電纜故障的探測技術

1、電纜故障的探測技術在電力行業(yè)和一些使用電纜的行業(yè)，特別是在一些復雜的電力系統(tǒng)中，要找到地下電纜線路的故障是十分困難的事。但是，在這方面功能多樣且操作簡便的設備不斷出現，不但可以降低探測故障的高額成本，而且可以減少艱苦查找電纜故障時不可避免的長時間停電，給排除故障帶來了很多方便。在地下直埋電纜和地下住宅配電(URD)系統(tǒng)中探測故障是一件非常費時的事，并且會對用戶引起十分不便的停電，某些技術還可能會損壞電纜。而對一些技術要求高的設備，其操作

2、較為復雜，只有受過嚴格培訓的操作人員才能使用，這給這類技術設備的推廣應用帶來了許多不便。因此，選擇合適的技術，部分地取決于故障探測器的設計人員了解的電纜系統(tǒng)設計的知識，也部分地取決于設備和操作人員對這方面的專業(yè)技術知識的了解。有了合適的設備和在現場工作的專業(yè)技術，是快速有效地探測故障的第一步。許多電力公司采用錘擊(脈沖)法。這種技術在一個簡單的電纜系統(tǒng)中探測高阻故障是最有效的。錘擊法包括采用一個脈沖或沖擊電壓來沖擊停電的電纜，當一個有效

3、的高壓脈沖擊中故障區(qū)域時，故障點就閃絡，并產生一個操作人員可聽見的沿電纜表面?zhèn)鬏數腻N擊聲。但探測電纜故障往往需要幾次錘擊，多次重復沖擊可能會損壞電纜。不過據美國西雅圖市照明公司負責電氣安裝和維修的管理人員DennisMinier說，由于這種方法簡便易行，因此他們一直采用錘擊法來探測電纜故障。時域反射測量法(TDR)是一種在電纜結構上通過改變所產生的脈沖反射來顯示的低壓電弧反射技術。這種脈沖反射是記錄在TDR的屏幕上，并且同特性圖形(在故

4、障前進行和記錄的特性圖形)相比較，或者與同一條電纜線路上的健全相所作出的特性圖形相比較。故障點的距離是由圖形散射點來確定的。TDR法是探測低阻故障最有效的方法之一。問題是TDR的圖形分析需要經培訓過的和有經驗的操作員來進行分析操作。高阻故障和復雜的系統(tǒng)，就要求設備具有更高的能量等級。高壓電弧反射的一些方法，例如數字式電弧反射法和差異電弧反射法，均要求特殊的設備和經嚴格培訓過的操作員操作。由于電弧反射法十分復雜，使得錘擊法仍然是最通用的應

5、用技術。這種技術比較簡單，無需特殊的儀器，也不要求熟練的分析人員。而新儀器具有多功能性，用于錘擊法可以使電纜的潛在損壞減少到最小。在電纜上使用脈沖的時間盡量短，且能提高故障探測效率，是許多電力公司共同追求的目標。在地下直埋電纜和簡單的地下住宅配電系統(tǒng)中，目前有兩種裝置可以達到以上兩個目標。一種裝置是由美國加州帕洛阿爾托市的美國電力研究協會開發(fā)的，叫做快速故障探測器(FFF)。這種FFF可探測回路斷電之前，當電纜第一次燃弧時由故障發(fā)射出的

6、波形，而被捕獲的波形，經處理儲存在FFF監(jiān)視器中，而監(jiān)視器是連接在URD系統(tǒng)中通常的斷開點。這種裝置有兩個傳感器，以便監(jiān)視一個回路兩半邊的暫態(tài)故障。當故障發(fā)生時，兩個暫態(tài)峰值之間的時間間隔給出了到故障點的距離。FFF能自動地工作，并且無需嚴格培訓的操作人員。這種廉價的裝置，完全可以安裝在URD回路中，作為永久性的監(jiān)測儀器，以探查所發(fā)生的故障。或者說在故障發(fā)生之后，該裝置可以作為探測工具使用。由于該裝置在故障之后采用電纜額定值或低于額定值

7、的電壓脈沖進行一次性的沖擊，而且放電只進行一次，因此對電纜損壞的機會最小。每一單相的開式輻射形或環(huán)形回路，僅需要一臺FFF，而3相系統(tǒng)則每相均需安裝一臺裝置，通過RS232接口可把故障位置信息發(fā)送到電力公司總部快速響應的遙控通信計算機中心。另一種裝置叫做第一響應(FirstResponse)裝置，是一種電池供電的錘擊物高壓耦合器同一種單錘擊來組成隔離變壓器之間故障電纜段的電纜雷達系統(tǒng)，并能測量到故障點的距離。該裝置采用數字式電弧反射技術

8、，探測時需要高能量的濾波器。在復雜系統(tǒng)中的高阻故障，常產生干擾信號，這些信號通過一些接頭和星形連接的分接頭，干擾探測，因此需要更高的能量來快速而準確地查明故障。專用的送電線路和復雜的網絡系統(tǒng)，通常設有人孔和管道，而這些人孔和管道可能積聚大量的水，因而在城市和工業(yè)區(qū)里，這些復雜的網絡系統(tǒng)往往產生許多由水導致的電纜故障。由于水的特性象緣絕體，因此探測水故障是很困難的，也就是說要探測到閃絡的準確故障點是困難的。為了探測閃絡，其電壓能級或脈沖發(fā)

9、生器的電容必須提高到能引起擊穿為止。要查明紙絕緣的鉛包電纜(PILC)和擠壓絕緣電纜的水故障，使其引起閃絡的能級就需要高達5400J，這比探測URN故障所需能量高好幾倍。這就相應地要求裝設濾波器以便有效地保護儀器和操作人員免受來自高壓的危險。位于美國馬里蘭州中部的巴爾的摩市煤氣和電力公司(BGE)，正在應用一種由AVO公司制造的先進的故障電纜分析系統(tǒng)BiddleDART6000，獲得了十分顯著的成效。該裝置可應用于許多種類型電纜中

10、，能十分有效地提高故障探測效率，并可使沖擊時間最短。BGE公司自1963年以來，已應用了雷達技術。對直線電纜的低阻故障、斷線故障及短路故障和許多干紙鉛包電纜故障，采用TDR法均能清楚地探明故障點。但是，TDR法有某些固有的限制，并且不能始終作為單獨的儀器和方法來探測擠壓絕緣電纜的高阻故障，及紙絕緣鉛包電纜的高阻水故障。另外，在探測多種星形連接的饋電線和充油輸電電纜的一些故障時，TDR的操作員也面臨著一些難以判斷的問題。早期的電弧反射技術

11、，由于對電離故障僅要求低能脈沖，因此反射技術似乎符合探測URD系統(tǒng)的高阻擠壓電纜故障的要求。但是，當故障特性表明需要更高能級來擊穿故障時，就必須有一種更大和更好的濾波器，以保護儀器和操作員免遭高壓的危險。BiddleDART6000采用計算機分析數據，用雷達探測，可適用常規(guī)的TDR法、電弧反射法、沖擊法(電流沖擊)和衰減法(電壓沖擊)等探測方法。差異電弧反射技術是由AVO公司的首席科學家JPSteiner提出的，用來幫助操作員作出判斷。

12、DART技術通過沖擊前和沖擊時，凍結TDR的一些軌跡(圖形)來提高標準的電弧反射法的探測能力。這一技術排除了那些無關的和干擾的反射，僅留下由故障引起的TDR反射。這種探測方法可應用于探測復雜系統(tǒng)，并且簡化了TDR的信號判斷過程。DART6000系統(tǒng)配有大功率濾波器，可承受3000000Jh的沖擊，完全能與大型脈沖發(fā)生器相匹配。該設備允許把高達1000A的電流輸送到故障點。Biddle濾波器對BGE公司所用脈沖發(fā)生器(錘擊器)無特殊限制。

13、因此該設備為使用者提供了在探測各種電纜故障狀態(tài)時，僅需一臺設備就能完成多種工作的可能性。自DART6000投入市場以來，逐漸顯出它的優(yōu)越性能。在探測地埋擠壓絕緣電纜故障時，其成功率高達99.5%。在探測其他電纜系統(tǒng)的故障時，例如電網饋電線、配電饋電線、PILC故障和某些水故障方面，其探測成功率也達70%以上。目前，DART6000與BGE公司制造的20kV30Mfd、40kV12Mfd及25kV12Mfd的錘擊器(脈沖發(fā)生器)相結合的探