=Ut，形成正反射，终端和断线的情况一样为正反射。:低压脉冲的分析把握3点：极性、幅度、时间: 低压脉冲法的测量范围：测量电缆的小于100低阻故障、短路故障、断路故障，不能适用于测量高阻与闪络性故障 。 低压脉冲反射法的优点：简单、直观、不需要知道电缆的准确长度等原始技术资料。而且根据脉冲反射波形还可以容易地识别电缆接头与分支点的位置 :3.冲击高压闪络法 冲击高压闪络法,又称冲闪法,是几乎所有的电缆故障的测试都可以采用的方法。冲击高压闪络法测试原理是在故障电缆的始端施加一个冲击高压,将故障点电弧击穿,利用故障点击穿瞬间的电压突跳作为测试信号,观察此信号在故障点和电缆始端之间往返一次的时间进行测距。:X=Tx*v/4: 从图中的波形可以看出,冲闪法测试波形整体上像一个衰减的余弦振荡及叠加在余弦振荡上的快变化脉冲。从图中还可以看出,正脉冲前还有一个负尖峰,后面的波形也有相应的变化。这是因为电缆在加冲击负高压时,故障点处负高压上升有一个过程,故障点的电离放电也有一段延迟时间,所以在故障点放电之前,冲击电压波已经在终端头被反射,并越过故障点传向测试端。在此之后故障点才被电离击穿,形成正向阶跃电压向测试端传输,因此在第一回波的正脉冲前出现了负尖峰。如果两个回波的时间差从第一回波正脉冲前的负尖峰下降拐点算起的话,将会造成相当大的测量误差,只能从第一回波的正突跳拐点算起直到第二回波的负突跳拐点这段时间才是正确的。:脉冲电压法的优点：脉冲电压法的优点：1.是几乎所有的电缆故障的测试都可以采用的方法。是几乎所有的电缆故障的测试都可以采用的方法。2.而且不必将高阻与闪络性故障烧穿，直接利用故障击穿产生而且不必将高阻与闪络性故障烧穿，直接利用故障击穿产生的瞬间脉冲信号，测试速度快，测量过程也得到简化，是电缆故的瞬间脉冲信号，测试速度快，测量过程也得到简化，是电缆故障测试技术的重大进步。障测试技术的重大进步。脉冲电压法的缺点：脉冲电压法的缺点：1.安全性差，仪器通过一电容电阻分压器分压测量电压脉冲信安全性差，仪器通过一电容电阻分压器分压测量电压脉冲信号，仪器与高压回路有电耦合，很容易发生高压信号串入，造成号，仪器与高压回路有电耦合，很容易发生高压信号串入，造成仪器损坏。仪器损坏。2.在故障放电时，特别是进行冲闪测试时，分压器耦合的电压在故障放电时，特别是进行冲闪测试时，分压器耦合的电压波形变化不尖锐，难以分辨。波形变化不尖锐，难以分辨。:原理是，使用一定电压等级、一定能量的高压脉冲在电缆的测试端施加给故障电缆，让电缆的高阻故障点发生击穿燃弧。同时，在测试端加入测量用的低压脉冲行波），测量脉冲到达电缆的高阻故障点时，遇到电弧，在电弧的表面发生反射。由于燃弧时，高阻故障变成了瞬间的短路故障，低压测量脉冲将发生明显的特征变化，使得测量脉冲的行波分析变得特别清晰。4.弧反射法:CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2019, all rights reserved20弧反射法的弧反射法的参考波形和故障波形参考波形和故障波形:21高压脉冲发生器高压脉冲发生器1.声磁同步法精确定点电缆故障定位原理电缆故障定位原理3:故障定位故障定位C=110F,U=2030kV(610kV电缆)，放电时间间隔为1.56s:声测法的测量接线如图所示。利用直流高压试验设备使电容器充电、储能，当电压达到某一数值时，经过放电间隙向故障相放电，由于故障点具有一定的故障电阻，在电容器放电过程中，此故障电阻相当于一个放电间隙，在放电时将产生火花放电，引起电磁波辐射和机械的音频振动。根据粗测时所确定的故障点大致位置，在地表面用声波接收器拾音器探头反复探测，找到地面振动最大、声音最大处即为电缆故障点的位置。放电电压的大小，由放电间隙来控制。一般在试验时，将放电间隙调至一定位置，放电电压控制在2025kV之间，每隔34s放电一次即可:本卷须知：本卷须知：1、对于断线故障，最好将电缆一端接地，利用对地击穿后声音较、对于断线故障，最好将电缆一端接地，利用对地击穿后声音较响来声测。响来声测。2、外界声音干扰大的场所，可选在夜深人静时进行。、外界声音干扰大的场所，可选在夜深人静时进行。3、断线和闪络故障常发生在中间接头，因而，在用脉冲法确定大、断线和闪络故障常发生在中间接头，因而，在用脉冲法确定大致地段后，可用声测法定点，并着重检查中间接头。致地段后，可用声测法定点，并着重检查中间接头。4、若电缆头或电缆的连接盒外壳与接地线接触不良，户内电缆接、若电缆头或电缆的连接盒外壳与接地线接触不良，户内电缆接头处电缆与接地支架接触不良，声测时这些处所亦有声音，应头处电缆与接地支架接触不良，声测时这些处所亦有声音，应注意与真正故障点声音相区别，防止误判断。注意与真正故障点声音相区别，防止误判断。5、听测时不仅要注意放电响声，还应注意电缆表面是否有振动，、听测时不仅要注意放电响声，还应注意电缆表面是否有振动，便于精确确定故障点位置。便于精确确定故障点位置。适用范围：声测法是电缆故障主要的定点方法，主要用于测量高阻适用范围：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。法。 :242.2.音频电流感应法音频电流感应法用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，在地面上用探测线圈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。:音频感应法应用范围：音频感应法一般用于探测故障电音频感应法应用范围：音频感应法一般用于探测故障电阻小于阻小于10欧的低阻故障。用音频感应法对两相短路并接欧的低阻故障。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，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对误差为12米。米。 : 跨步电压法是目前应用跨步电压法是目前应用最为广泛且非常有效的高最为广泛且非常有效的高精度定位方法。其原理是精度定位方法。其原理是由发射机提供一高压电流，由发射机提供一高压电流，电流经电缆故障点入地，电流经电缆故障点入地，在故障点周围产生电位差，在故障点周围产生电位差，通过通过“A字架的两根电字架的两根电极沿电缆路径测量电位的极沿电缆路径测量电位的变化情况。变化情况。3. 3. 跨步电压法跨步电压法:27+-MMG5V0+-V0+-V0+-V0+-V0+-故障右测故障右测故障左测故障左测用探针沿电缆方向探测，在故障点附近时，电位差迅速增加，在故障点用探针沿电缆方向探测，在故障点附近时，电位差迅速增加，在故障点前达到最大值；在故障点正上方，电位差为零；过故障点后，指针反偏前达到最大值；在故障点正上方，电位差为零；过故障点后，指针反偏且又达最大值，其电位差计沿电缆走向的电位差值分布如图所示。根据且又达最大值，其电位差计沿电缆走向的电位差值分布如图所示。根据电位差值的这些特征就可对故障点进行定位电位差值的这些特征就可对故障点进行定位:28当受电缆长度方向的地面情况限制不易测量时，可利用放电电流在故障点上当受电缆长度方向的地面情况限制不易测量时，可利用放电电流在故障点上方环形发散的特点来定位，定位方法如图所示，在不同方向分别寻找方环形发散的特点来定位，定位方法如图所示，在不同方向分别寻找2个等个等电位点，然后找出电位点，然后找出2组等电位点的垂直平分线的交点，即为故障点。此法在组等电位点的垂直平分线的交点，即为故障点。此法在故障较为严重时使用效果较好故障较为严重时使用效果较好:跨步电压法的优点是原理简单、易操作、抗干扰好、破坏性少、定跨步电压法的优点是原理简单、易操作、抗干扰好、破坏性少、定点直观准确，适于敷设于泥土地面内的电缆，对直埋电缆的死接地点直观准确，适于敷设于泥土地面内的电缆，对直埋电缆的死接地十分有用十分有用 。其不足之处有：。其不足之处有：1易受地下金属管线如水管、天然气管等电位体的干扰，特易受地下金属管线如水管、天然气管等电位体的干扰，特别是变电站或电缆接头井周围的干扰更为严重；别是变电站或电缆接头井周围的干扰更为严重；2在干燥地面或马路上接收信号很弱，须采取措施，否则可能很在干燥地面或马路上接收信号很弱，须采取措施，否则可能很难测到信号。难测到信号。跨步电压法定点适用范围：对于电缆外护套接地测试灵敏跨步电压法定点适用范围：对于电缆外护套接地测试灵敏: