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電纜故障測試方法的評價(jià) 

 

    長(cháng)期以來(lái)，涌現出了許多測量方法與儀器，這些方法與儀器適用于不同故障情況，各有優(yōu)缺點(diǎn)，這里就故障測距與定點(diǎn)儀器簡(jiǎn)單地做一下評價(jià)和比較。

 

    1.故障測距

 

    1）電橋法

 

    電橋法是一種經(jīng)典測試方法。

 

    電橋法測試線(xiàn)路的連接如圖1.5a所示，將被測電纜終端故障相與非故障相短接，電橋兩臂分別接故障相與非故障相，圖1.5b給出了等效電路圖。

 

    仔細調節R2數值，總可以使電橋平衡，即CD間的電位差為0，無(wú)電流流過(guò)檢流計，此時(shí)根據電橋平衡原理可得：

 

          R3/R4=R1/R2                   （1.1）

 

    R1、R2為已知電阻，設：R1/R2=K，則

 

              R3/R4=K

 

    由于電纜直流電阻與長(cháng)度成正比，設電纜導體電阻率為R0，L全長(cháng)代表電纜全長(cháng)， LX、、L0分別為電纜故障點(diǎn)到測量端及末端的距離，則R2可用（L全長(cháng)+L0）R0代替，根據式（1.1）可推出：

 

             L全長(cháng)+L0=KLX

 

而           L0=L全長(cháng)-LX，所以

 

             LX=2L全長(cháng)/（K+1）

 

    電纜斷路故障可用電容電橋測量，原理與上述電阻電橋類(lèi)似。

 

    電橋法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、方便、精確度高，但它的重要缺點(diǎn)是不適用于高阻與閃絡(luò )性故障，因為故障電阻很高的情況下，電橋里電流很小，一般靈敏度的儀表，很難探測，實(shí)際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡(luò )性故障。在用電橋法測量故障距離之前，需用高壓設備將故障點(diǎn)燒穿，使其故障電阻值降到可以用電橋法進(jìn)行測量的范圍，而故障點(diǎn)燒穿是件十分困難的工作，往往要花費數小時(shí)，甚至幾天的時(shí)間，尤其對于目前大量使用的鉸鏈聚乙烯類(lèi)的塑料電纜，多數情況無(wú)法將故障點(diǎn)燒穿，十分不方便，有時(shí)會(huì )出現故障點(diǎn)燒斷，故障電阻反而升高的現象，或是故障電阻燒得太低，呈永久短路，以至不能用放電聲測法進(jìn)行最后定點(diǎn)。電橋法的另一缺點(diǎn)是需要知道電纜的準確長(cháng)度等原始技術(shù)資料，當一條電纜線(xiàn)路內是由導體材料或截面不同的電纜組成時(shí)，還要進(jìn)行換算，電橋法還不能測量三相短路或斷路故障。

 

    現在現場(chǎng)上電橋法用的越來(lái)越少了，不過(guò)一些測試人員，尤其是老的測試人員，仍然習慣于使用該方法。特別是對一些特殊的故障沒(méi)有明顯的低壓脈沖反射，但又不容易用高壓擊穿，如故障電阻不是太高的話(huà)，使用電橋法往往可以解決問(wèn)題。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，現在采用高壓電橋后，故障電阻的限制有了很大改善。但是由于故障點(diǎn)的特殊性，不只表現為電阻特性，對于閃絡(luò )性故障仍然不能使用，儀器的可靠性也受到考驗。

 

2）低壓脈沖反射法

 

    低壓脈沖反射法，又叫雷達法，是受二次世界大戰雷達的啟發(fā)而發(fā)明的，它通過(guò)觀(guān)察故障點(diǎn)反射脈沖與發(fā)射脈沖的時(shí)間差測距（詳見(jiàn)第三章敘述）。

 

    低壓脈沖反射法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直觀(guān)、不需要知道電纜的準確長(cháng)度等原始技術(shù)資料。根據脈沖反射波形還可以容易地識別電纜接頭與分支點(diǎn)的位置。

 

    低壓脈沖反射法的缺點(diǎn)是仍不能適用于測量高阻與閃絡(luò )性故障。

 

3）脈沖電壓法

 

    脈沖電壓法，又稱(chēng)閃測法，是六十年代發(fā)展起來(lái)的一種高阻與閃絡(luò )性故障測試方法。國內有數家企業(yè)生產(chǎn)、銷(xiāo)售該原理的電纜故障閃測儀。

 

    首先使電纜故障在直流高壓或脈沖高壓信號的作用下?lián)舸缓螅ㄟ^(guò)觀(guān)察放電電壓脈沖在觀(guān)察點(diǎn)與故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間測距。

 

    脈沖電壓法的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是不必將高阻與閃絡(luò )性故障燒穿，直接利用故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖信號，測試速度快，測量過(guò)程也得到簡(jiǎn)化，是電纜故障測試技術(shù)的重大進(jìn)步。

 

    脈沖電壓法的缺點(diǎn)如下：

 

    A.安全性差，儀器通過(guò)一電容電阻分壓器分壓測量電壓脈沖信號，儀器與高壓回路有電耦合，很容易發(fā)生高壓信號串入，造成儀器損壞。

 

    B.在利用閃測法測距時(shí)，高壓電容對脈沖信號呈短

 

路狀態(tài)，需要串一電阻或電感以產(chǎn)生電壓信號，增加了接線(xiàn)的復雜性，且降低了電容放電時(shí)加在故障電纜上的電壓，使故障點(diǎn)不容易擊穿。

 

    C.在故障放電時(shí)，特別是進(jìn)行沖閃測試時(shí)，分壓器耦合的電壓波形變化不尖銳，難以分辨。

 

4）脈沖電流法

 

    脈沖電流法是八十年代初發(fā)展起來(lái)的一種測試方法，以安全、可靠、接線(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)顯示了強大的生命力。

 

脈沖電流法（詳見(jiàn)第四章）與脈沖電壓法的區別在于：前者通過(guò)一線(xiàn)性電流耦合器測量電纜故障擊穿時(shí)產(chǎn)生的電流脈沖信號，成功地實(shí)現了儀器與高壓回路的電耦合，省去了電容與電纜之間的串聯(lián)電阻與電感，簡(jiǎn)化了接線(xiàn)，傳感器耦合出的脈沖電流波形亦比較容易分辨。

 

5）二次脈沖法

 

二次脈沖測試技術(shù)是九十年代發(fā)展起來(lái)的一種測技術(shù)。由于脈沖電流法、脈沖電壓法的波形不容易分析，給測試人員造成很大的不便。國外很早就開(kāi)始研究二次脈沖測試技術(shù)。以其操作簡(jiǎn)單、波形容易分析，受到電纜測試工作者的歡迎，但由于設備復雜，技術(shù)難點(diǎn)多，設備的價(jià)格很高，國內市場(chǎng)一直被進(jìn)口設備獨占。近年來(lái)，隨著(zhù)國內技術(shù)人員的努力，此項技術(shù)已被國內的幾家公司掌握。淄博信易杰電氣公司有幸成為其中的佼佼者。

 

首先是電纜故障在直流高壓或脈沖高壓信號的作用下?lián)舸瑫r(shí)采用延弧技術(shù)、續弧技術(shù)使電弧持續時(shí)間延長(cháng)并保持穩定；其次，在沒(méi)有擊穿故障點(diǎn)時(shí)，向電纜注入測量信號，得到參考波形；在延弧時(shí)注入一次或多次測量信號，得到一個(gè)或多個(gè)比較波形；將兩次得到的波形同時(shí)顯示出來(lái)，可以很明顯的顯示出差異，大大降低了波形分析的難度。二次脈沖技術(shù)以其操作簡(jiǎn)單，波形易于分析，受到廣大技術(shù)人員的好評。隨著(zhù)設備逐步國產(chǎn)化，市場(chǎng)占有率必然會(huì )逐步提高，最終成為主流產(chǎn)品。

 

6）對測距方法與儀器選擇的建議

 

    目前，普遍采用行波測距法。低阻與斷路故障采用低壓脈沖反射法，它比電橋法簡(jiǎn)單直接；測量高阻與閃絡(luò )性故障采用二次脈沖法、脈沖電流法；三者都是通過(guò)脈沖信號在故障點(diǎn)與測量點(diǎn)之間往返一次時(shí)間測距，但低壓脈沖反射法是主動(dòng)向電纜發(fā)射探測電壓脈沖，脈沖電流法是被動(dòng)記錄故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖電流信號；二次脈沖測試法則是分別在故障點(diǎn)沒(méi)有被擊穿和擊穿延弧時(shí)，分兩次或多此主動(dòng)向電纜發(fā)射測試信號；信號的記錄與處理顯示可由同一個(gè)電路完成，故可方便地使儀器同時(shí)實(shí)現三個(gè)功能。

 

2. 故障定點(diǎn)

 

    電纜故障的精確定點(diǎn)是故障探測的關(guān)鍵。目前，比較常用的方法是沖擊放電聲測法、 主要用于低阻故障定點(diǎn)的音頻感應法以及我公司創(chuàng )新的快速磁場(chǎng)預定位法。實(shí)際應用中，通常因電纜故障點(diǎn)環(huán)境困素復雜，如振動(dòng)噪聲過(guò)大、電纜埋設深度過(guò)深等，造成聲測法定點(diǎn)困難，成為快速找到故障點(diǎn)的主要矛盾。利用我公司創(chuàng )新的快速磁場(chǎng)預定位法后，將大大提高定點(diǎn)的速度。

 

聲磁同步檢測法（詳見(jiàn)第六章），提高了抗振動(dòng)噪聲干擾的能力；通過(guò)檢測接收到的磁聲信號的時(shí)間差，可以估計故障點(diǎn)距離探頭的位置；比較在電纜兩側接收到脈沖磁場(chǎng)的初始極性，亦可以在進(jìn)行故障定點(diǎn)的同時(shí)尋找電纜路徑。

 

快速磁場(chǎng)預定位法，利用延弧、續弧技術(shù)，在拉弧期間注入音頻信號，通過(guò)檢測音頻信號，查找故障點(diǎn)。此方法發(fā)展了傳統的音頻法，克服了音頻感應法只能測試低阻故障的局限，發(fā)揚了音頻感應法方便、快捷的優(yōu)點(diǎn)。會(huì )大大提高定點(diǎn)的速度，為技術(shù)人員提供便利。

 

    3. 新一代智能化電纜故障探測儀器

 

    現代微電子技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了電纜故障探測儀器的進(jìn)步。儀器正向智能化方向發(fā)展，能對采集的信號進(jìn)行復雜的數學(xué)處理，自動(dòng)計算故障點(diǎn)；記憶測量波形；打印輸出波形及測量結果；并具有體積小、攜帶方便、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。西安光大百納電子科技有限公司提供的CD系列電纜故障測試儀與電纜故障定點(diǎn)儀，是這種發(fā)展的一個(gè)代表，正迅速在全國推廣，受到了廣大用戶(hù)的歡迎。