高压电缆主绝缘故障预定位、精确定位方法、典型故障波形、检测与定位测试记录

附录.A（资料性附录）主绝缘故障预定位方法A.1 电桥法 测试设备要求最高输出电压：不低于10kV。短路电流：短路电流不低于10mA。预定位精度：±（0.2%·L+1）m，L为电缆全长。 测试设备要求在测试端，将电桥测量首端接故障相导体X，测量末端接非故障相导体M（绝缘良好相），在电缆末端将故障相导体Y端与非故障相导体N端用低阻短接线短接，如图A.1所示。ZGH—直流高压恒流源； r—比例臂电阻； G—检流计；F—故障点；TA-测量首端；TB-测量末端；LRSL-低阻短接线；图A.1电桥法接线及原理示意图工作时，ZGH输出高压，待电流稳定后打开电桥，调节电桥平衡。电桥平衡时，与故障相串接的平衡桥臂电阻值为??，与非故障相串接的平衡桥臂电阻值为??，r1可由设备千分度盘（与比例臂电12r1 r2阻连动）读取。故障点到测试端的距离为：r1Lx 2L 2L P‰r1 r2式中：L为电缆全长，因非故障相参与电桥平衡，计算中要 2倍电缆长度；P‰为电桥平衡时千分度盘读数；??为测试端到故障点的距离。??注意：对于同沟多回路电缆，该方法会受到临近回路运行电缆感应电压干扰，不易平衡，甚至无法定位。A.2 电压降法 测试设备要求最高输出电压：不低于3kV。短路电流：不低于100mA。预定位精度：±（0.2%·L+1）m，L为电缆全长。 测试原理与电桥法相比， 电压降法可以避免工频感应电压的干扰， 特别适合于高电压、大截面、 大长度输电复杂电缆系统的主绝缘故障定位。电压降法分两步进行，如图 A.2（a）和（b）所示。设备测量首端接故障相导体 X，测量末端接非故障相导体 M端（绝缘良好相）。（a）电压降法第一步（b）电压降法第二步ZGH—高压恒流源； R—限流电阻；K1、K2为继电器；ISAM-电流采集单元； USAM—电压降采集单元；M-中央处理单元； TA-测量首端；TB-测量末端；SL-短接线；EL-接地线图A.2电压降法接线及原理示意图第一步K12SL连接，故障相导体线芯通过接地线EL接地断开，K闭合、远端导体线芯通过短接线（注意SL、EL与故障相导体远端Y的接触点必须分开）。加压测得U2、I2，计算电缆全长电阻；第二步K1断开、K2闭合、接地线EL悬空或拆除，加压测得U1、I1，计算故障相测试端到故障点的导体电阻。电阻值正比于电缆长度，可得故障距离为：U1LxI1L（I1I2）U2I2或LxU1L（I1I2）U2式中：U1、I1为测试端到故障点的电压降及电流；U2、I2为电缆全长对应的电压降及电流；为电缆全长；Lx为电缆始端到故障点距离。A.3 截面法 测试设备要求最高输出电压：不低于3kV。短路电流：不低于100mA。预定位精度：±（3%·L）m，L为电缆全长。 测试原理。以5.2电压降法计算测量首端到故障点的导体电阻，选取电缆导体截面标称值，通过电阻直接计算故障距离。测试原理及接线如图5-2（b）。截面法故障距离计算公式：U1 SLxI1式中：U1、I1为测试端到故障点的电压降及电流；S为被测电缆导体截面积；为被测电缆导体材料电阻率。A.4 基于电压降的电桥法 测试设备要求最高输出电压：不低于3kV。短路电流：不低于100mA。预定位精度：±（0.2%·L+1）m，L为电缆全长。

测试原理当远端方便将两相电缆导体短接时，可采用基于电压降的电桥法，只需测试一次。如图A.3所示。设备测量首端接故障相导体X，测量末端接非故障相导体M（绝缘良好相）。通过低阻短接线将故障相和非故障相导体短接；或利用铜排通过GIS地刀接线端将故障相和非故障相电缆导体短接。图A.3基于电压降的电桥法接线及原理示意图工作时，K21断开，测得U1、I1，计算故障相测试端到故障点的导体电阻；21闭合，KK断开，K闭合，测得U2、I2，计算非故障相测试端经远端短接线到故障点的导体电阻。电阻值正比于电缆长度，可得故障距离为：U1LxI12L（I1I2）U1U2I1I2或LxU12L（I1I2）U1U2式中：U1、I1为故障相导体测试端到故障点的电压降及电流；U2、I2为非故障相导体测试端经远端短接线到故障点的电压降及电流；为电缆全长；Lx为测试端到故障点距离。A.5 低压脉冲法 测试设备要求发射脉冲输出电压幅值：不低于30V。发射脉冲脉宽：50ns-10μs随测量范围自动变化，也可手动选择。最大测量范围：50km（v=160m/μs）。预定位精度：±(0.2%L+移动光标步长）m(v=160m/μs)。实时采样率：不低于100MHz。 测试原理将电缆金属套全线分相连通再按技术要求接地。被测电缆注入低压脉冲信号，发射脉冲以恒定速度沿电缆传播，遇到阻抗突变点，如短路、开路、中间接头等等，脉冲产生反射，传播到测试端，仪器记录下发射脉冲与反射脉冲波形并自动计算二者之间的时间 Δt，Δt的一半乘以脉冲在电缆传播的速度 （行波速度），计算出故障点距测试端的距离。测试时 TDR设备测量端接故障相导体，屏蔽端接金属套（所测线路的金属套首尾分相连通） ，测试低压脉冲波形。原理如图 A.4。图A.4低压脉冲法接线及测量示意图1x t2式中 ：c行波速度， ；rc—光速，c=300m/μs；—材料的相对介电常数。A.6 直闪法（衰减法） 测试设备要求电源最高输出电压：不低于30kV。限流保护：有。TDR预定位精度：±(0.2%L+移动光标步长）m(v=160m/μs)。d) TDR实时采样频率：不低于 100MHz。TDR最大测量范围：50km（v=160m/μs）。 测试原理直闪法（衰减法）只能测试闪络性故障， 一般用于测量高残压的闪络性击穿故障， 即故障点电阻极高，脉冲电压下很难击穿的故障。一些故障点经几次闪络放电后， 故障点电阻下降，不能再用直闪法测试。在电缆故障相导体与金属套之间施加直流高压， 使故障点击穿。故障点击穿产生的电压、 电流行波，在测量端与故障点之间来回反射， 并在测量端产生电流行波信号， 使用线性电流耦合器获取该电流行波信号，并用仪器采集、记录下来，通过测量击穿脉冲在测试端与故障点之间时间差 Δt，根据公式x1A.5。tv，可得出故障点距测试端的距离。测试及接线原理如图2T1—自耦调压器； T2—升压变压器； R—限流电阻； D—高压整流硅堆；C—高压脉冲电容器； LH—线性电流耦合器； G—放电装置（处于闭合状态） ；TDR—脉冲电流采集器图A.5直闪法接线及测试原理示意图A.7 冲闪法（脉冲电流法） 测试设备要求电源最高输出电压：不低于30kV。限流保护：有。电源最大脉冲能量：不低于1800J。TDR预定位精度：±(0.2%L+移动光标步长）m(v=160m/μs)。e) TDR实时采样频率：不低于 100MHz。f) TDR最大测量范围： 50km（v=160m/μs）。 测试原理冲闪法（脉冲电流法）一般用于高阻故障和能形成击穿的闪络性故障。 在电缆故障相导体与金属套之间施加脉冲高压， 使故障点击穿。 故障点击穿产生的电流行波， 在测量端与故障点之间来回反射， 使用线性电流耦合器获取该电流行波信号， 并用仪器采集、记录下来，通过测量击穿脉冲在测量端与故障点之间时间差t，根据公式x1tv，可得出测试端到故障点的距离，如图A.6。2图A.6冲闪法接线及测试原理示意图A.8 二次脉冲法/多次脉冲法/稳定电弧法 测试设备要求电源最高输出电压：不低于30kV。限流保护：有。电源最大脉冲能量：不低于1800J。TDR预定位精度：±(0.2%L+移动光标步长）m(V=160m/μ。s)e) TDR实时采样频率：不低于 100MHz。TDR最大测量范围：50km（V=160m/μ）s。 测试原理故障定位电源给高阻或闪络性故障施加脉冲高压， 使故障点燃弧放电，此时故障性质变成低阻短路。在燃弧同时，通过耦合器向故障电缆注入低压脉冲信号， 记录故障点低阻反射脉冲信号。 在故障电弧熄灭后，再次记录低压脉冲反射波形 （无放电时的波形），将2个波形重叠比较，在故障点处有明显分叉，软件自动计算波形分叉点到测试端时间Δt，根据公式x1tv，可得出故障点距测试端的距离。2利用两次波形比较，故障点容易判别。二次脉冲法、多次脉冲法和稳定电弧法的区别在于其燃弧时间的原理不同。

如图

A.7为稳定电弧法的原理示意图。AD—稳弧延弧装置； CP—脉冲耦合装置图A.7稳定电弧法接线及原理示意图A.9 烧弧降阻法 测试设备要求最高输出电压：不低于60kV。短路电流：不低于500mA。c) 最大输出功率：不低于

600W。

测试原理当故障点残压（击穿电压）高于电缆故障定位电源的最高输出电压时， 需要更高电压的电源设备进行烧弧降阻。烧穿电源采用高、低压关联输出，高压输出起到点火作用，击穿故障点，以形成电流通路，开始燃弧，故障点发热并逐渐形成碳化通道，故障点残压逐渐降低； 当残压降低到低压输出的电压值时， 低压大电流输出回路开始工作，快速将故障电阻烧成低阻，如图 A.8。图A.8燃弧降阻法接线示意图A.10电桥法测护层故障 测试设备要求最高输出电压：不低于10kV。短路电流：不低于10mA。预定位精度：±（0.2%·L+1）m，L为该段电缆长度。 测试原理采用电桥法预定位护层故障的原理与主绝缘故障定位类似。 被测电缆和辅助电缆的导体线芯均接地，设备测量首端接故障相金属套， 测量末端接非故障相金属套（护层绝缘良好相）， 故障相与非故障相金属套的末端用低阻短接线短接，如图 9所示。图A.9电桥法护层故障预定位接线原理示意图同理，故障点到测试端的距离为：r1Lx 2L 2L P‰r1 r2式中：为电缆全长；‰为电桥平衡时千分度盘读数；??为故障点工程到测试端距离。??注意：对于同沟多回路电缆， 该方法同样会受到临近回路运行电缆感应电压干扰，不易平衡，甚至无法定位。A.11电压降法测护层故障 测试设备要求最高输出电压：不低于5kV。短路电流：不低于100mA。预定位精度：±（0.2%·L+1）m，L为该段电缆长度。 测试原理与电桥法相比，电压降法可以避免工频感应电压的干扰。被测电缆和辅助电缆的导体线芯均接地，设备测量首端接故障相金属套 X，测量末端接非故障相金属套 M（护层绝缘良好相），故障相与非故障相金属套的末端（Y和N）用低阻短接线短接。工作时，K闭合，K打开，测得U1、I1；K打开，K2121闭合，测得U2、I2，如图10所示。图A.10基于电压降法的电桥法护层故障预定位接线原理示意图根据电缆长度与金属套电阻成正比，可得故障距离为：U1LxI12L（I1I2）U1U2I1I2或LxU12L（I1I2）U1U2仪器自动根据电压、电流计算并显示故障距离百分比和故障点距离测试端距离。附录.B（资料性附录）故障精确定位方法B.1

声磁同步法

测试设备要求声磁信号时间差精度：

0.1ms。

测试原理采用电缆故障定位电源对故障相施加高压脉冲， 使故障点放电而产生声音信号与磁场信号。 沿电缆路径使用定点仪以接收磁场信号为基准， 同步接收并记录故障点放电产生的声音信号， 测出两者之间的时间差，时间差最小点即为故障点位置，如图 B.1。图B.1 声磁同步法故障定点试验示意图B.2 跨步电压法 测试设备要求测量灵敏度： 0.10μV未(放大)；0.30μV（放大）。

测试原理在金属套和大地间注入脉动电流，当金属套对大地产生泄漏时，会在地面上故障点周围产生漏斗状电位分布。沿电缆路径用电位差计可测得信号的幅度和方向，在故障点前后，电位差计指针所指的方向相反，当电位差计刚好跨在故障点两侧，电位差计指示值几乎为零，找到电缆的故障点，实现精确定位。由于测量的是地面两点间的电位差，通常称跨步电压。加大脉动电流信号可有效提高电位差计的抗干扰性能。跨步电压法故障定点试验示意如图B.2。图B.2跨步电压法故障定点试验示意图B.3 磁场法(音频法) 测试设备要求定点精度：电缆敷设深度的 50%。 测试原理通过电缆故障定位电源对故障电缆施加脉冲信号，携定点仪器沿电缆路径正上方移动，在击穿点前，由于来回电流大小相同，方向相反，溢出的磁场很小；至击穿点，为电流的折返点，有径向大电流，产生放射状磁场，磁场信号增大，跨过击穿点，信号明显减小。而在临近电缆的平行线上，沿电缆路径巡测时，磁场信号幅值较小，数值变化不明显，如图 B.3。图B.3被测电缆及临近电缆的磁场分布B.4 温升法 测试设备要求温度测量分辨力：0.1℃温度测量范围：0-120℃

测试原理对电缆故障相施加较大电流，的地方，则可能是电缆故障点。使用。如图B.4所示

令故障点发热，采用红外热像仪查找故障电缆表面温度高于其他区域该方法须排除由于其他原因引起的温升， 并且在电缆可见的情况下才能IR-红外热成像仪图B.4 温升法确定可见电缆故障点示意图附录.C（资料性附录）典型故障波形C.1 低压脉冲法典型测试波形（a）完好电缆终端开路波形（b）并联故障中间低阻波形（c）并联故障中间短路波形（d）开路故障中间低阻波形（e）开路故障中间开路（f）中间接头图C.1低压脉冲法典型测试波形C.2 直闪法典型测试波形图C.2直闪法脉冲电流波形C.3 冲闪法典型测试波形（a）冲闪法脉冲电流波形（b）故障点未击穿脉冲电流波形 （c）长放电延时脉冲电流波形（d）脉冲电流波形（设置采样延时）

（e）短电缆脉冲电流波形图C.3冲闪法脉冲电流波形图C.3（a）冲闪法脉冲电流波形，第一