电力电缆故障测试技术 117页

电力电缆故障探测技术 故障性质诊断 故障测距 故障定点 测试步骤 目录 故障测试基础 电缆故障测距 电缆故障定点 仪器介绍 测试经验介绍 电力电缆故障原因 一、电缆本体故障原因 1 、电缆本体导体烧断或拉断（安装、运行中） 直接受外力损伤 其他设备故障造成的损伤 自然现象造成的损伤 2 、电缆本体绝缘被击穿（较普遍） 绝缘质量不符合要求（设计、制造、施工） 绝缘受潮（外力、摩擦、制造、腐蚀） 绝缘老化 绝缘枯干 外护层绝缘损坏（超高压单芯） 漏油 电力电缆故障原因 二、电缆附件故障原因 1、绝缘击穿 施工不良 绝缘材料不良 绝缘剂流失 绝缘枯干 腐蚀 污染和雾闪 2、导体断裂 故障分类一、按电阻性质分 （一）断线故障 （二）混线故障 1、低阻故障 2、高阻故障 3、闪络性故障 （三）混合故障 二、按故障表面现象分 1 、开放性故障 2 、封闭性故障 三、按接地现象分 1、接地故障 2、相间故障 3、混合故障 四、按故障位置分 1、接头故障 2、电缆本体故障 故障测试准备工作 首先要把测试用的各种仪器仪表带全；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！ 到现场后把电缆两端孤立起来使电缆各相之间和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！ 了解电缆情况，例如：全长、绝缘性质、接头、耐压等级、路径与何处施过工等！ 电缆故障性质的判别 用摇表或万用表对电缆故障的电阻性质或电缆的连续性进行测试，来得出电缆是断线还是混线、高阻或闪络性故障；如果用摇表测试电阻为零时必须用万用表确认电阻大小。 如果是试验击穿的故障一般来说会是单相对地或相间的、封闭性的、闪络性的或高阻的故障； 如果是运行中击穿的故障则一般是开放性的，而且有可能产生断线或混线故障。 目录 故障测试基础 电缆故障测距 电缆故障定点 仪器介绍 测试经验介绍 故障测距 —— 粗测 低压脉冲法 脉冲电流法 二次脉冲法 低压脉冲法 适用范围： 低阻（故障电阻小于200欧的短路故障）、断路故障。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。 低压脉冲法原理 断路故障反射脉冲与发射脉冲极性相同，而短路故障的反射脉冲与发射脉冲极性相反。 L=V · △t2 通过识别反射脉冲的极性，可以判定故障的性质。 断线反射：反射脉冲与发射脉冲同极性 短路（低阻）：反射脉冲与发射脉冲反极性 反射波的极性 发射脉冲 反射脉冲 发射脉冲 反射脉冲 近距离断线脉冲反射波形 近距离短路脉冲反射波形 波形分析（ 1 ） 发射脉冲 发射脉冲 一次反射 二次反射 三次反射 一次反射 二次反射 三次反射 电缆中点前故障脉冲反射波形 电缆中点后故障脉冲反射波形 波形分析（ 2 ） 发射脉冲 发射脉冲 一次反射 一次反射 二次反射 远端反射 远端反射 低压脉冲反射波形比较法 故障电缆 良好导体测量波形 故障导体测量波形 测量波形比较 电缆接头反射波形 脉冲电流法 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号在测量端与故障点往返一趟的时间来计算故障距离。脉冲电流法采用线性电流耦合器采集电缆中的电流行波信号。 故障点放电波形 波形更易识别 实现自动计算 直流高压闪络法（直闪法） 应用范围： 直流高压闪络测试法用于测量闪络击穿性故障，即故障点电阻极高，在用高压试验设备把电压升到一定值时就产生闪络击穿的故障。 直流高压闪络法接线 冲击高压闪络法（冲闪法） 应用范围： 故障点电阻不很高时，因直流泄漏电流较大，电压几乎全降到高压试验设备的内阻上，电缆上电压很小，故障点形不成闪络，必须使用冲击高压闪络测试法（简称冲闪法）。 冲闪法亦适用于测试大部分闪络性故障，但是由于直闪法波形相对简单，容易获得较准确的结果，应尽量使用直闪法测试。 冲闪法接线 故障点不击穿时的脉冲电流波形 电流波形 线性电流耦合器的输出 直接击穿的脉冲电流波形 电流行波 线性电流耦合器输出 正确判断故障点放电 根据仪器记录波形 球间隙放电声音、火花。故障点击穿时，球间隙放电声清脆响亮，火花较大。 高压信号发生器的电压表或电流表指针摆动范围。故障点击穿时，电压表或电流表指针摆动范围较大。 二次脉冲法 应用范围 二次脉冲测距方法在高压信号发生器和二次脉冲信号耦合器的配合下，可用来测量电力电缆的高阻和闪络性故障的距离，波形更简单，容易识别 工作原理 （如低压脉冲比较法） 在高压电弧产生的瞬间，用延弧电容向电缆投入一能量，使电弧不至于立即熄灭；同时向电缆发射一低压脉冲信号，记下此反射波形。由于电弧可认为一低阻或短路的故障，发射脉冲波形和反射脉冲波形极性相反，反射波形极性为负，波形向下。 在高压电弧熄灭后，电缆恢复到高阻或闪络状态，此时再向电缆发射一低压脉冲信号，记录此反射波形。对低压脉冲说此时反映的是电缆无故障波形。 将两波形同时显示在屏幕上，两脉冲反射波形在故障点出现明显差异点，很容易的判断故障点位置 。 如图 如图 如图 关于波速度 理论分析与实践表明： 波速度与电缆的绝缘介质有关，与电缆芯线的线径及芯线的材料无关 参考数据： 油浸纸绝缘电缆 ：160 m/us 聚乙烯绝缘电缆 ：172 m/us 还有更多…… 目录 故障测试基础 电缆故障测距 电缆故障定点 仪器介绍 测试经验介绍 定点方法 —— 精测 音频感应法 声测法 声磁同步法 跨步电压法 音频感应法 应用范围 路径探测 一般用于探测故障电阻小于 10 欧的低阻故障。 测量两相短路并接地，三相短路或三相短路并接地故障。 利用声音信号的变化进行故障定点主要用于低阻故障 音频感应法原理 声测定点法 应用范围 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），也可使用该方法 原理 —— 利用故障放电声音定点 用高压设备使故障点击穿放电，故障间隙放电时产生的机械振动，传到地面，便听到放电声音，利用这种现象可以对电缆故障进行定点。 故障点放电声音波形 声磁同步法 应用范围： 同声测法 定义： 通过分辨测试探头接收到声音和磁场的时间差来找到故障点的方法 所须条件： 必须有磁场信号和声音信号 利用磁、声时间差估计故障点位置  t 2 <t 1  t 2 所在位置更接近故障点 声磁同步法的原理 声磁同步法的特点 实际测试中，由于环境噪声的干扰，使人很难辨认出真正的故障点放电声音。采用声磁同步接收法，可以提高识别能力。 在监听到声音信号的同时，接收到脉冲磁场信号，即可判断该声音是由故障点放电产生的，否则可认为是干扰。 在电缆的全程均能检测到脉冲磁场，使操作人员确信高压设备工作正常。 脉冲磁场波形的识别 电缆故障点放电产生的脉冲磁场一般是一正弦的或余弦的信号，信号的周期与电缆的长度、电缆周围的介质等因素有关，持续的时间长度大约是电缆上高压信号存在的时间 磁场信号波形 利用磁声时间差 判断 故障点位置 磁场信号传播速度快，从故障点传到仪器探头放置处所用的时间可忽略不计；声音传播速度慢，传播时间在毫秒级；可根据探头检出的磁、声信号的时间差，判断故障点的远近，测出时间差最小的点，即故障点。 t 2 <Δt 1 更接近故障点 跨步电压法定点 如图： 对于直埋电缆的开放性接地故障，故障点 F ’ 处是裸漏对大地的，当把 A ’ 和 B ’ 两点接地线解开后，从 A 端对电缆打压，那么在 F ’ 点的大地上就会出现喇叭型电压分布，用高灵敏度的电压表在大地表面测两点间的电压变化，在故障点附近产生如下图的电压变化。 目录 故障测试基础 电缆故障测距 电缆故障定点 仪器介绍 测试经验介绍 科汇公司生产的测试仪 原理及操作简介 T — 903 电力电缆故障测距仪 采用现代微电子技术研制成功的智能化电力电缆故障测距仪器。具有低压脉冲反射和脉冲电流两种工作方式。低压脉冲反射工作方式用于检测电缆的低电阻与断线故障，以 及测量各种电缆的长度或波速度。脉冲电流工作方式用于电缆的高阻与闪络型故障测距。 主要技术指标 最大测量范围： 10 km 测量盲区：<10 m 测量精度： 测量范围< 1 km: 1 m 测量范围> 1 km: <0.5% 面板示意图 低压脉冲工作方式 用于电缆的低电阻与断线故障测距、测量电缆的长度及电缆的波速度整定等工作。对于高电阻故障，由于与故障点并联的故障点电阻和电缆波阻抗相比大很多，故障点阻抗突变不明显，产生的脉冲反射相当微弱。因此，低压脉冲法不能有效地测量高电阻故障。 测试导引线直接接故障线对（相—地 相—相） 低压脉冲接线 几种波形 低阻故障波形 断线故障波形 带中间接头的断线故障波形 利用波形比较测距 健全电缆波形 与故障电缆比较波形 校正波速度 将仪器与一长度已知的完好电缆相联，获得开路、短路脉冲反射波形，并比较显示。 光标移动到波形差异处，即电缆的终端，将显示的距离与电缆已知长度相比较，调节波速至相符。 脉冲电流工作方式直闪法 电缆故障芯线与直流高压发生器相连接，逐渐升高外加电压，电压升至一定值时，故障点击穿，电压突然下降，电流升高。该故障属于闪络性故障，故障电阻很大，一般在预防性试验中出现，用直闪法测量。 实际测量波形示例 故障距离20 m,6kV 塑料电缆 故障距离76 m,6KV 油浸纸绝缘电缆 故障距离456 m,6KV 油浸纸绝缘电缆 故障距离2700 m,10KV 油浸纸绝缘电缆 脉冲电流工作方式冲闪法 如果对电缆加直流高压时，发现电流表指示较大，直流高压加不上去，说明故障点泄漏大，故障电阻不很高，要采用冲击高压闪络法测距 。 放电波形判断 冲闪法故障点未击穿波形 冲闪法放电波形 电缆远端反射脉冲 故障点放电脉冲 故障点反射脉冲 触发延时的应用 冲闪法进行电缆故障测试时，有时从球间隙的放电声音及火花判断，电缆故障点确已放电，但仪器却显示不出放电波形。 此种情况即为电缆远端反射（甚至多次反射）造成电缆故障点放电，但测试仪器由球间隙放电触发，在故障点放电脉冲到达时，仪器已停止记录，故得不到故障点放电脉冲。在这种情况下需要利用仪器的触发延时功能进行测试。 T — 905 电力电缆故障测距仪 T-903 电力电缆故障测距仪的更新换代产品。具有二次脉冲法、脉冲电流法和低压脉冲法等电力电缆测距方法。 功能特点 1 先进的二次脉冲测距法是 T-905 的首要特点，测试简单、快捷、有效。同时具有低压脉冲法和脉冲电流法 低压脉冲法具有平衡可调功能，可与电缆阻抗匹配，实现全自动测试 脉冲电流法自动定位故障距离 200 V 电压输入保护 旋钮可调光标 波形记忆比较功能，便于分析波形 大容量数据存储区，可永久存储50条测试波形 采用320×240点阵大屏幕液晶显示器，对比度可调，具有背光功能 实时时钟显示 通过 RS232 口与计算机连接传输数据，还可与微型打印机连接打印屏幕信息，存档测试结果 智能电源管理和电池容量显示 功能特点 2 技术指标 l        最大测量范围 ：16 km。 l        测量精度 ： 低压脉冲和二次脉冲方式下： 范围小于8 km 时，测量误差不大于±1 m。 大于等于8 km 时，测量误差不大于±8 m。 脉冲电流方式下： 范围小于8 km 时，测量误差不大于±4 m。 大于等于8 km 时，测量误差不大于±16 m。 l        测量盲区 ：不大于4 m。 l        体积 ：330 mm×305mm×152mm。 T-905 面板 工作方式的选择： 依据故障点的性质 低阻、短路或断线故障 : 低压脉冲 高阻或闪络性故障：脉冲电流或二次脉冲 测量范围的选取： 一般大于 1.5 倍故障距离 增益的调整： 故障波形峰值不超过屏幕 波速度的选择： 电缆的波速度只与绝缘材料有关，与电缆的芯线材料，粗细无关。如交联聚乙烯电缆波速度为172 m/μs。 阻抗的平衡： 调节 “ 平衡＋ ”“ 平衡－ ” 使发射脉冲幅值最小,可使故障波形比较容易识别，并可减小测量盲区。 低压脉冲反射测试波形实例 2.低阻故障 1.断线故障 3.远距离测试波形 脉冲电流测试接线 脉冲电流测试波形实例 近端故障脉冲电流测试波形 二次脉冲测试接线 二次脉冲故障测距波形 1.二次脉冲测试波形的实例一 2.二次脉冲测试波形实例二 T — 504/5 电缆故障定点仪 现代微电子技术研制成功的智能化电力电缆故障定点及路径探测仪器。仪器有两种工作方式，一种是声磁同步检测工作方式，另一种是音频感应工作方式。 功能特点 功能 电缆故障精确定点 电缆路径探测 特点 声磁同步技术，抗干扰能力强 信号波形屏幕显示，易于识别 波形分析为主，耳机监听为辅 技术指标 故障定点精度：0.2 m 路径探测精度：0.2 m 功耗：1.5 W 充电器输入电压： 220 V10%，AC 充电器输出电压： 14 V20V，DC 使用环境温度: -10 C～+40C 重量: 1 kg( 不含探头) 体积: 230×140×170 mm 面板示意图 面板 声磁同步检测工作方式 功能 电缆路径探测。 电缆高阻故障定点 准备工作 故障测距 使用高压设备使电缆故障点击穿放电 故障定点 观察重点：声音波形到达的时间 液晶显示界面 声音与磁场波形 磁场方向判断路径 延时时间判断故障点远近 音频感应检测工作方式 寻找电缆路径 电缆辨识 测量电缆埋设深度 低阻故障定点 与 T-602 电缆测试音频信号发生器配合使用 路径探测 音谷法探测电缆路径（音频探头与地面垂直） 音峰法探测电缆路径（ 音频探头与地面平行 ） 利用信号沿电缆路径的节距变化探测电缆路径（相相连接） 低阻故障定点 相间短路 ( 两相或三相短路 ) T-602 两输出导引线接于电缆两故障相导体之间（相间接法），电缆对端开路 单相接地 T-602 两输出导引线接于电缆故障相导体与外皮 ( 地 ) 之间，电缆对端开路。 T — 302/3 高压信号发生器 用于10 kV 及以下等级电力 电缆的高阻和闪络性故障的 测试 产生30 kV 直流高压，使电 缆故障点击穿放电 配合电缆故障测距和定点 仪器进行测距和定点。 6 KV 以下电力电缆耐压试验及泄漏电流试验 功能特点 功能 10 kv 电力电缆高阻、闪络性故障点的测试。 10 KV 电力电缆高阻、闪络性故障路径测试 6 kv 以下电缆耐压试验及泄漏电流试验。 特点 调压、升压、放电机构、电容器一体化设计 操作方便、接线简单、安全性高 直流、单次放电、周期放电三种工作方式 可预先设定电压值 技术指标 输出电压：0～30 kV， 直流负极性，连续可调 额定电容：2 μF 工作方式：直流/单次脉冲/周期脉冲 放电周期：6 s 或时间可调 ( 周期脉冲工作方式时) 冲击能量： 1000J( 脉冲工作方式3 2kV 时) 放电装置：内置 主机体积：450×370×500（ W×D×H，mm） 主机重量：40 kg 电容体积：370×140×500（ W×D×H，mm） 电容重量：10 kg 操作面板 前面板 后面板 耦合器输入端子：连到二次脉冲耦合器输入端子。 耦合器输出端子：连到二次脉冲耦合器输出端子。 耦合器接地端子：连到二次脉冲耦合器接地端子。 电缆端子：连到故障电缆芯线。 电容端子：连到高压电容器。 接地端子：连到高压电容的另一端。 保护接地接线柱：连到保护接地点，保证安全。 脉冲电流测试接线 二次脉冲测试接线 直流高压试验 T — 602 音频信号发生器 与 T-504/5 电缆故障定点仪配套，进行电缆路径的探测和低阻故障定点。 功能特点 单片机控制，输出阻抗自动匹配。 输出功率大 ， 信号穿透力强，探测范围大。 操作简单，仅须控制电源开关和选择连续／断续工作状态。 接线方便。 过电流自动保护，可靠性高 技术指标 输出功率：20 W 最大输出电压：200 V 发射信号频率：1 kHz 正弦波 信号发射方式：连续/断续（可选） 电源电压：220 V±10%（ 交流） 质量：3.8 kg 体积： 275 mm×255mm×130mm 前面板 相间连接法路径探测 相地连接法 间接连接（直接耦合） 电缆鉴别接线 低阻故障定点 电缆发生低阻故障，需要探测电缆路径和故障点位置时，应根据电缆故障情况进行接线。 相对地故障：相地接法。 相间故障：相间接法。 进行故障定点时，电缆的对端开路 。 目录 故障测试基础 电缆故障测距 电缆故障定点 仪器介绍 测试经验介绍 测 试 经 验 介 绍 1 、首先一定要有信心，电缆既然产生故障，手中的仪器肯定能找着故障点； 2 、电缆故障一般是高阻故障，低压电缆有一少部分低阻故障，而纵然是低阻故障，加高压时一般也能产生放电声音，所以测故障一般用冲闪法测距，用声磁同步法定点； 3 、声磁同步法定点时，一定要使钢铠带电，钢铠近端要接地，否则可能没有磁场； 4 、最难查找的故障是：没有放电声音的金属性短路故障，对于这种故障，可以用音频信号法、跨步电压法和磁场法都试试； 测 试 经 验 介 绍 5、对于穿铁管的过路电缆，因铁管屏蔽磁场，故障点在铁管之中时故障点的定点位置为铁管的两端；对于穿 PVC 管的电缆，因 PVC 管隔音，用声测法和声磁同步法进行故障定点不行，可以用磁场法测试，这时对端接地线要解开。 6、测故障时一般先用低压脉冲法查看全长、接头点位置，用低压脉冲比较法对各相对地及相间的各个波形比较一下，找一找可疑点，然后可直接用冲闪法测试，对于低压脉冲和脉冲电流两种方法测得的故障距离相差不大，则以低压脉冲测试距离为准，否则以脉冲电流测得距离为准。 测 试 经 验 介 绍 7 、电缆故障测试，最困难的是测距波形的分析，下面我们看一下实际波形，分析一下： 低压脉冲测的全长波行 低压脉冲测的全长波行 低压脉冲比较法测的低阻故障波行 低压脉冲比较法测的低阻故障波行 低压脉冲比较法测的低阻故障波行 脉冲电流法测的高阻故障波行 脉冲电流法测的高阻故障波行 脉冲电流法测的高阻故障波行 脉冲电流法测的高阻故障波行 脉冲电流法测的高阻故障波行 低压脉冲测的全长波行 脉冲电流法测的高阻故障近距离波行 脉冲电流法测的高阻故障波行 低压脉冲比较法测的断线波行 低压脉冲测的全长断线波行 二次脉冲法测试波行 二次脉冲法近端故障测试波行 山东科汇电力自动化有限公司 电话：（0533）3181567 3179639 地址：山东省淄博市 张店区三赢路 16 号 山东科汇科技园 传真：（0533）3818921 /3818800 网址： http://www.kehui.com.cn 联系方式 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