电力电缆故障探测技术(20103)

1、电电 力力 电电 缆缆 故故 障障 探探 测测 技技 术术朱朱 启启 林林电缆的基本结构电缆的基本结构1线芯线芯 2内半导体层内半导体层 3交联聚乙烯交联聚乙烯绝缘层绝缘层 4外半导体层外半导体层5填料填料 6铜屏蔽层铜屏蔽层 7金属护层金属护层 （铠装）（铠装） 8外绝缘护层外绝缘护层三芯交联聚乙烯电缆三芯交联聚乙烯电缆电缆的基本结构电缆的基本结构 单芯电缆的基本结构单芯电缆的基本结构1线芯线芯 2绝缘层绝缘层 3护层护层电力电缆故障探测的特点电力电缆故障探测的特点 减少停电时间，提高供电可靠性的关键技术。减少停电时间，提高供电可靠性的关键技术。 对技术与经验的要求较高。对技术与经验的要求较

2、高。 (如医生看病） 七分仪器，三分人。七分仪器，三分人。 测试的精度要高、速度要快测试的精度要高、速度要快,不能挖开试试看不能挖开试试看。 测试烦琐、复杂、耗时测试烦琐、复杂、耗时,过程曲折，但充满乐趣，过程曲折，但充满乐趣，有收获感。有收获感。 必须按步骤开展工作。欲速则不达必须按步骤开展工作。欲速则不达。 了解电缆故障原因，有利于尽快地找到故障点。了解电缆故障原因，有利于尽快地找到故障点。 要注意电缆敷设、维护资料的整理与保存。要注意电缆敷设、维护资料的整理与保存。 主要故障原因：主要故障原因： 机械损伤机械损伤(外力破坏外力破坏)：占：占58%。当时不一定损坏。当时不一定损坏 附件制造

3、质量的原因：占附件制造质量的原因：占27%。接头的制作。接头的制作 敷设施工质量的原因：占敷设施工质量的原因：占12%。 电缆本体的原因：占电缆本体的原因：占3%。电缆的制作工艺与绝。电缆的制作工艺与绝缘老化。缘老化。电缆故障产生的的原因电缆故障产生的的原因一、按故障电阻与芯线情况分类一、按故障电阻与芯线情况分类 1 1、开路故障、开路故障 2 2、短路（低阻）故障、短路（低阻）故障 3 3、高阻（泄漏性）故障、高阻（泄漏性）故障 4 4、高阻（闪络性）故障、高阻（闪络性）故障二、按表面现象分类二、按表面现象分类 1 1、开放性故障、开放性故障 2 2、封闭性故障、封闭性故障故故 障障 分分

4、类类三、按接地现象分类 1 1、单相接地故障、单相接地故障 2 2、相间故障、相间故障 3 3、多相接地混合性故障、多相接地混合性故障四、按故障位置分类 1 1、接头故障、接头故障 2 2、电缆本体故障、电缆本体故障故故 障障 分分 类类故障探测的基本步骤故障探测的基本步骤一、故障诊断一、故障诊断就是用万用表、兆欧表测量电缆的故障就是用万用表、兆欧表测量电缆的故障电阻，并根据故障电阻的大小，判断电缆的故障性质；电阻，并根据故障电阻的大小，判断电缆的故障性质； 了解故障性质、故障原因、敷设环境、运行情况等。了解故障性质、故障原因、敷设环境、运行情况等。 主要有测试准备与故障性质诊断两个阶段组成。

5、主要有测试准备与故障性质诊断两个阶段组成。二、故障测距二、故障测距在电缆一端用仪器测定故障点的距离在电缆一端用仪器测定故障点的距离。三、故障定点三、故障定点根据测距结果，在一定范围内精确测定根据测距结果，在一定范围内精确测定故障点的具体位置。故障点的具体位置。 主要有主要有路径探测路径探测与与故障精确定位故障精确定位两个阶段组成两个阶段组成。诊诊 断断测测 距距定定 点点诊断结果：诊断结果：A相对地绝缘下降相对地绝缘下降L=360m测距结果测距结果L=360m定点结论：定点结论：地面正下方地面正下方004.mpg电缆故障探测三步骤电缆故障探测三步骤电缆故障测试前的准备工作电缆故障测试前的准备工

6、作 一、测试设备准备一、测试设备准备 首先我们要把测试用的各种仪器仪表带全，检查是否拥有足够的电力；把电工工具带全；提前把变电站或接线箱上的钥匙带好；同时带上电源线和可能用到的接地线等！ 二、人员准备二、人员准备抢修人员要齐整，分工明确，服从指挥 三、三、安全保证安全保证 到现场后把电缆两端孤立起来使电缆各相之间和对其他地方留有足够的距离；测试时两端要留人看守以确保安全！ 四、了解电缆情况四、了解电缆情况 全长、绝缘性质、接头、耐压等级、路径与何处施过工等。u转转 到到 探探 测测 流流 程程 图图故障性质诊断分类与测试方法选择故障性质诊断分类与测试方法选择故障性质故障性质发生概率发生概率测距

7、方法选择测距方法选择定点方法选择定点方法选择开路故障几乎不发生低压脉冲法/或按闪络故障测试按闪络故障测试短路（低阻）故障低压电缆发生较多低压脉冲法/脉冲电流法声磁同步法/金属性短路故障用音频信号法定位高阻故障100K欧 以下80%以上二次脉冲法/脉冲电流法/电桥法声磁同步法100K欧 以上二次脉冲/脉冲电流法声磁同步法闪络故障很小二次脉冲/脉冲电流法声磁同步法电缆故障测试设备的基本形式电缆故障测试设备的基本形式一、便携式一、便携式电缆故障测距仪电缆故障测距仪电缆故障定点仪电缆故障定点仪高压信号发生器（含分体的和一体化的）高压信号发生器（含分体的和一体化的）音频信号发生器（单频、多频）音频信号发

8、生器（单频、多频）路径仪路径仪音频信号接收器音频信号接收器电缆识别仪电缆识别仪二、组合式二、组合式电缆测试车电缆测试车 把上述设备有机的装到车上并加入电缆管理系统和发电把上述设备有机的装到车上并加入电缆管理系统和发电机、耐压设备等机、耐压设备等电缆故障探测经常遇到的困难电缆故障探测经常遇到的困难 便携式仪器接线复杂，现场易发生接线错误，并已引起安全性问题； 测距波形不太容易分析，得不到正确的故障距离； 路径太复杂或不知道路径； 故障定点时干扰太大（车声、人的脚步声及其他突然地引起地面震动的声音）或故障电缆的敷设情况不利于声波的传导； 电缆发生了没有放电声音的金属性短路故障。电力电缆主绝缘故障测

9、距方法电力电缆主绝缘故障测距方法电缆故障测距方法电缆故障测距方法一、阻抗法一、阻抗法 1、传统直流电桥、传统直流电桥 2、压降比较法、压降比较法 3、直流电阻法、直流电阻法（科汇主要把它用于护层故障的探测）（科汇主要把它用于护层故障的探测）二、行波法（脉冲法）二、行波法（脉冲法） 1、低压脉冲法、低压脉冲法 2、脉冲电压法、脉冲电压法 3、脉冲电流法、脉冲电流法 4、二次脉冲法、二次脉冲法 关关 于于 行行 波波 行波行波就是以一定速度在线路中传播的电压、电就是以一定速度在线路中传播的电压、电流波。分为：流波。分为： 电压行波电压行波与与电流行波电流行波; 电压行波与电流行波是伴生的、同时存在

10、的电压行波与电流行波是伴生的、同时存在的; 行波又分为行波又分为稳态行波稳态行波和和暂态行波。暂态行波。 行波法故障测距是利用线路中突然出现的行波法故障测距是利用线路中突然出现的暂态暂态行波行波在线路中的往返传播测量故障距离。其中：在线路中的往返传播测量故障距离。其中： 低压脉冲法低压脉冲法与与二次脉冲法二次脉冲法测量的是测距设备向测量的是测距设备向线路中输入暂态的线路中输入暂态的电压行波电压行波；而；而脉冲电流法测量的脉冲电流法测量的则是故障点放电产生的则是故障点放电产生的电流行波电流行波。测距方法之一测距方法之一低压脉冲法低压脉冲法适用范围：适用范围： 低阻短路故障（绝缘故障电阻小于几百欧

11、的故低阻短路故障（绝缘故障电阻小于几百欧的故障）、开路故障。据统计这类故障约占电缆故障的障）、开路故障。据统计这类故障约占电缆故障的10%。 低压脉冲法还可用于测量电缆的长度、电磁波低压脉冲法还可用于测量电缆的长度、电磁波在电缆中的传播速度，还可用于区分电缆的中间头、在电缆中的传播速度，还可用于区分电缆的中间头、T型接头与终端头等。型接头与终端头等。 低压脉冲法工作原理低压脉冲法工作原理L=VL=Vt/2t/2 V V是电缆的波速度是电缆的波速度关关 于于 波波 速速 度度 低压脉冲测试原理的测试公式低压脉冲测试原理的测试公式L=Vt/2中的中的V就是电就是电磁波在电缆中传播的速度，我们简称为

12、波速度；理论分析磁波在电缆中传播的速度，我们简称为波速度；理论分析表明表明波速度与电缆的波速度与电缆的绝缘介质绝缘介质有关，与电缆芯线的线径及有关，与电缆芯线的线径及芯线的材料无关，也就是说不管线径是多少线芯是铜芯的芯线的材料无关，也就是说不管线径是多少线芯是铜芯的还是铝芯的，只要电缆的绝缘介质一样，波速度就一样。还是铝芯的，只要电缆的绝缘介质一样，波速度就一样。现在大部分电缆都是交联聚乙烯或油浸纸电缆，它们的参现在大部分电缆都是交联聚乙烯或油浸纸电缆，它们的参考数椐是：交联聚乙烯电缆的波速是考数椐是：交联聚乙烯电缆的波速是170-172m/s170-172m/s、油浸纸油浸纸电缆的波速为电缆

13、的波速为160 m/s160 m/s。 纵然电缆的绝缘介质相同，不同厂家的、不同批次纵然电缆的绝缘介质相同，不同厂家的、不同批次的电缆波速度也不完全相同，如果知道电缆全长，根据的电缆波速度也不完全相同，如果知道电缆全长，根据V=2L t，就可以推算出电缆的波速度。，就可以推算出电缆的波速度。SCLV001关关 于于 阻阻 抗抗 000CLZ电缆的波阻抗电缆的波阻抗 电力电缆的波阻抗值一般在电力电缆的波阻抗值一般在10-40欧左右，欧左右，XLPE绝缘电缆的波阻抗一般在绝缘电缆的波阻抗一般在20欧左右。欧左右。行波在波阻抗不匹配点处产生反射行波在波阻抗不匹配点处产生反射低压脉冲反射波的极性低压脉

14、冲反射波的极性开路（断线）反射：反射脉冲与发射脉冲同极性开路（断线）反射：反射脉冲与发射脉冲同极性短路（低阻）反射：反射脉冲与发射脉冲反极性短路（低阻）反射：反射脉冲与发射脉冲反极性发射脉冲反射脉冲发射脉冲反射脉冲发射脉冲发射脉冲接头反射接头反射低阻故障反射低阻故障反射远端开路反射远端开路反射典型的低压脉冲反射波形典型的低压脉冲反射波形低阻故障波形低阻故障波形断线故障波形断线故障波形带中间接头的断线故障波形带中间接头的断线故障波形标定反射脉冲的起始点标定反射脉冲的起始点得到故障距离得到故障距离接头反射接头反射发射脉冲发射脉冲开路反射开路反射光标光标实测低压脉冲反射波形实测低压脉冲反射波形低压脉

15、冲反射波形的比较法低压脉冲反射波形的比较法故障电缆故障电缆 良好导体测量波形良好导体测量波形 故障导体测量波形故障导体测量波形 测量波形比较测量波形比较 电缆接头反射波形电缆接头反射波形低压脉冲比较法实测低阻故障波形低压脉冲比较法实测波形低压脉冲比较法实测波形测试示例低压脉冲全长测量接线图电缆全长波形图低压脉冲方式测试故障距离时的操作步骤低压脉冲方式测试故障距离时的操作步骤根据全长校正波速度测试示例测试示例低压脉冲故障测距接线图低压脉冲故障波形图低压脉冲法测量开路距离低压脉冲法测量开路距离测试示例测试示例低压脉冲故障测距接线图低压脉冲故障波形图低压脉冲法测量短路距离低压脉冲法测量短路距离测试示

16、例用低压脉冲法比较法测量电缆用低压脉冲法比较法测量电缆B B、C C相对地的故障距离相对地的故障距离低压脉冲测良好相波形图低压脉冲故障测试比较波形图低压脉冲故障测试比较波形图测试示例低压脉冲故障测试比较波形图测距方法之二测距方法之二脉冲电流法脉冲电流法适用范围：适用范围： 脉冲电缆法可测量向故障电缆施加高压后，脉冲电缆法可测量向故障电缆施加高压后，故障点能击穿放电的故障。含有：高阻泄漏性故故障点能击穿放电的故障。含有：高阻泄漏性故障、高阻闪络性故障与低阻故障等。障、高阻闪络性故障与低阻故障等。 据统计这类故障约占电缆故障的据统计这类故障约占电缆故障的90%以上。以上。线性电流耦合器的应用地线中

17、的电流线性耦合器输出脉冲电流法工作原理脉冲电流法工作原理 将电缆故障点用高电压击穿，用仪器采集并记录下故将电缆故障点用高电压击穿，用仪器采集并记录下故障点击穿产生的电流行波信号，通过分析判断电流行波信障点击穿产生的电流行波信号，通过分析判断电流行波信号在测量端与故障点往返一趟的时间来计算出故障距离号在测量端与故障点往返一趟的时间来计算出故障距离。脉冲电流波形及测量原理脉冲电流波形及测量原理脉冲电流脉冲电流直流闪络测试法直流闪络测试法线性电流藕合器的输出 适用于闪络型故障的测试。 给故障电缆施加直流高电压信号，使故障点击穿，根据故障点放电脉冲在测量端及故障点往返一躺的时间计算故障距离。脉冲电流脉

18、冲电流冲击闪络测试法冲击闪络测试法 高阻故障如果使用直闪法测试，电压会大量泄到发生器的内阻上，容易损害高压发生器；同时加到电缆上的电压很小，不利于故障点的击穿。对于高阻故障，需要使用冲闪法，在给脉冲电容充电后再加到故障上去，脉冲高电压使故障点击穿放电。典型的冲闪法脉冲电流波形典型的冲闪法脉冲电流波形1234567 直接击穿的脉冲电流冲闪波形1-高压发生器的发射脉冲 3-故障点的放电脉冲 2-零点实光标4-虚光标 5-放电脉冲的一次反射 6-故障距离 7-放电脉冲的二次反射远端开路波形电缆全长远端反射击穿的脉冲电流冲闪波形远端反射击穿的脉冲电流冲闪波形远端开路二次反射波形远端开路波形长放电延时的

19、故障波形长放电延时的故障波形近距离故障波形近距离故障波形常见低压电缆故障波形常见低压电缆故障波形故障点泡在水中的电缆故障波形故障点泡在水中的电缆故障波形电缆进水泄漏较大故障点较远的故障波形电缆进水泄漏较大故障点较远的故障波形无放电弧光的金属性短路故障波形无放电弧光的金属性短路故障波形如何使故障点充分放电如何使故障点充分放电 Q=1/2CV2 提高施加到电缆上的电压，可使故障点容易击穿。提高施加到电缆上的电压，可使故障点容易击穿。 提高储能电容的容量，加大了高压设备供给电缆的提高储能电容的容量，加大了高压设备供给电缆的能量，实际上也增加了电缆上电压持续时间，有利能量，实际上也增加了电缆上电压持续

20、时间，有利于故障点的击穿。于故障点的击穿。 进行冲闪测试时，多次用高电压冲击故障电缆，进行冲闪测试时，多次用高电压冲击故障电缆，利用利用“累积效应累积效应”，故障点被进一步破坏，会使得，故障点被进一步破坏，会使得击穿电压降低，放电延时缩短。击穿电压降低，放电延时缩短。故障点击穿与否的判断 通过高压信号发生器电流表或电压表摆动的幅度通过高压信号发生器电流表或电压表摆动的幅度判断；判断； 通过仪器记录的波形判断通过仪器记录的波形判断 通过球间隙放电的声音判断通过球间隙放电的声音判断测试示例故障电缆示意图故障电缆示意图脉冲电流冲闪法测试故障距离时的操作步骤脉冲电流冲闪法测试故障距离时的操作步骤测试示

21、例脉脉 冲冲 电电 流流 测测 试试 接接 线线 图图测试示例脉冲电流故障波形图脉冲电流故障波形图测距方法之三测距方法之三二次脉冲法脉冲法适用范围：适用范围： 二次脉冲法可测量向故障电缆施加高压使故二次脉冲法可测量向故障电缆施加高压使故障点击穿放电后，放电电弧能长时间存在的故障。障点击穿放电后，放电电弧能长时间存在的故障。含有：高阻泄漏性故障、高阻闪络性故障等。含有：高阻泄漏性故障、高阻闪络性故障等。 据统计这类故障约占电缆故障的据统计这类故障约占电缆故障的60%左右。左右。二次脉冲法工作原理（如低压脉冲比较法）（如低压脉冲比较法） 结合低压脉冲法的波形简单与脉冲电流法可以测量结合低压脉冲法的

22、波形简单与脉冲电流法可以测量高阻故障的优点高阻故障的优点 用高压脉冲击穿故障，并用稳弧器延长故障电弧持用高压脉冲击穿故障，并用稳弧器延长故障电弧持续时间续时间 故障电弧持续时间内，向故障点发射低压脉冲，获故障电弧持续时间内，向故障点发射低压脉冲，获得脉冲反射波形，称为电弧脉冲反射波形。得脉冲反射波形，称为电弧脉冲反射波形。 将电弧脉冲反射波形与电缆不带电（故障点不击穿将电弧脉冲反射波形与电缆不带电（故障点不击穿波形比较），波形上开始有明显差异的点即故障点。波形比较），波形上开始有明显差异的点即故障点。二次脉冲测试原理二次脉冲法工作原理（如低压脉冲比较法）（如低压脉冲比较法）二次脉冲测试设备接线

23、图二次脉冲法工作原理（如低压脉冲比较法）（如低压脉冲比较法）实测二次脉冲波形 二次二次脉冲故障波形图故障电缆示意图测试示例二次脉冲法测距的操作步骤二次脉冲法测距的操作步骤测试示例二 次 脉 冲 测 试 接 线 图测试示例 二次二次脉冲故障波形图评评 价价二次脉冲反射波形简单，易于识别故障点。二次脉冲反射波形简单，易于识别故障点。设备接线复杂，体积大。设备接线复杂，体积大。故障击穿机会较脉冲电流法减少故障击穿机会较脉冲电流法减少电力电缆故障定点方法电力电缆故障定点方法电缆故障定点方法电缆故障定点方法1、声测法、声测法2、声磁同步接收法、声磁同步接收法3、音频信号感应法、音频信号感应法4、跨步电压

24、法、跨步电压法定点方法之一声磁同步接收法应用范围：应用范围： 施加高电压使故障点击穿后，故障点能施加高电压使故障点击穿后，故障点能产生放电声音的故障。产生放电声音的故障。 对部分穿管电缆不适用。对部分穿管电缆不适用。声磁同步接收法的工作原理1、向故障电缆中施加高压脉冲信号，使故障点放电。、向故障电缆中施加高压脉冲信号，使故障点放电。2、在故障点放电时，电缆周围就会产生脉冲磁场信号，、在故障点放电时，电缆周围就会产生脉冲磁场信号，同时故障点处就会发出放电声音信号。同时故障点处就会发出放电声音信号。3、磁场信号传播的极快，声音信号传播的比较慢。、磁场信号传播的极快，声音信号传播的比较慢。4、在地面

25、上用仪器的探头同步接收故障点放电产生的、在地面上用仪器的探头同步接收故障点放电产生的脉冲磁场信号和声音信号，由于电缆有一定的埋深，脉冲磁场信号和声音信号，由于电缆有一定的埋深，这两个信号传到探头就会有一个时间差。这两个信号传到探头就会有一个时间差。5、通过仪器显示出该声磁时间差，那么声磁时间差最、通过仪器显示出该声磁时间差，那么声磁时间差最小的探头所在的位置就是故障点的位置。小的探头所在的位置就是故障点的位置。脉冲磁场波形：电缆两侧极性相反放电声音波形脉冲磁场波形与放电声音波形磁场方向判断路径声磁时间差判断故障点远近脉冲磁场的方向与声磁时间差的显示脉冲磁场的方向与声磁时间差的显示声磁同步法故障

26、定点的过程第一步：用高压信号发生器向故障电缆中施加第一步：用高压信号发生器向故障电缆中施加 脉冲高电压脉冲高电压 第二步：携带第二步：携带T-505声磁同步法故障定点仪器，到声磁同步法故障定点仪器，到 距离高压信号发生器十几米外的电缆路径距离高压信号发生器十几米外的电缆路径 上，查看仪器是否能接收到脉冲磁场信号。上，查看仪器是否能接收到脉冲磁场信号。第三步：依照故障测距结果与电缆的路径走向，找第三步：依照故障测距结果与电缆的路径走向，找 出故障点的大体方位，携带声磁同步法故出故障点的大体方位，携带声磁同步法故 障定点仪器到该方位处，沿电缆的路径移障定点仪器到该方位处，沿电缆的路径移 动探头，寻找如下的声音波形图：动探头，寻找如下的声音波形图：声磁同步法故障定点的实测波形图声磁同步法故障定点的实测波形图声磁同步法故障定点的实测波形图定点方法之二音频电流感应音频电流感应法应用范围应用范围 音频感应法一般用于探测故障电阻小