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電纜故障測(cè)試方法的評(píng)價(jià) 

 

    長(zhǎng)期以來，涌現(xiàn)出了許多測(cè)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(cè)距與定點(diǎn)儀器簡(jiǎn)單地做一下評(píng)價(jià)和比較。

 

    1.故障測(cè)距

 

    1）電橋法

 

    電橋法是一種經(jīng)典測(cè)試方法。

 

    電橋法測(cè)試線路的連接如圖1.5a所示，將被測(cè)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(xì)調(diào)節(jié)R2數(shù)值，總可以使電橋平衡，即CD間的電位差為0，無電流流過檢流計(jì)，此時(shí)根據(jù)電橋平衡原理可得：

 

          R3/R4=R1/R2                   （1.1）

 

    R1、R2為已知電阻，設(shè)：R1/R2=K，則

 

              R3/R4=K

 

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

 

             L全長(zhǎng)+L0=KLX

 

而           L0=L全長(zhǎng)-LX，所以

 

             LX=2L全長(zhǎng)/（K+1）

 

    電纜斷路故障可用電容電橋測(cè)量，原理與上述電阻電橋類似。

 

    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?yàn)楣收想娮韬芨叩那闆r下，電橋里電流很小，一般靈敏度的儀表，很難探測(cè)，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(cè)量故障距離之前，需用高壓設(shè)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(cè)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(fèi)數(shù)小時(shí)，甚至幾天的時(shí)間，尤其對(duì)于目前大量使用的鉸鏈聚乙烯類的塑料電纜，多數(shù)情況無法將故障點(diǎn)燒穿，十分不方便，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障點(diǎn)燒斷，故障電阻反而升高的現(xiàn)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(cè)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(zhǔn)確長(zhǎng)度等原始技術(shù)資料，當(dāng)一條電纜線路內(nèi)是由導(dǎo)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(cè)量三相短路或斷路故障。

 

    現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)上電橋法用的越來越少了，不過一些測(cè)試人員，尤其是老的測(cè)試人員，仍然習(xí)慣于使用該方法。特別是對(duì)一些特殊的故障沒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，使用電橋法往往可以解決問題。隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)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(xiàn)為電阻特性，對(duì)于閃絡(luò)性故障仍然不能使用，儀器的可靠性也受到考驗(yàn)。

 

2）低壓脈沖反射法

 

    低壓脈沖反射法，又叫雷達(dá)法，是受二次世界大戰(zhàn)雷達(dá)的啟發(fā)而發(fā)明的，它通過觀察故障點(diǎn)反射脈沖與發(fā)射脈沖的時(shí)間差測(cè)距（詳見第三章敘述）。

 

    低壓脈沖反射法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、直觀、不需要知道電纜的準(zhǔn)確長(zhǎng)度等原始技術(shù)資料。根據(jù)脈沖反射波形還可以容易地識(shí)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(cè)量高阻與閃絡(luò)性故障。

 

3）脈沖電壓法

 

    脈沖電壓法，又稱閃測(cè)法，是六十年代發(fā)展起來的一種高阻與閃絡(luò)性故障測(cè)試方法。國(guó)內(nèi)有數(shù)家企業(yè)生產(chǎn)、銷售該原理的電纜故障閃測(cè)儀。

 

    首先使電纜故障在直流高壓或脈沖高壓信號(hào)的作用下?lián)舸?，然后，通過觀察放電電壓脈沖在觀察點(diǎn)與故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間測(cè)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(hào)，測(cè)試速度快，測(cè)量過程也得到簡(jiǎn)化，是電纜故障測(cè)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，儀器通過一電容電阻分壓器分壓測(cè)量電壓脈沖信號(hào)，儀器與高壓回路有電耦合，很容易發(fā)生高壓信號(hào)串入，造成儀器損壞。

 

    B.在利用閃測(cè)法測(cè)距時(shí)，高壓電容對(duì)脈沖信號(hào)呈短

 

路狀態(tài)，需要串一電阻或電感以產(chǎn)生電壓信號(hào)，增加了接線的復(fù)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(cè)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)展起來的一種測(cè)試方法，以安全、可靠、接線簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)顯示了強(qiáng)大的生命力。

 

脈沖電流法（詳見第四章）與脈沖電壓法的區(qū)別在于：前者通過一線性電流耦合器測(cè)量電纜故障擊穿時(shí)產(chǎn)生的電流脈沖信號(hào)，成功地實(shí)現(xiàn)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，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(cè)試技術(shù)是九十年代發(fā)展起來的一種測(cè)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(cè)試人員造成很大的不便。國(guó)外很早就開始研究二次脈沖測(cè)試技術(shù)。以其操作簡(jiǎn)單、波形容易分析，受到電纜測(cè)試工作者的歡迎，但由于設(shè)備復(fù)雜，技術(shù)難點(diǎn)多，設(shè)備的價(jià)格很高，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)一直被進(jìn)口設(shè)備獨(dú)占。近年來，隨著國(guó)內(nèi)技術(shù)人員的努力，此項(xiàng)技術(shù)已被國(guó)內(nèi)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(hào)的作用下?lián)舸?，同時(shí)采用延弧技術(shù)、續(xù)弧技術(shù)使電弧持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)并保持穩(wěn)定；其次，在沒有擊穿故障點(diǎn)時(shí)，向電纜注入測(cè)量信號(hào)，得到參考波形；在延弧時(shí)注入一次或多次測(cè)量信號(hào)，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，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(píng)。隨著設(shè)備逐步國(guó)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(duì)測(cè)距方法與儀器選擇的建議

 

    目前，普遍采用行波測(cè)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(cè)量高阻與閃絡(luò)性故障采用二次脈沖法、脈沖電流法；三者都是通過脈沖信號(hào)在故障點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)之間往返一次時(shí)間測(cè)距，但低壓脈沖反射法是主動(dòng)向電纜發(fā)射探測(cè)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(hào)；二次脈沖測(cè)試法則是分別在故障點(diǎn)沒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(cè)試信號(hào)；信號(hào)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(xiàn)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(cè)的關(guān)鍵。目前，比較常用的方法是沖擊放電聲測(cè)法、 主要用于低阻故障定點(diǎn)的音頻感應(yīng)法以及我公司創(chuàng)新的快速磁場(chǎng)預(yù)定位法。實(shí)際應(yīng)用中，通常因電纜故障點(diǎn)環(huán)境困素復(fù)雜，如振動(dòng)噪聲過大、電纜埋設(shè)深度過深等，造成聲測(cè)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(yù)定位法后，將大大提高定點(diǎn)的速度。

 

聲磁同步檢測(cè)法（詳見第六章），提高了抗振動(dòng)噪聲干擾的能力；通過檢測(cè)接收到的磁聲信號(hào)的時(shí)間差，可以估計(jì)故障點(diǎn)距離探頭的位置；比較在電纜兩側(cè)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(yù)定位法，利用延弧、續(xù)弧技術(shù)，在拉弧期間注入音頻信號(hào)，通過檢測(cè)音頻信號(hào)，查找故障點(diǎn)。此方法發(fā)展了傳統(tǒng)的音頻法，克服了音頻感應(yīng)法只能測(cè)試低阻故障的局限，發(fā)揚(yáng)了音頻感應(yīng)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(cè)儀器

 

    現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了電纜故障探測(cè)儀器的進(jìn)步。儀器正向智能化方向發(fā)展，能對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理，自動(dòng)計(jì)算故障點(diǎn)；記憶測(cè)量波形；打印輸出波形及測(cè)量結(jié)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(cè)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(guó)推廣，受到了廣大用戶的歡迎。