电力电缆技术及应用5.2电缆故障诊断及故障测试方法课件.ppt

1、第五章第五章 电力电缆故障测寻电力电缆故障测寻5.2 电缆故障诊断及故障测试方法电缆故障诊断及故障测试方法 电缆发生故障后，除特殊情况可直接观察到故障点外，一般均无法通过巡视发现，必须采用测试电缆故障的仪器进行测量来确定电缆故障点的位置。由于电缆的故障类型很多，测寻方法也随故障性质的不同而异。因此在故障测寻工作开始之前，准确地确定电缆故障的性质，就具有十分重要的意义。根据电缆发生故障的直接原因可以分为两大类：一类为试验击穿故障，另一类为在运行中发生的故障。在试验过程中发生击穿的故障，其性质比较简单，一般为一相、接地或两相短路，很少有三相同时在试验中接地或短路的情况，更不可能发生断线故障。其另一

2、个特点是故障电阻均比较高，一般不能直接用摇表测出，而需要借助直流耐压试验设备进行测试，其方法如下。（1）在试验中发生击穿时：对于分相屏蔽型电缆均为一相接地；对于统包型电缆，则应将未试相地线拆除，再进行加压，如仍发生击穿，则为一相接地故障，如果将未试相地线拆除后不再发生击穿，则说明是相间故障，此时则应将未试相分别接地，以检测是哪两相之间发生短路故障。（2）在试验中，当电压升至某一定值时，电缆发生闪络，电压降低后，电缆绝缘恢复，这种故障即为闪络性故障。1、试验击穿故障性质的判定试验击穿故障性质的判定 运行电缆故障的性质和试验击穿故障的性质相比，就比较复杂，除发生接地或短路故障外，还可能发生断线故障

3、，因此在测寻前，还应作电缆导体连续性的检查，以确定是否发生断线故障。运行电缆故障一般不会是闪络性的故障。确定电缆故障的性质，一般应用1000V或2500V摇表或万用表进行测量并作好记录。（1）首先在任意一端用摇表测量A-地、B-地、C-地三相对地的绝缘电阻值，测量时另外两相不接地，以判断是否为接地故障。（2）测量各相间A-B、B-C及C-A相间的绝缘电阻，以判断有无相间短路故障。2、运行故障性质的判定运行故障性质的判定 （3）如用摇表测得电阻很小接近于零时，则应用万用表测出各相对地的绝缘电阻和各相间的绝缘电阻值，以区分低阻、高阻故障。一般认为绝缘电阻值小于10倍电缆波阻抗为低阻故障，绝缘电阻值

4、大于10倍电缆波阻抗为高阻故障。（注：交联聚乙烯电缆的波阻抗一般在1040。）（4）如用摇表测得电阻很高时，无法确定故障相。此时应对电缆做直流耐压试验，以判断电缆是否存在故障。（5）运行故障有发生断线故障的可能，所以还应作电缆导体连续性是否完好的检查：在一端将A、B、C三相短接（不接地），到另一端用万能表测量各相间是否完全通路，相间电阻是否完全一致。2、运行故障性质的判定运行故障性质的判定 20世纪70年代前，世界上广泛使用电桥法及低压脉冲反射法进行电力电缆故障测试，二者对低阻故障很准确，但对高阻故障不适用，故常常结合燃烧降阻（烧穿）法，即加大电流将故障处烧穿使其绝缘电阻降低，以达到可以使用电

5、桥法或低压脉冲法测量的目的。烧穿方法对电缆绝缘有不良影响，现已很少使用。3、电缆故障测试的发展历程电缆故障测试的发展历程 20世纪80年代后，出现了直流闪测法和冲击闪测法，分别测试闪络故障及高阻故障，二者均可分为电流闪测法和电压闪测法，取样参数不同，各有优缺点，电压取样法可测率高，波形清晰易判，盲区比电流法少一半，但接线复杂，分压过大时对人及仪器有危险。电流取样法正好相反，接线简单，但波形干扰大，不易判别，盲区大。两种方法目前是国产高阻故障测试仪的主流方法。电流、电压闪测法基本上解决了电缆高阻故障问题，在我国电力部门应用十分广泛，且应用经验十分丰富，但仪器有盲区，且根据测试仪器和设备的原理，波

6、形有时不够明显，靠人为判断，不是很准确，仪器的精度及误差相对也较大。3、电缆故障测试的发展历程电缆故障测试的发展历程 20世纪90年代，发明了二次脉冲法测试技术：因为低压脉冲准确易用，结合直流高压源发射冲击闪络电压，在故障点起弧的瞬间通过内部装置触发发射一低压脉冲，此脉冲在故障点闪络处（电弧的电阻值很低）发生短路反射，并将波形记忆在仪器中，电弧熄灭后，复发一正常的低压测量脉冲到电缆中，此低压脉冲在故障处（高阻）没有击穿产生通路，直接到达电缆末端，并在电缆末端发生开路反射，将两次低压脉冲波形进行对比较容易判断故障点（击穿点）位置。综上所述，电缆故障测试大致可分为电桥法和脉冲法两大类。脉冲法又分为

7、低压脉冲法、直流高压闪络法、冲击高压闪络法、二次脉冲法。3、电缆故障测试的发展历程电缆故障测试的发展历程 电桥法是一种传统、经典的对低阻故障行之有效的一种方法。电桥法操作相对简单，测试精度也较高。此法仅适用于直流电阻小于100 的低阻泄露故障，而且要求电缆必须有一根以上的好相才行。对高阻故障，断路故障和三相均有泄露的故障电缆则无能为力。电桥法测试线路的连接如图5-1（a）所示，将被测电缆终端故障相与非故障相短接，电桥两臂分别接故障相与非故障相，图5-1（b）给出了等效电路图。4、电桥法电桥法 （a）图5-1 电桥法测试线路的连接（a）4、电桥法电桥法图5-1 等效电路图（b）4、电桥法电桥法

8、仔细调节R2 数值，总可以使电桥平衡，即CD间的电位差为0，无电流流过检流计，此时根据电桥平衡原理可得:4、电桥法电桥法R1,R2 为已知电阻，设：R1/R2=K，则 R3/R4=K 由于电缆直流电阻与长度成正比，设电缆导体电阻率为R0，L代表电缆全长，Lx、L0 分别为电缆故障点到测量端及末端的距离，则R2可用（L全长+L0）R0 代替，可推出：L全长+L0=K Lx而 L0=L全长-Lx所以 Lx=2L全长/(K+1)电缆断路故障可也用电容电桥测量，原理与上述电阻电桥类似。4、电桥法电桥法 1适用范围适用范围 低压脉冲法主要用于测量电缆的断线，低阻短路和低阻接地故障的距离，据统计这类故障约

9、占电缆故障的8%。同时可用于测量电缆的长度、波速度和识别定位电缆的中间头、T形接头等。2测压原理测压原理 测试时，从测试端向电缆中输入一个低压脉冲信号，该脉冲信号沿着电缆传播，当遇到电缆中的阻抗不匹配点时，如开路点、短路点、低阻故障点和接头点等，会产生折反射，反射波传播向测试端，被仪器记录下来，如图5-2所示。5、低压脉冲法低压脉冲法图5-2 低压脉冲反射原理5、低压脉冲法低压脉冲法 设从仪器发射出发射脉冲到仪器接受到反射脉冲的时间差为t，也就是脉冲信号从测试端到阻抗不匹配点往返一次的时间为t，同时如果已知脉冲电磁波在电缆中传播的速度是v，那么根据公式L=v t/2 即可计算出阻抗不匹配点距测

10、端的距离L的数值。5、低压脉冲法低压脉冲法 3对低压脉冲反射波形的理解对低压脉冲反射波形的理解 （1）开路故障波形。开路故障的反射脉冲与发射脉冲极性相同，如图5-3所示。5、低压脉冲法低压脉冲法图5-3 开路故障波形 当电缆近距离开路故障或仪器选择的测量范围为几倍的开路故障距离时，仪器就会显示多次反射波形，每个反射脉冲波形的极性都和发射脉冲相同，而且反射波间距相等，如图5-4所示。5、低压脉冲法低压脉冲法图5-4 开路故障波形多次反射 （2）短路或低阻接地故障波形。短路和低阻故障的发射脉冲与发射脉冲极性相反，如图5-5所示。5、低压脉冲法低压脉冲法图5-5 短路或低阻接地故障波形 （3）低压脉

11、冲方式比较测量法。在实际测量时，电缆线路可能比较复杂，存在着中间接头、接地不良、不同性质电缆对接等情况，更使得脉冲反射波形不太容易理解，波形起始点不好标。实际上电力电缆三相均有故障的可能性很小，绝大部分情况下有良好的线芯存在。操作人员可以通过比较电缆良好线芯与故障线芯脉冲反射波形的差异处，来寻找故障点，避免了理解复杂的脉冲反射波形的困难，使故障点容易准确、快速识别。5、低压脉冲法低压脉冲法 如图5-6（a）所示，这是一条带中间接头的电缆，发生了单相低阻接地故障。首先通过故障线芯对地测量得一低压脉冲反射波形，如图5-6（b）所示；然后在测量范围与波形增益都不变的情况下，再用良好的线芯对地测得一个

12、低压脉冲反射波形，如图5-6（c）所示；然后，把两个波形进行比较，在比较后的波形上会出现了一个明显的差异点，这是由于故障点反射脉冲所造成的，如图5-6（d）所示，该点所表示的距离即是故障点位置。5、低压脉冲法低压脉冲法5、低压脉冲法低压脉冲法图5-6 低压脉冲方式比较测量法测试单相对地故障 直流高压闪络法（简称直闪法）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。图5-7中,T1为调压器、T2为高压试验变压器，容量为0.51.0KVA，输出电压为3060KV；C为储能电容器；L为线性电流耦合器（取样器）。采用如图5-7所示的接线进行测试。在电

13、缆的一端加上直流高压，当电压达某一值时，电缆被击穿而形成短路电弧，使故障点电压瞬间突变到零，产生一个与所加直流负高压极性相反的正突跳电压波。此突跳电压波在测试端至故障点间来回传播反射。6、直流高压闪络法直流高压闪络法图5-7 直流高压闪络法测量接线6、直流高压闪络法直流高压闪络法图5-8，就是远距离故障直闪脉冲电流波形图。图5-8 远距离故障直闪脉冲电流波形6、直流高压闪络法直流高压闪络法 简称冲闪法，这种方法用于测量高阻接地或短路故障。其测量时的接线如图5-9所示，它与直闪法接线（见图5-7）基本相同，不同的是在储能电容C与电缆之间串入一球形间隙G。首先，通过调节调压升压器对电容C充电，当电

14、容C上电压足够高时，球形间隙G击穿，电容C对电缆放电，这一过程相当于把直流电源电压突然加到电缆上去。7、冲击高压闪络法冲击高压闪络法图5-9 冲击高压闪络法测量接线7、冲击高压闪络法冲击高压闪络法 基本原理：通过高压发生器给存在高阻或闪络性故障的电缆施加高压脉冲，使故障点出现弧光放电。由于弧光电阻很小，在燃弧期间原本高阻或闪络性的故障就变成了低阻短路故障。此时，通过耦合装置向故障电缆中注入一个低压脉冲信号，记录下此时的低压脉冲反射波形（称为带电弧波形），则可明显地观察到故障点的低阻反射脉冲；在故障电弧熄灭后，再向故障电缆中注入一个低压脉冲（二次脉冲），记录下此时的低压脉冲反射波形（称为无电弧波形），此时因故障电阻恢复为高阻，低压脉冲信号在故障点没有反射或反射很小。把带电弧波形和无电弧波形进行比较，两个波形在相应的故障点位里将明显不同，波形的明显分歧点离测试端的距离就是故障距离。8、二次脉冲法二次脉冲法图5-10 二次脉冲法测试接线8、二次脉冲法二次脉冲法