电力电缆故障分类和故障测距方法

1、电缆故障在线检测论文班级：农电姓名：姚广元学号： 0902 200901090222电力电缆故障分类和故障测距方法关键词：电力电缆 故障 在线检测 测距 低压脉冲反射法 1 引言在各行各业中，电缆都是信号传送的主要载体。在使用中，从安全生产及方便的角度出发，大都采用埋地电缆和架设电缆。因此掌握电力电缆的故障原因与故障的各种类型就尤为重要、此外在使用过程中较为头疼的是电缆故障点的查找，这项工作需要投入大量的人力物力，发生故障后也较难很快寻测出故障点的确切位置，因此往往造成停电停产的重大损失。故如何用最快的速度、最低的维修成本而使其恢复运行，是我们遇到电缆故障时的首要问题。1电力电缆故障分类11电

2、力电缆故障产生的原因及分类电力电缆经过敷设和长时间的运行使用，可能会发生故障，影响电力网的安全运行。必须及时分清故障原因，准确判断故障点，从而消除故障。了解电缆的故障原因及故障类型，对于快速判定出故障点十分重要。12电力电缆故障原因电力电缆故障的原因是多方面的，大致可分为以下几种：(1)机械损伤。机械损伤引起的电缆故障占电缆故障事故的比例较大。例如在安装过程中，不小心碰伤电缆；机械牵引力过大而拉伤电缆；或电缆过度弯曲而损伤电缆，经过长时间运行后就有可能发展成故障。(2)电缆绝缘的破坏。电缆绝缘的破坏是故障产生的主要原因，特别是塑料绝缘的电力电缆，绝缘在长期电场的作用下，就会发生树枝化放电，使绝

3、缘降解破坏，造成贯穿击穿。由于绝缘层的介质损耗，可能造成电缆过热，进而加速了绝缘层老化。电缆过负荷或散热不良，安装于电缆密集区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的电缆，穿在干燥管中的电缆以及与热力管道接近的电缆，都会因过热而使绝缘加速老化。电缆密封不严，绝缘层进入水分而受潮，使电缆绝缘性能下降，甚至造成树枝状放电或直接贯穿性击穿，导致电缆出现故障。另外，在大气过电压和电力系统内部过电压的作用下，使电缆绝缘层击穿，形成故障，这种情形下击穿点一般是由于存在材料缺陷。(3)护层的腐蚀。由于地下酸碱腐蚀、杂散电流的影响，使电缆铅包外皮受到腐蚀出现麻点、开裂或穿孔，致使水分进入电缆也可以造成故障。13故障的

4、性质与分类电力电缆故障的分类方法比较多，通常有以下几种方法：(1)从故障形式上可分为串联与并联故障。串联故障是指电缆一个或多个导体(包括铅、铝外皮)断开；并联故障是指导体对外皮或导体之间的绝缘下降，而不能承受正常运行电压。导体断路往往是电缆故障电流过大而烧断的，这种故障一般伴有并联接地或相间绝缘下降的情况。实际发生的故障绝大部分是单相对地绝缘下降故障(2)根据故障电阻与击穿间隙情况，电缆故障可分为开路、低阻、高阻与闪络性故障。开路(断路)故障：电缆的各线芯绝缘良好，但有一芯或数芯导体断开。具体表现为电缆相问或相对地绝缘电阻达到所要求的范围值，但工作电压不能传送到终端，或终端有电压，但负载能力很

5、差(低压脉冲测试时，故障有反射且反射波与发射波同相)。低阻绝缘故障：按照过去工程惯例，凡是电缆故障点的残余绝缘电阻小于10倍电缆特性阻抗的电缆绝缘故障称为低阻绝缘故障。有时把故障点残余绝缘电阻接近零的故障称为短路故障(低压脉冲测试时，故障有反射且反射波与发射波反相)。高阻故障：按照过去工程惯例，把电缆故障点的残余绝缘电阻大于10倍电缆特性阻抗的故障均称为高阻故障(低压脉冲测试时反射不明显)。闪络性故障：试验电压升至某值时，泄漏电流突然升高，监视泄漏电流的表针间歇性摆动。电压稍下降时，此现象消失，但电缆绝缘仍有极高的阻值。闪络性故障多是在进行预防性试验时发生，并多出现于电缆中间接头或终端头内。2

6、 电力电缆故障测距方法目前国内外对于不同类型的电缆故障测定方法主要有驻波法、低压脉冲反射法(又称雷达法)、脉冲电压法(又称闪络法)、脉冲电流法几种。2.1驻波法此方法是将电力电缆作为高频传输线，利用传输线上的驻波谐振现象对电缆的开路故障和相间或相对地电阻值较低的一类故障进行测量。此方法不仅可以检测电缆的短路和断路故障，事实上，只要在入射点能够检测到电压驻波比就可以准确地测定故障位置。但此方法对情况较为复杂的高阻故障检测放果不够准确。2.2低压脉冲反射法低压脉冲反射法是向故障电缆的导体输入一个脉冲信号，通过计算故障点发射脉冲与反射脉冲的时间差t进行测距，如果已知行波速度v(m/u s)，可以计算

7、出故障距离L为，L=v×t/2根据反射脉冲波的正负(极性)可以判断故障的性质，如果采用负的发射脉冲，低阻短路故障反射波的脉冲极性正、负交替，如图1(a)所示。断线故障的脉冲极性全部相同，反射波的脉冲极性都是负，如图1(b)所示。低压脉冲反射法具有操作简单、故障信号的波形直观、对电缆线路技术资料的依赖性小等优点，并可测试电缆的全长和行波在电缆中的传播速度。由于中间接头反射和波形中高频干扰的影响，直接用寻找发射波和反射波的最大值的方法自动进行故障定位，常常出现错误的结果，定位不准确。本文采用类似数字式测距仪检测故障的方法，用计算机软件进行处理，将发射波和反射波整形为矩形脉冲，由于只有“0

8、”和“1”信号，如图1(c)所示，很容易计算出发射脉冲与反射脉冲的时间差t，从而计算出故障位置。在处理波形时，记录下波形的正负极性，便可告诉测试者电缆故障的性质。由于采用计算机进行波形处理，具有较高的智能性，可以排除中间接头反射和各种干扰的影响，大大提高了定位的准确性22自动故障定位的软件抗干扰方法121电缆中间接头的反射波干扰由于电缆长度不够或电缆出故障后截断等因素，一些电缆中间存在接头，采用行波法进行故障定位，中间接头处会产生反射干扰，但中间接头处产生的反射干扰一般较弱，幅度较故障点反射波的小，故可以通过设置门槛电压(在仪器界面上设置)来消除，如图1(c)所示为消除中间接头反射干扰后的发射

9、波和反射波(整形后，全部变为“正”)脉冲。122发射波和反射波中的高频分量的干扰发射波和反射波中的高频分量(在门槛值附近)的存在会导致发射波和反射波被整形为一个矩形脉冲串，如图1(c)中脉冲2，造成故障定位和故障极性判断错误。由于这些脉冲相距很近，时间间隔为十一几十纳秒，软件中可采用计数(覆盖)的方法来消除，当采样值大于门槛值时，不论其后的采样值是否大于门槛值，连续几次将采样值置“1”，便可消除高频分量的干扰(计数的次数可在仪器界面上设置)，这也增大了发射波和反射波波形的相似性。123脉冲干扰图1(c)中脉冲1是一个脉冲干扰，对于脉冲干扰可以采用相关法来消除，相关法常用来研究两个信号的相似性，

10、以实现信号的检测、识别与提取等。采用行波法进行电力电缆故障定位的发射波和反射波相似程度非常大，可以用相关法来消除脉冲干扰。设x(n)为发射波，y(n)为反射波，它们的相关函数为:当两个信号完全相同时，相关系数等于l。由于发射波和反射波被整形为矩形脉冲，相似程度更大，相关的软件处理较简单，不需计算每次移位的相关值，只需记下发射波的脉宽，小于12或13(可以在仪器上设置宽度)发射波脉宽的脉冲就被判为干扰脉冲。但需要指出的是，对高阻泄露和闪络性故障等高阻故障，通常不能使用此方法。2.3脉冲电压法脉冲电压法是70年代发展起来的用于测量高阻与闪络故障的方法。该方法首先将电缆故障在直流或脉冲高压信号下击穿

11、，然后通过记录放电脉冲在测量点与故障点往返一次所需的时间来测距。包括直流高压闪络测量法(直闪法)和冲击高压闪络测量法(冲闪法)。据统计，用直闪法测定的电缆故障数，约占故障总数的20，而用冲闪法测定的电缆故障数，占故障总数的70。直闪法即直流高压闪络法进行测量，。是将故障点本身击穿而产生电压突变，当外加电压升至一定值时，故障点被击穿而产生电压突变，产生一个极性相反的电压波沿电缆向测试端传播，从而形成在测试端与故障点之间来回反射，直至损耗衰减。按照故障波的传输速度、传输时间即可算出故障点距离。冲闪法即冲击高压闪络法，应用则更加广泛，几乎所有故障电缆都可进行测量。目前常用的是电感冲闪法，它能在不太高

12、的电压下，使故障点击穿放电。2.4脉冲电流法脉冲电流法实际上是闪络法的另一种形式。它通过记录测量故障点击穿时产生的电流行波信号，在故障点与参考点往返一次所需的时间来测距。这种方法用互感器将脉冲电流耦合出来，波形较简单，较安全。也包括直闪法及冲闪法两种 类型。3在线式电缆故障测距方法目前。电缆线路故障测距方法，主要为离线进行，但在线故障测距方法也己出现。例如，日本学者采用脉冲电流法。由光纤电流互感器感应出故障时产生的浪涌电流信号，利用采集速度为16MH Z的快速AD技术实现测距。目前他们只实现了不带分支出线电缆的在线故障测距。下一步目标是带分支出线系统的在线故障定位。美国学者为克服高压脉冲法有可

13、能对电缆的健全部分进一步造成危害的缺陷，也提出了在线故障测距方法。但其出发点是将环形线路开路或在线路末端设置开路点，利用故障时产生的浪涌电压或电流在开路点发生正或负的全反射，通过设于开路点附近的传感器得到脉冲信号，测出其脉冲间隔时间实现测距。但这种方法在实际电网中存在局限性。另外，日本学者还提出了利用分布式光纤温度传感器，通过检测故障点附近温度变化情况来实现电缆故障定位的新方法。英国学者则提出了利用基于脉冲电流法的实时专家系统来实现电缆故障定位。4故障点的精确定点目前国内外生产的电缆故障测距仪已能达到较高的测距精度，但这实际上只完成了对电缆的粗测。因在实际现场电缆的敷设过程中。电缆往往不一定都

14、能拉直，故虽测得了故障距离，但其实际位置往往无法较好地确定。关于故障点韵精确定点问题，目前最常用的方法有两种：一是冲击高压放电法也称“声测法”，即：首先在电缆故障相上加上足够高的电压，使故障点流过大电流而发热碳化；从而使绝缘进一步破坏，把高阻故障变成低阻故障；最后在故障相上加冲击电压，使故障点放电打火、放声：另一种是“音频法”，通过地下电缆发送出1 k H z电磁波信号，探测仪利用探头与磁力线地平面垂直相切时，收到的信号最小(几乎为零)的原理来测电缆的走向及深度，当探头与地面平行前进时，信号音响突然变小，即为电缆的故障点。但此二种方法易受环境干扰影响，这也是目前迫切需要解决的一大难题。当前比较

15、先进豹办法是利用时差式进行故障定点，其基本原理是：在电缆一端利用高压放电装置使故障点产生闪络放电，产生很强的闪络声，同时也产生很强的电磁场。由于闪络声和电磁场均由同一点在地下传播，所以当我们用探头在地面接受它们的信号时，由于磁场速度和光速差不多，而比闪络声要快，所以它们之间的到达有一个时间差t，这时，不断移动探测点，当故障点与探头距离最小时，t最小，即可视为精确的定点。时间法是目前世界上最先进的精确定点法，正在工程界得到越来越普遍的应用。5总结综上所述，电缆的故障的产生原因主要有：机械损伤、电缆绝缘的破坏、保护层的腐蚀。电缆故障的类型从故障形式上可分为串联与并联故障，根据故障电阻与击穿间隙情况，电缆故障可分为开路、低阻、高阻与闪络性故障。对电缆的低阻或开路故障，采用低压脉冲反射法进行测距；对高阻故障或泄漏性高阻故障，采用基于直闪法、冲闪法的脉冲电流法进行测距；与高速AD相配合，以提高测距精度；应着重研究开发在线式电缆故障测距仪，着重解决故障点的精确定参考文献1.江秀臣;曾奕一种新型交联聚乙烯电缆在线检测装置的研究期刊论文-电线电缆 2004(04)2.张栋国电力电缆故障分析和测试 19863.王春江电线电缆手册 20024.J P Steiner，W L Weeks。An automated fau