電纜故障的探測(cè)技術(shù)

1、電纜故障的探測(cè)技術(shù)在電力行業(yè)和一些使用電纜的行業(yè)，特別是在一些復(fù)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(jiǎn)便的設(shè)備不斷出現(xiàn)，不但可以降低探測(cè)故障的高額成本，而且可以減少艱苦查找電纜故障時(shí)不可避免的長(zhǎng)時(shí)間停電，給排除故障帶來(lái)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(cè)故障是一件非常費(fèi)時(shí)的事，并且會(huì)對(duì)用戶引起十分不便的停電，某些技術(shù)還可能會(huì)損壞電纜。而對(duì)一些技術(shù)要求高的設(shè)備，其操作

2、較為復(fù)雜，只有受過(guò)嚴(yán)格培訓(xùn)的操作人員才能使用，這給這類(lèi)技術(shù)設(shè)備的推廣應(yīng)用帶來(lái)了許多不便。因此，選擇合適的技術(shù)，部分地取決于故障探測(cè)器的設(shè)計(jì)人員了解的電纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的知識(shí)，也部分地取決于設(shè)備和操作人員對(duì)這方面的專(zhuān)業(yè)技術(shù)知識(shí)的了解。有了合適的設(shè)備和在現(xiàn)場(chǎng)工作的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，是快速有效地探測(cè)故障的第一步。許多電力公司采用錘擊(脈沖)法。這種技術(shù)在一個(gè)簡(jiǎn)單的電纜系統(tǒng)中探測(cè)高阻故障是最有效的。錘擊法包括采用一個(gè)脈沖或沖擊電壓來(lái)沖擊停電的電纜，當(dāng)一個(gè)有效

3、的高壓脈沖擊中故障區(qū)域時(shí)，故障點(diǎn)就閃絡(luò)，并產(chǎn)生一個(gè)操作人員可聽(tīng)見(jiàn)的沿電纜表面?zhèn)鬏數(shù)腻N擊聲。但探測(cè)電纜故障往往需要幾次錘擊，多次重復(fù)沖擊可能會(huì)損壞電纜。不過(guò)據(jù)美國(guó)西雅圖市照明公司負(fù)責(zé)電氣安裝和維修的管理人員DennisMinier說(shuō)，由于這種方法簡(jiǎn)便易行，因此他們一直采用錘擊法來(lái)探測(cè)電纜故障。時(shí)域反射測(cè)量法(TDR)是一種在電纜結(jié)構(gòu)上通過(guò)改變所產(chǎn)生的脈沖反射來(lái)顯示的低壓電弧反射技術(shù)。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(jìn)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(diǎn)的距離是由圖形散射點(diǎn)來(lái)確定的。TDR法是探測(cè)低阻故障最有效的方法之一。問(wèn)題是TDR的圖形分析需要經(jīng)培訓(xùn)過(guò)的和有經(jīng)驗(yàn)的操作員來(lái)進(jìn)行分析操作。高阻故障和復(fù)雜的系統(tǒng)，就要求設(shè)備具有更高的能量等級(jí)。高壓電弧反射的一些方法，例如數(shù)字式電弧反射法和差異電弧反射法，均要求特殊的設(shè)備和經(jīng)嚴(yán)格培訓(xùn)過(guò)的操作員操作。由于電弧反射法十分復(fù)雜，使得錘擊法仍然是最通用的應(yīng)

5、用技術(shù)。這種技術(shù)比較簡(jiǎn)單，無(wú)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(shí)間盡量短，且能提高故障探測(cè)效率，是許多電力公司共同追求的目標(biāo)。在地下直埋電纜和簡(jiǎn)單的地下住宅配電系統(tǒng)中，目前有兩種裝置可以達(dá)到以上兩個(gè)目標(biāo)。一種裝置是由美國(guó)加州帕洛阿爾托市的美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)開(kāi)發(fā)的，叫做快速故障探測(cè)器(FFF)。這種FFF可探測(cè)回路斷電之前，當(dāng)電纜第一次燃弧時(shí)由故障發(fā)射出的

6、波形，而被捕獲的波形，經(jīng)處理儲(chǔ)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(kāi)點(diǎn)。這種裝置有兩個(gè)傳感器，以便監(jiān)視一個(gè)回路兩半邊的暫態(tài)故障。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，兩個(gè)暫態(tài)峰值之間的時(shí)間間隔給出了到故障點(diǎn)的距離。FFF能自動(dòng)地工作，并且無(wú)需嚴(yán)格培訓(xùn)的操作人員。這種廉價(jià)的裝置，完全可以安裝在URD回路中，作為永久性的監(jiān)測(cè)儀器，以探查所發(fā)生的故障?；蛘哒f(shuō)在故障發(fā)生之后，該裝置可以作為探測(cè)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(jìn)行一次性的沖擊，而且放電只進(jìn)行一次，因此對(duì)電纜損壞的機(jī)會(huì)最小。每一單相的開(kāi)式輻射形或環(huán)形回路，僅需要一臺(tái)FFF，而3相系統(tǒng)則每相均需安裝一臺(tái)裝置，通過(guò)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(yīng)的遙控通信計(jì)算機(jī)中心。另一種裝置叫做第一響應(yīng)(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(lái)組成隔離變壓器之間故障電纜段的電纜雷達(dá)系統(tǒng)，并能測(cè)量到故障點(diǎn)的距離。該裝置采用數(shù)字式電弧反射技術(shù)

8、，探測(cè)時(shí)需要高能量的濾波器。在復(fù)雜系統(tǒng)中的高阻故障，常產(chǎn)生干擾信號(hào)，這些信號(hào)通過(guò)一些接頭和星形連接的分接頭，干擾探測(cè)，因此需要更高的能量來(lái)快速而準(zhǔn)確地查明故障。專(zhuān)用的送電線路和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通常設(shè)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(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)往往產(chǎn)生許多由水導(dǎo)致的電纜故障。由于水的特性象緣絕體，因此探測(cè)水故障是很困難的，也就是說(shuō)要探測(cè)到閃絡(luò)的準(zhǔn)確故障點(diǎn)是困難的。為了探測(cè)閃絡(luò)，其電壓能級(jí)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(luò)的能級(jí)就需要高達(dá)5400J，這比探測(cè)URN故障所需能量高好幾倍。這就相應(yīng)地要求裝設(shè)濾波器以便有效地保護(hù)儀器和操作人員免受來(lái)自高壓的危險(xiǎn)。位于美國(guó)馬里蘭州中部的巴爾的摩市煤氣和電力公司(BGE)，正在應(yīng)用一種由AVO公司制造的先進(jìn)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(yīng)用于許多種類(lèi)型電纜中

10、，能十分有效地提高故障探測(cè)效率，并可使沖擊時(shí)間最短。BGE公司自1963年以來(lái)，已應(yīng)用了雷達(dá)技術(shù)。對(duì)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(diǎn)。但是，TDR法有某些固有的限制，并且不能始終作為單獨(dú)的儀器和方法來(lái)探測(cè)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(cè)多種星形連接的饋電線和充油輸電電纜的一些故障時(shí)，TDR的操作員也面臨著一些難以判斷的問(wèn)題。早期的電弧反射技術(shù)

11、，由于對(duì)電離故障僅要求低能脈沖，因此反射技術(shù)似乎符合探測(cè)URD系統(tǒng)的高阻擠壓電纜故障的要求。但是，當(dāng)故障特性表明需要更高能級(jí)來(lái)?yè)舸┕收蠒r(shí)，就必須有一種更大和更好的濾波器，以保護(hù)儀器和操作員免遭高壓的危險(xiǎn)。BiddleDART6000采用計(jì)算機(jī)分析數(shù)據(jù)，用雷達(dá)探測(cè)，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(cè)方法。差異電弧反射技術(shù)是由AVO公司的首席科學(xué)家JPSteiner提出的，用來(lái)幫助操作員作出判斷。

12、DART技術(shù)通過(guò)沖擊前和沖擊時(shí)，凍結(jié)TDR的一些軌跡(圖形)來(lái)提高標(biāo)準(zhǔn)的電弧反射法的探測(cè)能力。這一技術(shù)排除了那些無(wú)關(guān)的和干擾的反射，僅留下由故障引起的TDR反射。這種探測(cè)方法可應(yīng)用于探測(cè)復(fù)雜系統(tǒng)，并且簡(jiǎn)化了TDR的信號(hào)判斷過(guò)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(shè)備允許把高達(dá)1000A的電流輸送到故障點(diǎn)。Biddle濾波器對(duì)BGE公司所用脈沖發(fā)生器(錘擊器)無(wú)特殊限制。

13、因此該設(shè)備為使用者提供了在探測(cè)各種電纜故障狀態(tài)時(shí)，僅需一臺(tái)設(shè)備就能完成多種工作的可能性。自DART6000投入市場(chǎng)以來(lái)，逐漸顯出它的優(yōu)越性能。在探測(cè)地埋擠壓絕緣電纜故障時(shí)，其成功率高達(dá)99.5%。在探測(cè)其他電纜系統(tǒng)的故障時(shí)，例如電網(wǎng)饋電線、配電饋電線、PILC故障和某些水故障方面，其探測(cè)成功率也達(dá)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(jié)合的探