亚洲一本综合久久_電力電纜故障探測培訓教程－高壓閃絡(luò )法（2）

高壓脈沖電流法，是將電纜故障點(diǎn)用高電壓擊穿，使用儀器采集并記錄下故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電流行波信號，通過(guò)分析判斷電流行波信號在測量端與故障點(diǎn)往返一趟的時(shí)間來(lái)計算故障距離。脈沖電流法采用線(xiàn)性電流耦合器采集電纜中的電流行波信號。

圖1 沖擊高壓閃絡(luò )測試的接線(xiàn)示意圖

圖1是沖擊高壓閃絡(luò )測試的接線(xiàn)示意圖，電流耦合器L放置在儲能電容C接電纜外皮的接地引線(xiàn)旁。L實(shí)際上是一個(gè)空心線(xiàn)圈，與地線(xiàn)中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相匝鏈。設時(shí)間t2與t1時(shí)電流分別為i2與i1,t1小于t2但接近t2,根據電磁感應定律求出線(xiàn)圈的輸出電壓：

V＝K(i2－i1)/(t2－t1)＝KΔi/Δt

其中參數K是一取決于線(xiàn)圈匝數、形狀及與地線(xiàn)相對位置的常數，電流變化量:

Δi＝i2－i1，時(shí)間變化量:Δt＝t2－t1。通過(guò)計算公式說(shuō)明，線(xiàn)性電流耦合器的輸出電壓與地線(xiàn)電流的變化率成正比，而不是與地線(xiàn)中電流本身成正比。

圖2 a.地線(xiàn)中的電流 b. 電流取樣合器的輸出

圖2給出了地線(xiàn)中的電流與對應的電流取樣器的輸出，可以看出電流取樣器在地線(xiàn)中電流開(kāi)始上升時(shí)，輸出是一個(gè)尖脈沖，而在地線(xiàn)中電流趨于平穩后，輸出為零。因此，在故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電流行波到達后，線(xiàn)性電流耦合器輸出一脈沖信號，可以從電流耦合取樣器有無(wú)脈沖信號輸出，判斷測量點(diǎn)是否有電流行波出現。

與脈沖電壓法使用電阻、電容分壓器進(jìn)行電壓取樣不同，脈沖電流法使用的電流耦合取樣器平行地放置在低壓側地線(xiàn)旁，與高壓回路無(wú)直接的電氣連接，對記錄儀器與操作人員來(lái)說(shuō)，特別安全、方便。

實(shí)際測試中，電流取樣器有采用空心線(xiàn)圈的，放置在地線(xiàn)旁邊，優(yōu)點(diǎn)是方便，缺點(diǎn)是放置的位置，遠近影響成采集脈沖波形的大小。也有采用高頻磁芯的電流取樣器，直接串接在地線(xiàn)中，優(yōu)點(diǎn)是采集波形穩定，缺點(diǎn)是接線(xiàn)稍微比空心線(xiàn)圈的復雜一些。圖3是幾種電流取樣耦合器的外型圖：

圖3a 感應式空心線(xiàn)圈取樣器 b 高頻磁芯串接式取樣器

圖4是高頻磁芯串接式取樣器與高壓脈沖電容器的連接圖，圖中，將取樣器與放電間隙直接與脈沖電容器連接，簡(jiǎn)化了高壓接線(xiàn)，高壓脈沖波形比較正規容易識別，本培訓教程中的實(shí)測波形，大都是用這種取樣方式取得的。

圖4 串接式取樣器連接示意圖

二、沖擊高壓閃絡(luò )測試法（簡(jiǎn)稱(chēng) 沖閃法）

1、沖閃法應用范圍：

在故障點(diǎn)電阻不很高時(shí)，因直流泄漏電流較大，電壓幾乎全降到了高壓試驗設備的內阻上去了，電纜上電壓很小，故障點(diǎn)形不成閃絡(luò )，必須使用沖擊高壓閃絡(luò )測試法，簡(jiǎn)稱(chēng)沖閃法。沖閃法亦適用于測試大部分閃絡(luò )性故障。當然，由于直閃法波形相對簡(jiǎn)單，容易獲得較準確的結果，有使用條件時(shí)，應盡量使用直閃法測試。

在實(shí)際的現場(chǎng)測試工作中，符合直閃法使用條件的機會(huì )很少，我們一般都是在電壓脈沖測試完畢后，直接用沖閃法測試。

2. 沖閃法接線(xiàn)：

沖閃法接法如圖5所示，它與直閃法接線(xiàn)基本相同，不同的是在儲能電容C與電纜之間串入一球形間隙G。首先，通過(guò)調節調壓升壓器對電容C充電，當電容C上電壓足夠高時(shí)，球形間隙G擊穿，電容C對電纜放電，這一過(guò)程相當于把直流電源電壓突然加到電纜上去。

圖5 沖閃法測試接線(xiàn)（感應式取樣器)

圖6是一款電纜故障閃絡(luò )測試儀說(shuō)明書(shū)中，使用串接式電流取樣器時(shí)，沖閃法接線(xiàn)圖：

圖6 電流取樣沖閃法接線(xiàn)圖（取樣器串接）

從圖5、圖6看，接線(xiàn)基本相同，就是取樣器接線(xiàn)方法不同。還有，就是圖6沒(méi)有標示大功率限流電阻R以及毫安表。實(shí)際測試工作中，由于使用的交直流試驗變壓器過(guò)負荷能力高，控制操作箱低壓測也有電流表顯示，所以限流電阻、毫安表大都可以不接進(jìn)行沖閃法測試。

3、故障點(diǎn)擊穿與否的判斷

沖閃法的一個(gè)關(guān)鍵是判斷故障點(diǎn)是否擊穿放電。一些經(jīng)驗不足的測試人員往往認為，只要球間隙放電了，故障點(diǎn)就擊穿了，顯然這種想法是不正確的。

球間隙擊穿與否與間隙距離及所加電壓幅值有關(guān)，距離越大，間隙擊穿所需電壓越高，通過(guò)球間隙加到電纜上的電壓越高。而電纜故障點(diǎn)能否擊穿取決于故障點(diǎn)電壓是否超過(guò)臨界擊穿電壓，如果球間隙調整較小，電纜上得到的沖擊高壓小于故障點(diǎn)擊穿電壓，故障點(diǎn)就不會(huì )出現擊穿。

除了根據儀器記錄波形判斷故障點(diǎn)是否擊穿之外，還可通過(guò)以下現象來(lái)判斷故障點(diǎn)是否擊穿：

(1) 電纜故障點(diǎn)沒(méi)擊穿時(shí)，一般球間隙放電聲嘶啞，不清脆，而且火花較弱。而故障點(diǎn)擊穿時(shí)，球間隙放電聲清脆響亮，火花較大（這點(diǎn)需要有測試經(jīng)驗）。

(2) 電纜故障點(diǎn)未擊穿時(shí)，電流表擺動(dòng)較小（一般低壓測電流表小于5A)，而故障點(diǎn)擊穿時(shí)，電流表指針擺動(dòng)范圍較大（一般低壓測電流表大于5A)。

4. 故障點(diǎn)不擊穿時(shí)的脈沖電流波形分析：

圖7給出了故障點(diǎn)不擊穿時(shí)的沖閃測試行波傳播網(wǎng)格圖、電流波形以及電流取樣耦合器的輸出。

圖7 故障點(diǎn)不擊穿時(shí)脈沖電流波形分析

下面分析一下電流波形的產(chǎn)生過(guò)程。首先說(shuō)明，球間隙放電后，即被電弧短路，儲能電容相當于直流電源，對高頻行波信號呈短路狀態(tài)，電流波反射系數ρ＝+1；而電纜遠端開(kāi)路，電流波反射系數ρ＝-1。

假設在t＝0，電容上電壓為-E時(shí)，球間隙擊穿，產(chǎn)生沿電纜向前運動(dòng)的電流波i0＝-E/Z0，電流波在電纜遠端產(chǎn)生負的反射波ρi0=-i0，返回測量端，遠端反射電流波在測量端產(chǎn)生正的全反射，運動(dòng)到遠端后，又被倒相反射回來(lái)??，電流波將如此來(lái)回反射，直到能量全部消耗掉。把測量端所有電流行波相加后，可得到如圖7.b所示的電流波形，圖7.c對應的是電流取樣耦合器輸出。可見(jiàn)，故障點(diǎn)未擊穿時(shí)，脈沖電流波形是交替變化極性的脈沖，相鄰脈沖之間的距離對應電纜長(cháng)度。

需要說(shuō)明的是，上面波形是基于對反射原理的描述，實(shí)際使用的測試儀器－閃測儀，標定的脈沖波形，有負脈沖觸發(fā)、正脈沖觸發(fā)之分，所以閃測儀顯示的波形極性會(huì )完全相反。圖7c波形是負脈沖觸發(fā)波形，本系列培訓教程中的現場(chǎng)測試波形，均是正脈沖觸發(fā)波形，二者極性不同，讀者分析波形時(shí)要注意區別。

圖8是我們的一款電纜故障閃測儀說(shuō)明書(shū)中，對故障點(diǎn)不擊穿放電時(shí)波形以及說(shuō)明：

圖8 閃測儀描述的的故障點(diǎn)不放電波形

4. 故障點(diǎn)直接擊穿的脈沖電流波形：

在高壓設備通過(guò)球間隙加到電纜上的高壓信號幅值大于故障點(diǎn)臨界擊穿電壓時(shí)，電壓波穿過(guò)故障點(diǎn)一定時(shí)間后，故障點(diǎn)電離，擊穿放電，這種情況叫高壓脈沖直接擊穿。

圖9 故障點(diǎn)直接擊穿的脈沖電流波形分析

如圖9.a行波網(wǎng)格圖所示，球間隙擊穿后，高電壓波-E沿電纜向前運動(dòng)，相應的電流波為i0＝-E/Z0，經(jīng)時(shí)間τ后，高電壓波到達故障點(diǎn)，故障點(diǎn)開(kāi)始電離，在經(jīng)放電延時(shí)td后，擊穿放電。電壓從-E突跳到0，產(chǎn)生如直閃法擊穿類(lèi)似的行波過(guò)程，相應的電流波形與電流取樣耦合器的輸出分別見(jiàn)圖9.b與9.c 。

脈沖電流波形的第一個(gè)脈沖是球間隙擊穿時(shí)電容對電纜放電引起的，第二個(gè)脈沖則是由故障點(diǎn)傳來(lái)的故障點(diǎn)放電電流脈沖，以及在測量點(diǎn)反射脈沖迭加的結果，幅值是故障點(diǎn)放電電流脈沖的兩倍，即為2E/Z0（考慮傳播損耗，實(shí)際值要小），以后的脈沖則是電流行波在故障點(diǎn)與測量點(diǎn)之間來(lái)回反射造成的。波形上第二個(gè)負脈沖與第三個(gè)負脈沖之間的時(shí)間差Δt＝2τ，對應于電流脈沖在故障點(diǎn)與測量點(diǎn)之間往返一次所需的時(shí)間，可用來(lái)計算故障點(diǎn)與測量點(diǎn)間的距離。

需要注意，不要把電容對電纜的放電脈沖與故障點(diǎn)放電脈沖的時(shí)間差，即波形上第一個(gè)與第二個(gè)負脈沖之間的時(shí)間，誤認為是脈沖在故障點(diǎn)與測量點(diǎn)往返一次的時(shí)間2τ，由圖8看出，它比2τ多出了放電延時(shí)時(shí)間td，而td是不確定的，它與施加到故障點(diǎn)上的電壓、故障點(diǎn)破壞程度、電纜絕緣材料等因素有關(guān)。

也就是說(shuō)，圖9c中，第一個(gè)波形與第二個(gè)波形之間，時(shí)間差稍微大一些，第二個(gè)波形與第三個(gè)波形之間，測試數據相對準確。實(shí)際測試工作中，有時(shí)反射波形比較復雜時(shí)，對波形分析原理不是非常熟悉時(shí)，我們就直接分析后面有規律的反射波形，可以不管前面的自己不會(huì )分析的波形。

除了故障點(diǎn)不擊穿波形，故障點(diǎn)正常擊穿波形，實(shí)際測試工作中，還有近端故障測試波形，故障點(diǎn)二次擊穿波形，詳見(jiàn)電纜故障測試儀使用說(shuō)明書(shū)第八章。

三、直流高壓閃絡(luò )測試法（直閃法）

高壓閃絡(luò )法，按測試方法分為直閃法、沖閃法，下面介紹直閃法

1. 直閃法應用范圍

直流高壓閃絡(luò )測試法（簡(jiǎn)稱(chēng)直閃法）用于測量閃絡(luò )擊穿性故障，即故障點(diǎn)電阻極高，在用高壓試驗設備把電壓升到一定值時(shí)就產(chǎn)生閃絡(luò )擊穿的故障。

據統計，能用直閃法測量的電纜故障，約占電纜故障總數的不到20%，在預防性試驗中出現的電纜故障多屬于該類(lèi)故障。直閃法獲得的波形簡(jiǎn)單、容易理解。而一些故障點(diǎn)在幾次閃絡(luò )放電之后，往往造成故障點(diǎn)電阻下降，以致不能再用直閃法測試，故實(shí)際工作中應珍惜能夠進(jìn)行直閃測試的機會(huì )。

2. 接線(xiàn)

直閃法接線(xiàn)如圖5所示，T1為調壓器、T2為高壓試驗變壓器，容量在1～5千伏安之間，輸出電壓在10～50千伏之間；C為儲能電容器；L為線(xiàn)電流取樣耦合器。電流取樣耦合器L的輸出經(jīng)屏蔽電纜接測距儀器（閃測儀）的輸入端子。注意：一般感應式電流取樣耦合器L的正面標有放置方向，應將電流耦合器按標示的方向放置，否則，輸出的波形極性會(huì )不正確。

圖10 直閃法測試接線(xiàn)

儲能電容C對高頻行波信號呈短路狀態(tài)，在故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電壓、電流行波到達后，起產(chǎn)生電流信號的作用，脈沖電容器，也可使用6千伏－40千伏（根據電纜電壓等級確定）的電力電容器，電容容量宜選在1～8微法。實(shí)際測試中，應盡可能使電容容量大一些，這有助于使故障點(diǎn)充分放電，獲得的脈沖電流波形規范，容易識別。

在實(shí)際測試中，往往出現因接線(xiàn)或電流取樣耦合器L放置不當而造成的波形不規范，不容易識別故障點(diǎn)距離。應嚴格按圖10接線(xiàn)，把高壓發(fā)生器接地線(xiàn)與電容器

低壓側出線(xiàn)連接在一起后接電纜的外皮。圖11是一種不正確的接線(xiàn)方法，操作人員往往圖方便，把電容低壓側出線(xiàn)接在接地網(wǎng)上，通過(guò)接地網(wǎng)與電纜外皮相接。行波經(jīng)過(guò)接地網(wǎng)傳播，可能因傳輸距離較長(cháng)，造成脈沖電流波形不規范。應盡量縮短電容與電纜之間的連線(xiàn)，以避免因導引線(xiàn)過(guò)長(cháng)造成波形失真。電流取樣耦合器L應放在

電容器低壓側出線(xiàn)上。