故障测试新技术（通用10篇）
故障测试新技术 篇1
社会经济不断发展, 人们生活水平和生活质量不断提升, 使得人们的生活和工作对电力供电系统的依赖性变得越来越大。而在供电系统中, 电力电缆是最基础也是最重要的组成部分, 是支持整个供电系统运行的基础, 因此, 要想确保供电系统运行的高效性, 就要确保电力电缆运行的稳定性和安全性, 避免出现故障。但是, 在实际的管理工作中, 由于电力电缆运行时间长, 并且有部分电力电缆运行线路比较隐蔽, 不利于检查, 所以, 在电力电缆实际运行过程中, 依旧存在不少问题影响着整个电力电缆运行的稳定性和安全型。因此, 为了能有效解决该问题, 就需要加强对电力电缆故障的检测, 接下来, 本文就以提升电力电缆测试工作效率为主要目的, 对电力电缆故障测试新技术进行详细分析。
1 电缆出现故障的原因及其分类
1.1 故障产生的原因
1.1.1 机械损伤
在所有电力电缆故障中, 机械损伤是最常见的一种故障, 对电力电缆运行的稳定性和安全性具有较为重要的影响。机械损伤, 指的是在电力电缆正常运行的过程中, 由于受到震动或者是冲击性负荷的影响, 导致电缆的绝缘包皮出现损伤, 而由于电缆损伤没有被及时发现, 运行时间长久之后就会对电力电缆的正常运行造成影响。
1.1.2 绝缘老化
对于一些特殊环境中的电力电缆, 其在运行过程中容易受到外界环境因素的影响, 导致电力电缆绝缘老化速度加快, 进而出现绝缘开裂、穿孔以及绝缘性能下降等问题, 形成故障。
1.1.3 过压
在电力电缆运行过程中, 由于受到外部大气或者是内部过压因素影响, 导致绝缘击穿, 造成电力电缆故障。
1.2 故障的分类
通常情况下, 电力电缆故障主要分为断路和短路故障两种。当前为了能够对电力电缆故障进行详尽区分, 又根据电力电缆故障点绝缘电阻大小的不同将故障细分为低阻短路故障 (多为金属性短路) 、高阻故障以及闪络故障等三种故障。以上三种故障指示笼统概括, 并无明确界限, 主要由故障测试方法和所使用设备的测试结果有关。
2 电缆故障的探测方法
2.1 传统测试法
2.1.1 烧穿法
该方法主要分为交流法、高压冲击法以及大容量高压直流法三种, 由于操作简单, 所以在传统电力电缆故障测试中应用较为广泛。应用该方法对电力电缆故障进行测试最主要的环节就是对故障发生为止进行定点, 通常情况下, 多采用发电监听的方式对故障进行定位。而该方法虽然简单, 但是测试效果并不是很理想, 并且有时还会发生故障点碳化现象, 反正进一步扩大了电力电缆故障。但有时会出现故障点碳化, 故障阻值反而增高的现象, 长时间的高压也可能对电缆完好部分的绝缘造成潜在的破坏。
2.1.2 电桥法
电桥法主要应用于开路故障或者是完全短路故障测试中, 其能够通过高精度电桥得到对电力电缆故障发生点的距离进行较为精确的估算。在实际测试工作中, 虽然该方法操作方法比较简单, 但是由于容易受到电缆材质和故障测试范围受限等因素的影响, 极少应用该技术对电力电缆故障进行测试。
2.2 新测试法
2.2.1 低压脉冲行波法
低压脉冲行波法是新测试法中应用的较为广泛的一种, 其能够对电力电缆断线、低阻和短路故障等进行精准测试。
在测试过程中, 将脉冲电压送入被测电缆中, 当脉冲遇到故障点之后, 由于阻抗不符, 就会产生一低压反向脉冲, 当反向脉冲被测试仪器检测到之后, 就会将时间差记录下来, 并通过时间差计算出故障点的距离。其距离求值公式为:
式中:V为脉冲传播速度ΔT为脉冲和反向脉冲时间差
当计算出故障点距离之后, 就可以通过反向脉冲的极性对故障的类型进行判断。
2.2.2 直闪行波法
直闪行波法主要是要来对闪络性故障进行测试, 在其测试过程中, 需要利用测试高压发生器和电缆故障测距仪进行配合使用, 并利用直闪法原理对电缆大电阻故障进行测量及判断, 才能够达到测试的目的。
3 一般电缆测试设备存在的缺陷与新型设备的优点
3.1 一般电缆故障测试设备的缺陷
(1) 在利用一般电缆故障测试设备对电力电缆故障进行测试过程中, 每一次都需要通过人工来完成接线和查线, 影响测试效率。
(2) 在测试过程中, 施加在电力电缆上的冲击电压需要通过改变球间隙的方式来改变其大小, 这种控制方式不仅不能够对冲击高压的幅值进行准确控制, 还无法对放电时间间隔进行调整。
(3) 在测试过程中, 所有放电都需要通过人工操作来完成, 安全性较低。同时, 在放电过程中, 所产生的噪声也比较大。
3.2 新型电力电缆测试设备的优点
(1) 与一般测试设备相比, 新型设备安装了一系列自动化控制设备, 实现了测试的自动化, 不在需要人工进行接线和放电, 安全性比较高。
(2) 球放电间隙被触头所取代, 其在测试的过程中不仅能够对附加到电缆上的冲击电压的大小进行调整, 还能够对放电时间进行调整。
(3) 所用设备均为自动化设备, 其不但更加适用于电力电缆故障测试, 而且对故障的定点和距离测试结果更为准确, 能够大幅度提升电力电缆测试工作效率。同时, 由于采用自动化技术替代了一般设备中的人工测试, 还在提高了测试安全性的基础上, 也大大提升了电力电缆的测试速度。
(4) 在新型测试设备中, 对诊断数据、信息以及故障的判断都是通过计算机信息系统来实现, 不仅能够提升结果处理的准确性, 同时, 也能够对故障信息进行详细记录, 留以备用。
4 结束语
加强对电力电缆故障的测试, 及时确定故障发生位置并有针对性排除故障, 对确保电力电缆的稳定、安全运行具有较为重要的影响作用。因此, 电力企业一定要加强对电力电缆故障的测试, 并通过加强新型测试设备的应用等方式不断提升测试效率。
参考文献
[1]丁勇.浅析电力电缆故障测试与分析方法[J].企业技术开发, 2011 (11) .
[2]高建平.电力电缆故障定位技术分析与系统设计[D].河北电力大学, 2010.
[3]刘石川.电力电缆故障测试技术研究[J].电线电缆, 2013 (02) .
故障测试新技术 篇2
电力电缆由于机械损伤、绝缘老化、施工质量低、过电压、绝缘油流失等都会发生故障。根据故障性质可分为低电阻接地或短路故障、高电阻接地或短路故障、断线故障、断线并接地故障和闪络性故障。故障的判断方法 确定电缆故障类型的方法是用兆欧表在线路一端测量各相的绝缘电阻。一般根据以下情况确定故障类型：
(1)当摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻，或芯与芯之间绝缘电阻低于100Ω时，为低电阻接地或短路故障。
(2)当摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻，或芯与芯之间绝缘电阻低于正常值很多，但高于100Ω时，为高电阻接地故障。
(3)当摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻较高或正常，应进行导体连续性试验，检查是否有断线，若有即为断线故障。
(4)当摇测电缆有一芯或几芯导体不连续，且经电阻接地时，为断线并接地故障。
(5)闪络性故障多发生于预防性耐压试验，发生部位大多在电缆终端和中间接头。闪络有时会连续多次发生，每次间隔几秒至几分钟。故障的测试方法
过去使用的仪器设备有QF1-A型电缆探测仪、DLG-1型闪测仪，电缆路径仪及故障定点仪等。在20世纪70年代以前，广泛使用的电缆故障测试方法是电桥法，包括电阻电桥法、电容电桥法、高压电桥法。这种测试方法误差较大，对某些类型的故障无法测量，所以目前最为流行测试方法是闪测法，它包括冲闪和直闪，最常用的是冲闪法。冲闪测试精度较高，操作简单，对人的身体安全可*。其设备主要由两部分组成，即高压发生装置和电流脉冲仪。高压发生装置是用来产生直流高压或冲击高压，施加于故障电缆上，迫使故障点放电而产生反射信号。电流脉冲仪是用来拾取反射信号测量故障距离或直接用低压脉冲测量开路、短路或低阻故障。下面以故障点电阻为依据简述一下测试方法：
(1)当故障点电阻等于无穷大时，用低压脉冲法测量容易找到断路故障，一般来说，纯粹性断路故障不常见到，通常断路故障为相对地或相间高阻故障或者相对地或相间低阻故障并存。
(2)当故障点电阻等于零时，用低压脉冲法测量短路故障容易找到，但实际工作中遇到这种故障很少。
(3)当故障点电阻大于零小于100Ω时，用低压脉冲法测量容易找到低阻故障。
(4)闪络故障可用直闪法测量，这种故障一般存在于接头内部，故障点电阻大于100Ω，但数值变化较大，每次测量不确定。
(5)高阻故障可用冲闪法测量，故障点电阻大于100Ω且数值确定。一般当测试电流大于15mA，测试波形具有重复性以及可以相重叠，同时一个波形有一个发射、三个反射且脉冲幅度逐渐减弱时，所测的距离为故障点到电缆测试端的距离；否则为故障点到电缆测试对端的距离。结束语
数字电路的故障测试方法 篇3
【关键词】数字电路；故障；测试
1.常见的故障
1.1永久故障
1.1.1固体电平故障
如果电路某处逻辑电平始终保持不变，则该故障就是固体电平故障，例如，接地故障就是典型的固体电平故障，其故障点的电平始终保持为0。
1.1.2固定开路故障
该故障常常发生在CMOS电子线路中，当CMOS电子线路中的输入管没有连通其它路而引起悬空或者栅极引线而发生断开现象，此时CMOS门电路的输出端的电阻是非常大的，即会发生短路，这样的故障就是开路故障。因为在CMOS门电路中输入电阻和输出电阻都是相当大的，所以，输出电平在某段时间内是不会发生变化的，这是由于门电路输出与下级门电路之间的分布电容有存储电荷的作用。
1.1.3桥接故障
由两根或者两根以上的信号互相短路而引起的故障就叫做桥接故障，引发该类故障的原因有：印制电路的焊接不小心、裸线部分太长等等，一般而言 ，桥接故障分为如下几种类型：（1）由于输入信号线间的桥接引起的输入端桥接现象；（2）输入端和输出端相互连接引起的反馈桥接。桥接故障会使电子线路的逻辑功能发生很大的变化。
1.2间歇故障
间歇故障的发生具有偶然性，在故障发生的时候很容易引起电路相关功能的出错，但是故障一旦消失，功能就马上恢复了。时有时无是间歇故障的表现形式。如果是虚焊、引线松动等因素造成的间歇故障，则应该要通过人工修理来消除故障，如果是电磁干扰因素造成的间歇故障，则只要对其屏蔽就可以了。
2.出现故障的主要原因
2.1没有正确安装布线
若在集成电路芯片安置以及布线安置的时候不合理，那么就会带来较大的干扰。尤其是电子元件安装错误、漏断线以及安装时出现桥接、没有适当地处理闲置输入端、没有加入或者错误地加入使能端信号等，都是引发故障的重要因素。
2.2接触不良
接触不良在数字电路中普遍存在也是最容易发生的故障。例如接插件松动、接点氧化、虚焊等等，信号的时有时无是该故障的主要表现，故障的发生也带有一定的偶然性。选取质量较好的接插件，从工艺上确保焊接的质量能有效地减少这种故障的发生。
2.3在设计的过程中没有对电子线路的参数以及工作条件进行分析
2.3.1电子线路没有良好的负载能力
一般而言，一个与非门在输出低电平的情况下最多可以带 10个同类型的门电路，如果所带门电路数超过10，则很容易导致输出低电平快速增大，最终会造成电子线路功能的丧失，系统也将无法照常运转。同样，输出高电平如果外接负载也不能有此情况的发生。可以加强电子线路的负载能力。
2.3.2电子线路没有较高的工作速度
当对电子线路输入一组信号的时候，在电路内部的延时作用下在获得稳定的输出以后，才可以将第二组信号输入进去。若电子线路工作速度过低的话，会引起延时的加长，在输入很高的脉冲频率情况下，则会很容易出现输出不稳定的现象，这种故障是很难查出来的，所以，在设计电路时，要考虑到其工作速度。
2.3.3半导体器件没有良好的热稳定性
半导体元件的性质与温度有关，主要体现在如下两种情况：（1）在开机的时候设备的工作是正常的，由于温度在不断升高，会出现问题，关机冷却后再开机又可以正常地工作；（2）温度很低的情况下，出现问题，由于温度不断地升高，又可以正常地工作。因此，在进行设计的过程中可以选择具有良好热稳定性的电子元件来解决该问题。
3.数字电路故障测试方法
数字电路的故障测试基本分为以下三步：一是对故障进行测试和隔离；二是对故障进行定位；三是对故障进行诊断和排除。
（1）故障的测试和隔离：对任何电路进行故障诊断，首先应通过考察故障特征以尽可能地缩小故障范围，即进行故障隔离。在通常情况下，当电路的信号消失以后，我们可以借助测试探头在电路信号相互连接的路径上进行测试与诊断，这样一般就比较容易找到了电路消失的信号。而且一些测试探头上，都具有逻辑存储装置的。这样，我们就可以运用这一功能来测试和诊断数字电路上脉冲信号活动的具体情况。当信号出现时，就可以把信号存储起来，并在脉冲存储器上显示出来。可见，通过查找数字电路之间的脉冲信号，可以把故障进一步缩小在一定的范围内，进而测试出电路的故障所在。
（2）故障的定位：当把故障隔离到单元电路中，就可以用逻辑探头、逻辑脉冲发生器和电流跟踪器等来观察电路故障对工作的影响，并找到故障源。我们可以运用逻辑探头来检查数字电路上的脉冲活动情况，进而测试和观察电路的输出、输入信号的活动情况。以这些活动情况和信息为出发点，可以判断数字电路运行是否正常。
（3）数字电路的故障诊断和排除：实际上，相对于数字电路故障的测试而言，其诊断比较简单。这是因为除了三态电路以外，其输入、输出状态仅有高、低电平两种。在对数字电路故障进行诊断时，首先我们可以进行动态测试，逐步缩小故障的范围。然后，再进行静态测试，进一步查找故障的具体方位。这就要求我们在测试和诊断电路故障时，要有适当的信号源以及示波仪器，而且示波仪器的频带一般应当大于10MHZ，同时要仔细观察数字电路输入、输出的具体情况。
具体的测试方法通常有一下几种：
（1）直观检查：线路连接检查和集成器件的连接检查是直观检查两种常见的类型，线路接错引起的故障是很普遍的，甚至还可能导致元器件的损坏。因此，要正确的画出安装接线图，一旦出现故障，就可以对照接线图检查实际电路，看有没有漏线、断线、错线的现象，尤其要注意电源线和地线的接线有没有错误 ，在检查集成器件的连接情况时，首先要检查外引线和其它路的连接以及集成器件插的方向有没有错误，存不存在不允许悬空的输入端没有接入电路的现象。
（2）测量电容、电阻等分立元件：先将电源关闭，通过万用表“欧姆*10”档对电源线与地线端间的电阻值进行测量，以把电源输出端与地线端间可能存在开路或者短路的情况排除掉。接下来就要检查元件，在对电解电容器进行检查时，要先把电解电容对地短路，使电容器中的电荷全部释放出来，然后看电容有没有被击穿以及是否存在漏电严重现象，这样可以避免万用表的损坏。
（3）静态测试：静态测试一般是对电路以及电源电压进行测试。在测试电路时，首先要保证电路处于某一输入状态，对照真值表，对电路的功能进行分析。一旦发现问题，就要再次测量，接着调节电路使之处于某一故障状态，用万用表对各器件的输入电压和输出电压的逻辑关系进行测量，看符不符合要求，最终确定发生故障的点。测试电源电压时，要用万用表对电源的输出电压进行测量，看有没有错误，除此之外，还要对电路外引线的地线端和电源端的电压进行测量，看符不符合要求。
4.结束语
数字电路的广泛应用，提高了电器的使用和质量，（下转第168页）（上接第54页）促进了电器产品性能的进一步提高。但是，我们应该清醒地认识到，数字电路运行过程中存在这样那样的故障及问题。因此，我们必须高度重视故障的测试，积极探索行之有效的策略措施，全面提高数字电路的应用水平和运行质量，不断拓宽其使用范围。通过本文，对数字电路故障的测试方法有了比较详尽的了解。在实际的测试过程中，应根据电路故障的具体情况，选择恰当的测试方法。
【参考文献】
故障测试新技术 篇4
随着计算机技术、嵌入式技术以及新兴虚拟仪器技术的发展,故障诊断装置和仪器已经由最初的模拟式监测仪表发展到目前的基于计算机的实时在线监测故障诊断系统和基于微机的便携式监测分析系统。设备故障诊断技术主要包括4个基本环节和4项基本技术。4个基本环节为检查和发现异常、诊断故障状态和部位、分析故障类型、提出诊断决策方案及诊断结论。4项基本技术包括检测技术、信号处理技术、识别技术及预测技术,且4项基本技术都在工程测试技术中得到了体现。
测试技术包含测量和试验两方面。凡需要考察事物的状态、变化和特征等,并要对它进行定量描述时,都离不开测试工作。工业生产中的机械化、自动化,必须建立在生产过程中对各种参数的测量、分析的基础上,这样才能保证产品质量和生产效率。同样,要对设备出现的故障进行高效准确的诊断,也离不开先进的测试技术。因此本文将重点描述工程测试技术在设备故障诊断方面的研究和应用。
2 工程测试技术
测试技术是实验科学的一部分,其主要研究各物理量的测量原理和测量信号的分析处理方法。测试技术是进行科学实验研究和生产过程参数检测等必不可少的手段,它起着类似人的感觉器官的作用。
为提高测量精度,增加信号传输、处理、存储、显示的灵活性,提高测试系统的自动化程度,以利于和其他控制环节一起构成自动化测控系统,在测试中通常先将被测对象输出的物理量转换为电量,然后再根据需要对变换后的电信号进行处理,最后以适当的形式显示、输出,如图1所示。
3 故障诊断技术
故障诊断技术是利用现代科学技术和仪器,根据设备(系统、结构)外部信息参数的变化来判别机器内部(系统)的工作状况或机械结构的损伤状态,确定故障的性质、程度、类别和部位,并研究故障产生的机理的技术。
故障按其性质、状态的不同可分为以下几种:①按工作状态分为间歇故障和永久性故障;②按故障程度分为局部功能失效的故障和整体功能失效的故障;③按故障形成速度分为急剧性故障和渐进性故障;④按故障程度及形成速度分为突发性故障和缓变性故障;⑤按故障形成的原因分为操作或管理失误形成的故障和机器内在原因形成的故障;⑥按故障形成的后果分为危险的故障和非危险的故障;⑦按故障形成的时间分为早期故障、随时间变化的故障和随机性故障。
上述故障类型是相互交叉的,随着故障的发展,可从一种类型转移到另一种类型。目前所采用的监视诊断技术可以分为以下3类:①以检测仪表为主体的监视装置;②检测仪表配备软、硬件分析装置;③计算机辅助监视和诊断系统。
4 应用实例
某设备以圆板作为低频发声器,用来模拟特定环境下的声场特征。在使用过程中发现其使用寿命较短,未能达到设计指标要求。经初步分析,可能是圆板在使用过程中的振动频率和其自身的固有频率相近,产生了共振,从而导致了圆板在短时间使用后出现裂纹。为准确判断故障原因并对圆板进行优化设计,本文对圆板进行了试验模态分析。
在多数情况下,要求模态试验的边界条件是自由的,因此试验时对圆板采用海绵支撑,用橡胶带悬挂激振器,以保证圆板处于自由状态。本次振动测试的系统组成如图2所示。
本试验采用上海东昊测试技术有限公司的DHMA模态分析软件,试验模型划分为4圈网格,每圈6个测点,共24个测点,如图3所示。试验采用SIMO测量激振器法,将激励点设在13号测点。经试验得到了圆板的试验频响函数曲线及稳态图,表1列出了前6阶频率。
由于低频圆板发声器的驱动装置所设定的驱动频率为110 Hz,与模态测试得到的圆板的第1阶固有频率相近,因此工作时使圆板产生共振,这是导致其使用寿命短的直接原因。为此,设计人员对圆板的结构进行了改进,即在圆板的径向均布设计了6个加强筋骨,增加了本体刚度,更改了圆板的第1阶固有频率。重新加工后的圆板经模态测试后其第1阶固有频率约为150 Hz,经工作试验验证,该圆板的使用寿命达到了技术指标要求。
5 结论
本文首先介绍了工程测试技术及故障诊断技术的发展历史、研究现状及发展动向,然后通过实例来详细阐述了工程测试技术在设备故障诊断领域中的应用研究,指出了测试技术在故障诊断方面的重要性。在现代化生产中,设备故障诊断技术必将会得到越来越高的重视。
摘要：主要介绍了工程测试技术在设备故障诊断领域中的应用。首先,回顾了设备故障诊断技术和测试技术的发展历史和研究现状,接着描述了工程测试技术和故障诊断技术的发展方向及分类,最后利用振动测试技术针对圆板低频发声器的使用寿命短这一故障进行了分析及精确诊断,得出了导致圆板使用寿命短的直接原因,从而也为结构的优化设计提供了支撑。
关键词：工程测试技术,故障诊断,设备
参考文献
[1]钟秉林,黄仁.机械故障诊断学[M].北京:机械工业出版社,1997.
故障测试新技术 篇5
关键词电缆故障;测试信号;小波去噪;算法改进
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0119-01
由于不经处理的原始测试信号容易畸变,现场测试人员很难通过此信号判断出故障距离。所以,各电缆故障测试仪的厂家在仪器里都有对信号进行处理,使得有用的信号得以保留,无用的信号得以屏蔽,最后得到的波形尽量与典型波形接近,便于测试人员判断。小波分析作为一种新型的时频分析方法,由于其具有良好的时频局部性,并且具有Mallat快速算法,因此受到了越来越多的关注。运用小波进行一维信号消噪处理是小波分析的一个重要应用之一,小波变换可以同时进行时频分析,具有时频局部化和变分辨率特性,因此特别适合于处理非平稳信号。由于信号和噪声的模极大值在小波变换下呈现出的不同的变换趋势,因此小波去噪是基于模极大值原理的。Mallat利用奇异信号和随机噪声在小波变换各尺度空间中模极大值的不同传播特性,提出了基于模极大值的小波消噪方法,该方法经过对模极大值的处理之后,存在一个由模极大值重构小波系数的问题,计算比较复杂。另外一种比较简单的方法是对各个尺度上的小波系数进行重新整定,然后进行小波重构。
1小波消噪方法的改进探讨
1.1软阈值消噪法的基本原理
对于信号f(t)L2(R),如果在t0附近满足
(1)
(k为正常数),则称α是f(t)在t。处的李氏指数,它是表示信号奇异性的一个数字特征。如果信号变化越平滑,李氏指数α就越大。如果信号的李氏指数α>0,则该信号的小波变换系数模极大值随着尺度的增大而增大,如果α<0,则该信号的小波变换系数模极大值随着尺度的增大而减小。
理论上已经证明:白噪声的李氏指数α<0,它的小波变换系数模极大值随着尺度的增大而减小,而阶跃信号的李氏指数α=0,它的小波变换系数模极大值不变。反射波的上升沿或下降沿部分与阶跃信号的跳跃部分基本相同,且受电缆衰减的影响,其陡度有所降低,李氏指数α>0,小波变换系数模极大值随着尺度的增大而增大。小波系数经过这样处理后就可以认为经过处理的小波系数是由信号引起的,对处理后的小波进行重构就可以得到消噪后的信号,具体过程如下:
1)对含有噪声的信号进行二进小波分解,得到各尺度的小波系数;
2)取,对小波系数进行如下处理:
3)经过处理后的系数进行重构得到去噪声后的信号。
1.2改进后的软阈值消噪法
传统的软阈值消噪法中的阈值λ是固定不变的,这种消噪方法计算比较简单,是一种相对粗略的消噪方法。但是我们知道,随着尺度的增加,白噪声的小波系数极大值逐渐减少,而有用信号的小波变换系数的极大值随着尺度增大而增大,原来软阈值法没有很好的利用这一规律。可以想象如果所设定的软阈值系数λ能够随着分解尺度等增加而逐渐减小,可以使得噪声信号衰减很多,而有用信号则得到更大地保留。根据电联测距信号与噪声信号的不同点,采用了改进的软阈值消噪法,结果表明可以有效的消除噪声信号,信噪比大大提高。
由于采用200MHz的采样频率采集信号,样本信号在第一尺度上的高频分量绝大部分是噪声。因此,强制把保留信号的第一制度上的小波变化系数估计值置零。
假定噪声幅值的分布符合正态分布,选用式(3)来估计噪声在第一尺度上的小波变换系数模极大值λt(若保证噪声幅值绝对值大于λt的概率小于0.1%,K取3.3)。由于噪声的小波变化系数随着尺度的增大而缓慢变小,利用式(4)估计噪声在尺度j2上的小波变化系数模极大值λj,然后利用式(5)计算保留信号的小波变化系数估计值,最后根据重构保留信号。
2结语
小波消噪对非平稳信号的噪声消除具有无可比拟的优点。在实际工程应用中,所分析的信号可能包含许多尖峰或突变部分,且噪声不是平稳的白噪声,对这种信号进行分析处理,首先要做预处理,将噪声去除,提取有用信号。对于这种信号的消噪,传统的Fourior分析显得无能为力。因为Fourior分析是将信号变换到频域中进行分析,不能给出信号在某个时间点的变化情况,因此信号在时轴上的任一突变都会影响信号的整个频谱。而小波分析由于能同时在时频域中对信号进行分析,所以他能有效区别信号中的突变部分和噪声,从而实现非平稳信号的消噪。利用小波分析理论的优势,根据噪声信号和真实信号在不同小波分解尺度上的传播特性,提出了利用改进的软阈值消噪方法对测距信号进行消噪处理,结果表明,该方法可以有效地消除白噪声信号的干扰,为故障测距提供良好的条件,该方法也可以应用于其它领域一维信号的消噪。利用数学的方法对现有的电缆故障测距仪进行升级改造是以后测距仪的一个发展方向。
参考文献
[1]张晖.电缆故障探测的发展[J].湖北电力,2006,30(4).
水电机组故障振动测试分析 篇6
水力发电是将水能转化成机械能, 进而转化为电能的复杂过程, 它涉及水力、机械、电气三方面内容。因此, 水力发电机组的振动产生的原因也可以相应的分为水力因素、机械因素和电磁因素。水力发电机组的异常振动不仅影响到水电站的经济安全运行, 也是机组故障诊断的研究热点, 是水电站急需解决的关键性问题之一[1]。
国内外学者对水轮机振动现象的研究大多集中于振动机理研究、流固耦合数值模拟、监控信号的特征量提取与故障诊断以及防振措施等方面。比如, 张思青[2]等轴向振动、径向弯曲振动、切向振动等方面入手, 分别推导其振动方程;刘小兵[3]等采用ADINA软件对混流式水轮机转轮进行流固耦合计算, 得出转轮在空气中的频率与模态, 并预测了转轮发生裂纹破坏的可能性;杨宏[4]则分析了某电站转轮叶片上出现裂纹的原因, 并提出了相应的预防措施。
振动信号是机组工作状态等信息的载体, 对振动信号的分析, 是故障诊断领域中广泛采用的一个方法。本文针对某水电站2号机组的异常振动, 通过测试不同水头、不同负荷下机架振动和大轴的摆动情况, 分析振动随负荷、水头等变化情况, 同时引入HHT理论进行振动信号频谱特性分析, 最终确定诱发该水力发电机组振动的具体原因。机组检修结果证明了该方法的可靠性, 这为水电站安全稳定运行和故障诊断提供了有益的理论依据。
1 Hibert?Huang变换基本理论
本文拟开展水轮机机组振动测试, 并结合频谱分析方法进行故障诊断研究。由于水轮机的测试信号, 往往呈现强烈的非平稳性及非线性, 利用傅里叶变换难以在时域和频域上同时实现较高的分辨率。为了将测试信号准确的分解到不同尺度上, 本文采用HHT变化获取水机的动态特征信息。
HHT变换的实质是将信号进行经验模态分解 (EMD) , 进而获得一系列固有模态函数 (IMF) 。其中, IMF必须符合以下要求:1在整个信号时间内, 信号的极点和零点个数必须相等或最多相差一个;2在适合时刻, 极大值点和极小值点构成的上下包络线均值为0。
与其他信号处理方法相比, EMD方法直接且自适应, 它是通过特征时间尺度来分辨信号中的固有振动模态, 然后进行分解, 在这一过程中符合以下3个假定:1被分解的信号有极大、 极小至少两个极致点;2局部特征时间尺度定义为临近极大极小值的时间间隔;3如果信号有拐点无极点, 则可以先微分信号, 然后在EMD分解。其分解过程如下:
假定实测信号为s (t) , 先求出信号的极大点系列Vmaxi和极小点系列Vmini, 然后分别拟合上包络线v1 (t) 和下包络线v2 (t) , 进而确定其平均值:
令h=s (t) -m (2)
若过h符合IMF条件, 则h可以作为一个IMF, 记为c1。 令
此处可以视r1为新的信号, 重复上述步骤, 求解更多的IMF分量c2, c3, …, 。直到ri呈现单调趋势或者ri很小时为止。此时就将原信号EMD分解了, 对每个IMF分量, 可以做Hilbert变化求取其幅值能量特性。
2试验情况
2.1机组主要技术参数
水轮机型号ZZ440-LH-850, 叶片数6个, 设计水头26.1 m, 最大水头32.3m, 最小水头19.8m, 活动导叶数24个, 额定转速75.9r/min, 设计流量:556m3/s。发电机型号SF100-78/ 1280, 额定电压15.75kV, 额定转速75.9r/min, 功率因数0.80, 额定出力100 MW。
2.2测点布置
某电站的2号机组相对与其他机组, 在相同条件下运行时出现了振动异常现象。为了全面了解该机组在不同水头下的最佳运行区域, 分析机组在不同水头和负荷下的振动情况, 确定其振动原因, 拟开展现场测试, 其测点布置如图1所示, 即在顶盖、推力机架和定子机座处各布置一个径向振动测试点和一个垂直振动测试点, 在蜗壳进口处和尾水管处各布置一个压力测试点;同时为了测量大轴摆度, 在水轮机导轴承处、发电机导轴承以及滑环处X、Y方向各布置一个测点。
2.3测试条件
对该机组进行六个水头的稳定性试验 (如表1所示, 由于测试结果具有相似性, 文中主要对方案4和方案6进行讨论) , 其负荷变化范围:0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 MW。
3试验结果分析
3.1振动、摆度和尾水水压脉动随负荷变化情况
图2为水导轴承在水头为26.1m和27.2m时, 摆度随负荷变化曲线。图2表明, 在不同水头下, 水导摆度随负荷变化趋势是近似的:水导摆度在10~20 MW区域内有一个局部峰值, 随着摆度峰值将下降, 约在30 MW时幅值最小, 此后水导摆度随负荷增加也逐步增加, 其摆度峰值从最小的200μm上升到满负荷时的450μm。而发电机导轴承的摆度幅值随负荷增加仅略有上升。
m
图3表示水头分别为26.1m和27.2m时, 机组顶盖、推力机架和定子振动峰值测试结果。在图3中, 不同水头下, 各测点振动峰值随负荷变化情况具有明显的相似性:顶盖振动 (水平、垂直方向) 在20 MW附近出现最大值, 而在40 MW附近达到振动最小值, 其后随着负荷的增加, 顶盖振动略有增加, 但变化并不明显。推力机架水平振动和垂直振动有较明显的区别, 其中推力机架垂直方向振动峰值随着负荷增加 (30 MW以后) 而增加, 而水平振动变化则较紊乱。定子振动峰值随着负荷变化基本保持不变。
图4为蜗壳和尾水水压脉动随负荷的变化趋势。从图中可以看到尾水锥管和蜗壳中水压脉动的特点为:在设计水头附近, 除低负荷外 (30 MW以下) , 压力脉动的幅值较小, 但变化的趋势是随负荷的增加而上升;在高水头下, 尾水锥管的水压脉动幅值较大, 相对压力脉动值在30 MW至额定负荷区间相差15%, 随负荷增加的趋势不明显。
3.2水头变化对机组振动、摆度的影响
表2为机组在典型负荷下, 不同水头时水导、顶盖和推力机架振动峰值。表2表明, 随着水头逐步增加, 在60 MW和100 MW负荷下, 水导摆度变化相对较小, 不存在逐步增大现象, 但是在20 MW负荷下, 水导摆度在低水头时较小, 在高水头时摆度峰值增加了2倍。顶盖的振动峰值相对较小, 在大负荷下随着水头的上升, 其振动峰值稍微下降, 在20 MW负荷下, 振动峰值变化情况相反。推力机架振动峰值则与水头关系并不紧密, 随着水头的增加, 其峰值相对变化较小。 对照规范[5]规定, 水轮机振动较为剧烈, 不能长时间运行, 必须进行故障诊断和检修维护工作。
3.3基于HHT的频谱分析
分析表2和图2~4可知, 除了较低符合外 (30MW以下) , 在同一水头下, 机组各测点的振动或摆度随着负荷增加而逐渐增强, 即随着流量的增加振动逐步增强, 这在一定程度上表明, 水轮机的异常振动与水力因素有较密切的联系。为进一步确诊, 结合旋转机械故障诊断理论, 引入HHT方法对实测振动信号进行频谱分析, 计算其振动主要频率, 并与典型故障集[6，7]相对比, 判断其故障原因。
图5显示了在试验水头26.1m下, 20 MW时顶盖振动的频谱分析, 从图中可以看到诱发机组顶盖摆度增加的激振力的频率约为7.5Hz, 而机组的转频为1.28 Hz, 机组转频与叶片数乘积与7.5Hz非常接近。图6显示在同样试验水头下, 负荷100 MW时机组顶盖振动主频为集中在7.6 Hz左右, 而信号中此频率振动能量绝对占优, 根据水力机械经典故障集[6，7]可知, 该机组的振动是由于水力因素诱发的。
4结语
通过不同水头、不同负荷下, 水轮机各部件振动幅值的变化趋势, 得出水轮机的振动规律:除了极低负荷之外, 机组振动、摆度幅值随负荷增加而增加。即机组振动、摆度幅值随流量增大而增加。这个特征是明显的水力不平衡特征。
由频谱分析可见, 顶盖振动频率基本上在7.5 Hz附近, 这说明机组振动主要来源于水力不平衡。在2010年大修中, 在对轮叶开口的测量发现:轮叶6号-1号、1号-2号、2号-3号的开口比轮叶3号-4号、4号-5号、5号-6号开口要大, 这也恰好说明了水力不平衡的存在。因此, 采用基于HHT方法的振动信号频谱分析和振动时域分析能够较准确的获得水轮机运行状态, 对机组的稳定运行和故障诊断有着重要的借鉴意义。
摘要：针对某电站异常振动机组, 实测不同水头下水力发电机组的顶盖、推力机架、大轴振动、振动情况和尾水管的压力脉动, 分析振动峰值等变量与负荷变化的关系, 并结合HHT频谱分析方法计算其振动频率。研究表明:机组振动频率主要集中在7.5Hz (此频率为叶片通过频率) , 且振动随着负荷增大而增加, 可诊断该现象是水力激振引发的机组振动, 该振动结果在机组检修中得到验证, 充分证明了该方法的可靠性, 这为水电机组的故障振动提供了有益的理论依据。
关键词：水轮发电机组,振动,故障诊断,时频分析,信号处理
参考文献
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[2]张思青, 沈东, 张建蓉, 等.水电站水力机组系统振动研究[J].昆明理工大学学报 (理工版) , 2004, 29 (4) :104-110.
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[4]杨宏.浅析漫湾水电站水轮机转轮裂纹形成原因及预防措施[J].水力发电, 2009, 35 (4) :62-63.
[5]GBT6075.5-2002, 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动第5部分:水力发电厂和泵站机组[S].
[6]翟建平.红岩水电站机组异常振动的处理[J].中国农村水利水电, 2011, (12) :177-180.
电力电缆故障测试方法 篇7
关键词：电缆,故障测试,行波法
1 电缆故障的原因和分类
1.1 故障原因
1) 机械损伤。机械损伤是电缆故障的主要原因, 包括电缆受振动或冲击性负荷等影响造成电缆的铅 (铝) 包绝缘等裂损, 有时轻微的损伤会在几个月甚至几年后才发展成故障原因。2) 绝缘老化变质。由于电热化学作用或地下酸碱腐蚀、杂散电流的影响, 电缆绝缘整体下降;铅包外皮受腐蚀后出现麻点、开裂或穿孔, 造成故障。3) 施工掘劣。电缆接头不按操作程序施工或不按安全要求敷设电缆。4) 过压。大气或内部过压作用, 使绝缘击穿, 形成故障。
1.2 故障分类
电缆故障可分为高阻与低阻故障2种。高阻故障指电缆对外皮或导体之间的绝缘下降, 不能承受正常工作电压, 最常见的是单相对地故障。低阻故障分为开路和短路故障。电缆故障性质分类如表1所示:
注:1) 表中Z0为电阻的波阻抗, 电缆一般在10～40Ω之间;
2) 以上分类是为便于选择测试方法。
3) 低阻与高阻、高阻与闪络性故障的区分不是绝对的。
2 电缆故障探测方法
2.1 传统电缆测试方法
1) 烧穿法。该方法常用在传统的电缆测试设备中, 其优点是简单。但有时会出现故障点碳化。故障阻值反而增高的现象, 长时间的高压也可能对电缆完好部分的绝缘造成潜在的破坏。烧穿法有交流法、大容量高压直流法、高压冲击法3种。电缆故障的精确定点是关键, 通常是监听故障放电的声音, 因而此方法存在一定的局限性。
2) 电桥法。对于电缆的开路故障以及完全生路短路故障, 使用高精度电桥对故障电缆的电阻值测量及电缆的电阻率可估算出故障电缆点距离。这种方法使用设备及操作都很简单, 但受电缆故障类型及电缆材质等因素影响较大, 在实际中已很少使用。
2.2 电缆故障测试的新方法
1) 低压脉冲法。在发射脉冲在传输线上遇到故障时, 由于故障点阻抗不匹配, 产生向测量点运动的反向脉冲, 仪器记录下脉冲与反向脉冲, 用二者的时间差ΔT, 求出故障点距离为:
X=V·ΔT/2其中:V———脉冲在电缆时的传播速度。
据反向脉冲的极性可判断故障性质:断线或接触不良引起的反向脉冲为正, 低电阻或短路故障引起的反向脉冲为负。
低压脉冲反射适用于断线、接触不良、低电阻或短路故障的测试。西安安创科技有限公司利用此法开发了电缆故障测距仪。该设备除能进行故障电缆的测距外, 还可对正常使用的电缆进行长度、电缆接头、断点等的测量。测量精度高、时间短。
2) 高压闪络法。闪络性故障的故障电阻很大, 要用闪络法测量。西安安创科技有限公司利用高压闪络法开发了电缆故障测试一体化高压发生器, 与电缆故障测距仪配合使用, 利用冲闪法原理对电缆大电阻故障进行测量判断。与传统烧结法比较, 测量精度高, 对电缆无大冲击。
3 电缆故障测试设备
3.1 一般电缆故障测试设备的缺陷
国内通常使用的电缆故障测试高压设备是分散式的, 由自耦调压器、升压变压器、硅堆、电容、球间隙及监视仪表等组成。该测试设备存在以下问题:1) 每次使用均需人工接线、查线, 费时且不方便。2) 通过改变球间隙大小 (改变球间隙放电电压) 来改变施加在电缆上的冲击高压, 只能估计大小, 不能准确控制冲击高压的幅值, 且放电时间间隔不可调。3) 改变接线或人工调节球间隙时, 每次均需人工放电, 费时且不安全。4) 无隔音措施, 球间隙放电噪声大。
3.2 新型电力电缆测试设备的优点
1) 设备集装了调压器、升压器、高压硅堆、电容器等, 无需每次使用时人工接线, 使故障测试安全可靠。2) 使用触头代替球形放电间隙, 可预先把储能电容上的电压调整到任意预定值, 有消音措施, 放电噪声小。3) 具有周期性连续冲击放电功能, 特别适于故障定点。在故障定点时, 因连续放电的时间固定, 有利于区别电缆故障放电引起的振动与环境干扰。4) 有人工电容放电按钮, 在电源关闭或停电时, 自动对储能电容放电。5) 使用专用电缆故障测试高压设备, 大大加快电力电缆测试速度。6) 采用计算机技术对故障进行智能判断, 所有参数、曲线及结果均由计算机处理记录, 并可用微型打印机输出。
4 主要技术参数
主要技术参数:交流最大烧穿输入容量≥120KVA;输入电压:380V;输出单相工频:8000V;输出直流实验电压:0～35000V;故障判断精度:±2m。电缆故障测试高压设备采用模块化设计, 各部分相对独立, 保证了设备的可靠性, 减少了故障概率, 提高了故障测量精度, 缩短了故障判断时间。
5 应用举例
某大学低压配电室1条400V埋地电缆出现间断性故障, 导致配电室低压开关经常出现故障跳闸。现场用2500V绝缘表对电缆的绝缘进行测试, 绝缘电阻值为100MΩ, 基本正常。进而利用本设备的直流高压发生器对电缆进行耐压测试, 当电压升至1200V时出现明显的放电现象, 初步判断电缆是高阻接地故障。在初步确定了电缆故障类型后, 决定利用本设备 (GF2000) 的冲闪法, 计算出在235m处有一故障点, 同时电缆故障测距仪在同一地点也测量到1个电缆接头。利用声波探测装置对理论故障点进行定位后, 很快找到了电缆的故障点。结果证明是由于电缆接头绝缘损坏, 导致电缆金属护套间发生间歇性发电短路。
6 结束语
用最新电缆测试技术研制的电力电缆故障测试设备经实际应用证明, 寻找故障点快速且方便, 有一定的使用价值。
参考文献
[1]万四维, 李顺尧.220kV氧化锌避雷器不拆线试验方法及误差分析[J].广东输电与变电技术, 2007.
光纤故障测试的研制与应用 篇8
在网络综合布线系统的光纤通信链路是否符合设计标准,是否满足当前或将来网络传输性能的要求,需要做至少2项测试:Tier1测试(长度与衰减测试)和Tier2测试(Tier1及OTDR测试),OTDR测试需要高精密的的OTDR仪表和专业的OTDR曲线分析能力。
学习者在进行综合布线实训或岗前培训时,师傅会讲解正确的施工方法。但在实训后,学员用仪表测试自己的施工结果,通常通过率都不高。此时很多人认为是因为他们的熟练度不够,可以通过增加训练次数,提高施工工艺水平。但是笔者认为作为光纤布线工程师,如果学员能懂得光缆布线故障的类型、造成这些故障的原因、如何进行故障检测和定位并修复故障,就能取得事半功倍的训练效果,提高光缆布线的合格率,有效减低布线人才培养周期。
而判断光纤布线过程中的故障类型、进行故障检测和定位等都需要丰富的现场施工经验,因此,我们研制了光纤故障测试用例教学模具,它能让学员直观地理解正确的光纤施工工艺,掌握光纤故障排除与解决办法,快速、深刻地学到这些施工经验。
2 调研
近年来,企业和职业院校都开设了综合布线工程技能培训课程,针对光纤施工故障检测与排除技能,我们做了大量的调研,现状如下:
(1)目前企业和高职院校针对学员综合布线技能的培养都建立了培训中心,但针对光纤布线内容则通常停留在理论和认知层面,只有极少数单位购置了OTDR设备,并通过历史测试案例培训学员,测试部分则需要在实际工程师进一步学习。
(2)针对光纤布线施工的各种故障类型的产生原因、检测方法和修复过程则基本没有相关资料,只有在互联网上有一些零星的介绍,学员在施工中遇到问题时通常只有向资深光纤布线工程师寻求帮助,但在培训时则基本未涉及相关技能的训练。
同时,我们也从企业对光纤布线工程师的从业技能和综合布线工程项目实施做了深入调研,结果如下:
(1)光纤布线工程通常都受制于实际施工环境和施工成本而没有完全根据GB50312标准实施,因此在施工时通常都无法将实训环境中的施工样例照搬到实际工程中。在这种现状下光纤布线工程质量往往容易出现问题,测试时存在各类错误,工程师需要花费大量的时间进行故障检测与排除。
(2)企业对光纤布线工程师从业人员都要求有较为丰富的项目经验,特别是对光纤布线施工故障的检测与排除有较高要求,光纤布线工程师的施工质量直接影响了综合布线工程的质量,显然经短期培训的光纤布线工程师因为缺少施工经验基本都不能满足企业对综合布线人才的需求。
因此研制光纤故障测试用例教学模具,应综合考虑以下目标:1.在教学模具中重现综合布线工程中光纤线缆布线的常见故障。2.教学模具中的光纤故障链路可以通过OTDR仪表测试。3.教学模具的故障链路应允许学员查看,提供故障修复接口。4.教学模具应为每一种故障提供故障产生的原因、现象、故障定位、解决方法提供指导性文档。5.教学模具应对光纤的类型、光纤接续、光纤端接等知识启示教作用。6.教学模具应满足综合布线施工规范,具备学员学习光纤布线施工规范功能。7.教学模具应具有轻便性特征,方便教学使用。
3 网络线缆故障测试用例教学模具的设计与制作
3.1 总结故障类型
通过调研并整理各类光纤布线故障,归纳其发生原因及相应处置对策。为兼顾光纤故障箱的便携性和多样性,笔者使用裸纤制作故障链路,并将多种故障在一条线缆链路中予以呈现,例如可以将光纤核心直径不匹配、光纤跳线与光纤模式不匹配这2种故障在一条链路上实现,最终本教学模具设计并制作了4条典型链路,实现了6大类中的13种常见线缆故障,基本覆盖了光纤线缆布线故障,如表1所示。
3.2 教学模具结构设计
本教学模具共使用了2.7公里的光纤,考虑到容积率,笔者仅使用裸纤和尾纤来敷设光纤链路,并通过改造光纤配线架实现本教学模具。如图1所示,本教学模具的外观为一个1U12口光纤配线架,裸纤(5)和尾纤(2)都盘绕在盘纤盒(3)中,裸纤和尾纤熔接后固定在光纤热熔管中(7),并固定在接续盒(6)中,尾纤连接到光纤耦合器(9)中,实现6个光纤故障案例。教学模具还安装了室内光纤(4)和室外铠装光纤(5),并对本故障箱的所有光纤产品做标注,使得本模具具备较好的光纤认知和光纤端接教学功能。光纤配线架面板为透明树脂玻璃,直观大方。
3.3 教学模具功能设计
通过该光纤故障测试用例教学模具,重现了光纤宏弯、熔接不良、端接不良、模式不匹配等光纤布线故障,可实现光纤产品认知的教学;光纤链路的测试、检测和故障排除的教学与实训;光纤综合布线施工方法的教学与实训;光纤Tier1和Tier2的教学与实训;“验证测试与认证测试”的教学与实训等
4 教学模具使用方法与应用效果
基于该教学模具,学生和社会培训学员直观的认知了光纤布线施工方法、结合光纤OTDR测试仪,可以快速将光纤故障检测与排除理论知识和本故障箱故障检测与排除的实践想结合,直观快速的让学员掌握了光纤布线的各类故障产生的原因、检测与修复过程,结合配套文档,对当前光纤安装与维护人才的培养启事半功倍的培训效果。
5 结语
“光纤线缆故障测试用例教学模具”及时解决了综合布线工程中的光纤认知、光纤布线施工、光纤系统测试等内容的培训载体问题。目前大多中高职院校都建立了综合布线实训室,这些实训室对光纤故障检测与排除教学模具都有较大需求,考虑到该教学模具成本约两千元,而市场价值约五千元,目前正申请专利,并联系生产厂家量产并推广至实训室和企业培训机构,应能产生较好的经济效益。
摘要：针对光纤布线与维护岗位的光纤故障检测与排除技能培训需求,研制光纤故障测试用例教学模具,提供常见光纤故障链路并配套各种故障解决方案文档,以高效培养光纤故障检测与排除技能。
关键词：光纤故障测试,教学模具,研制与应用
参考文献
[1]李德明.光纤断点故障检测仪的硬件设计[J].电子世界,2013(17).
[2]梁爽.OTDR事件分析和故障判断的研究与实现[J].光通信技术,2007(1).
高频通道元件测试及故障处理 篇9
目前高频通道主要采用相地制耦合通道, 即利用输电线路的同一相两端高频耦合和分离设备, 将高平收发信机接在导线和大地之间, 利用输电线路的一相 (又称加工相) 和大地构成高频通道。在该输电线路上, 既传输工频电流, 同时还输送高频信号。该中接线方式的优点是简单经济, 因此在我国国内得到了广泛的应用。
1 高频通道组成
高频通道的原理接线图如下。各部分的功能简述如下:
1) 保护装置:判断线路故障为区内还是区外故障, 控制收发信机发信。
2) 高频收发信机:发送和接收高频信号, 其发送高频信号通过保护装置控制。
3) 高频电缆:连接户内高频收发信机和户外结合滤波器。
4) 结合滤波器:与耦合电容组成带通滤波器, 同时起到一个阻抗匹配作用, 以减少功率衰耗, 使高频收发信机的收信功率达到最大, 同时使得高频收发信机与高压线路起到电气隔离的作用, 以保证高频收发信机和人身安全。
5) 保护间隙:高频通道辅助设备, 使高频收发信机和户外结合滤波器、高频电缆免受过电压侵袭。
6) 接地刀闸:高频通道辅助设备, 检修高频收发信机和结合滤波器时, 将其接地, 以保证人身安全。
7) 耦合电容器:电容量很小, 对工频电流具有较大的阻抗, 但对高频信号阻抗较小, 即通高频、阻工频。
8) 阻波器:由电感线圈、可调电容、电阻组成的并联谐振电路, 当谐振频率选用载波频率时, 其对高频信号的阻抗很大, 本线路的高频信号难以流入其他相邻线路。对工频信号, 其阻抗很小。即通工频, 阻高频, 与结合滤波器和耦合电容其组成的带通滤波器功能相反。
9) 输电线路:与其他设备一起构成高频通道, 传输高频信号。
2 典型高频通道参数
高频通道故障处理, 掌握一组典型的高频通道参数作为参考, 可方便查找故障。阻波器阻抗, f=50Hz, Z=0.4Ω, f=载波频率z>1000Ω。对于结合滤波器, 变换器变比为2∶1 (线路侧:电缆侧) , 在满足阻抗匹配时, 参考如下数据:当线路侧输入阻抗Zc=400Ω, 电缆侧输出阻抗Zc=100Ω。当线路侧输入阻抗Zc=300Ω, 电缆侧输出阻抗Zc=75Ω。高频通道典型各点电平运行参数如下 (以本侧发信, 对侧收信) :
本侧发信机输出电平 (A点) (10W) :31dB。
本侧结合滤波器电缆侧电平 (B点) :30dB。
本侧结合滤波器线路侧电平 (C点) :36dB。
对侧结合滤波器线路侧电平 (D点) :26dB。
对侧结合滤波器电缆侧电平 (E点) :20.2dB。
对侧收发信机收信电平 (F点) :19dB。
当线路对侧发信, 本侧收信, 其各点电平与上述对称, 若实际数据与上述出入较大, 主要是线路长度的问题。
此外, 很多文献对于dB与dBm混淆, dB表示电压电平, dBm功率电平。下面三式即为功率电平和电压电平计算式子, 本文只给出计算式子, 具体推导见文献[1]。
3 高频通道故障检查
本文以LFX-912, 电缆侧特性阻抗75, 线路侧特性阻抗300为例说明高频通道各元件测试方法。
3.1 收发信机测试
将收发信机置于负载位置, 断开其与外界通道联系。短接端子12和10, 启动发信, 在面板上负载和公共端子用电平表高阻、不平衡方式测量发信电平。该发信电平值应加上内部所投的衰耗值20dB, 即为实际的发信电平。若收发信机发信电平为10W, 则负载端所测发信电平为11dB。若该电平值与正常值比较, 相差较大, 则收发信机功率放大或电源插件有问题。
3.2 高频电缆测试
将高频电缆的两端 (A、B) 断开, 摇测高频电缆芯与屏蔽层绝缘电阻, 应大于100M, 该测试结果表明电缆芯与屏蔽层绝缘良好。将B点电缆芯接地, 在A点测量电缆芯与地的电阻, 若电阻只有几欧, 说明电缆芯没有开路。可以采用同样的方法测量高频电缆屏蔽层。最后综合测量, 将B段屏蔽层与电缆芯短接, 在A端测量电缆芯与屏蔽层的电阻, 该电阻值应大于前面单独测量电缆芯和屏蔽层的电阻值, 阻止仍然很小, 若阻止达到几百欧或以上, 则高频电缆有损坏, 应更换高频电缆。
3.3 结合滤波器测试
结合滤波器作为高频通道的关键设备, 平时故障率较高, 检查应较为仔细。对采用回拨衰耗桥测试, 见文献[2], 需较多电阻, 现实条件难以满足, 对于测量结合滤波器工作衰耗的方法, 见文献[7]。本文介绍的方法如下:带通道测试, 本侧收发信机发信时, 测量B、C两点电平。由于结合滤波器两侧的特性阻抗已知, 若结合滤波器正常, 两侧功率相等, 满足下式:
其中、LC、LB为C、B电压电平, bt为结合滤波器工作衰耗, 一般去0.5～1.3dB。上式化简得:
当结果满足该式, 可判断结合滤波器没有问题。不满足时, 若电缆侧正常, 可将结合滤波器线路侧拆掉, 采用模拟耦合电容器和无感电阻做上述试验, 验证上式, 可判断结合滤波器的好坏。
3.4 高频阻波器测试
文献[8]提出在线路允许短时停电时, 可以采用拉合接地刀闸的方法, 测试阻波器的好坏。在线路不允许停电时, 我们可以采用测量输入阻抗, 分辨阻波器的好坏。在高频电缆和结合滤波器之间串联一个很小的无感电阻 (r=5欧) , 具体接线见图2。其中2可以采用短接收发信机的10、12端子, 启动长期发信, 也可以采用数字振荡器输出。可用电平表测量该电阻两端的电平值, 根据下式计算线路侧输入阻抗:
文献[3]中, 将r接于结合滤波器二次侧的做法, 相比本文上述方法, 在原理上两者均能有效的测出线路侧的输入阻抗, 但其值含义不同, 文献[1]提出的方法测量的是从结合滤波器二次侧向线路方向的输入阻抗, 其值应为75欧, 但本文所提方法, 则是测量结合滤波器一次侧向线路方向输入阻抗, 其值应为300欧。同时本文所提方法, 在电平值很小时测量值上更加准确, 更有利于准确的测量线路侧输入阻抗, 有效的分析出阻波器故障。原因在于, 结合滤波器一次侧的电平值一般高于二次侧, 在电平表的测量范围内, 电平值越高, 测量更加准确, 同时对于整个电路来说, 将r接于一次侧更能减小整个回路阻抗, 能更有效的达到阻抗匹配, 测量的误差也相对较小。使用该测量方法时, 因结合滤波器一次侧接线测量, 为保证人身安全, 接线前, 应将接地刀闸合上, 测量时断开。
3.5 高频通道典型故障分析
“3dB告警”处理:阻波器损坏, 导致结合滤波器两侧的阻抗不能匹配, 耦合电容器电容值发生变化、高频电缆故障、发信机发信电平过低及天气因素的影响。在确认各部分元件单独测量均没问题时, 可测量在结合滤波器两侧分别测量其输入阻抗, 比较两侧阻抗是否匹配。具体处理方法见文献[1]。
两侧收信侧无法收信:这表明高频通道出现了开路, 极有可能是高频通道中的某个部件损坏, 可通过测量A、B、C、D、E、F各点电平确定, 对于该类型故障, 本文将结合故障实例在后续章节重点介绍。
4 两起高频通道故障及其处理
4.1 高频通道故障处理案例1
2008年5月23日, 荷城站220kV砚荷乙线A相通道交换时, 无法收到对侧高频信息, 同时对侧也无法收到本侧高频信号, 报省中调申请退出该相主保护。初步判断高频通道出现了断路, 两侧继保人员赶到变电站, 首先检查收发信机是否正常, 两侧的均置负载位置, 短接两侧收发信机后启动发信端子, 本侧发信电平31.5dB, 对侧发信电平30.5dB, 观察收信插件电平显示均正确, 可以肯定两侧收发信机均无故障。然后测量开关场地高频电缆带通道和不带通道时 (断开其与结合滤波器连接) 电平值。带通道时, 本侧30.7dB, 对侧29.8dB, 不带通道时, 本侧31.2dB, 对侧30.1dB。由此可得两侧高频电缆均无问题。下一步, 检测两侧结合滤波器, 此时须测量结合滤波器两侧的电平值。仍然采用带通道和不带通道测量, 本侧, 带通道测量时, 二次侧30.7dB, 一次侧0dB。不带通道测量时, 二次侧31.2dB, 一次侧0dB。根据该数据初步怀疑本侧结合滤波器有问题。为了进一步确认, 采用对侧发信, 带通道测量, 对侧结合滤波器二次侧29.8dB, 一次侧35.6dB, 本侧结合滤波器一次侧24.5dB, 二次侧0dB。本侧结合滤波器有问题。将结合滤波器拆下, 利用模拟电容和无感电阻模拟高频通道测量结合滤波器工作衰耗, 发现其一次侧不能感应二次侧电平值, 二次侧也不能感应一次侧电平值。更换结合滤波器, 更换前测量其工作衰耗0.9dB, 符合要求。更换结合滤波器后, 通道恢复正常, 测量值如下:本侧发信:A点31.1dB, B点29.9dB, C点34.6dB, D点25.4dB, E点20.2, F点18.5dB。对侧发信:F点30.7dB, E点29.2dB, D点33.8dB, C点23.5dB, B点19.2dB, A点18dB。
4.2 高频通道故障处理案例2
2009年6月17日荷城站砚荷乙线B相通道故障, 故障现象如下:按通道试验按钮, 收信指示灯无显示, 对侧通道测试, 偶然有一次收发信均能正常。后来再试, 两侧均不能收到信。查看现场, 按通道交换按钮, 用数字电平表测量发信电平, 无显示, 短接启动发信节点, 数字电平表仍然无显示。因该线路处于热备用状态, A屏通道测试, 数字电平表仍然无显示, 判断数字电平表测量有误。因只是测量通道的通断, 改用万用表频率档测量。两侧收发信机均置负载位置, 进行收发信机测试, 发信正常, 收信也正常, 判断收发信机无问题。本侧通道测试, 并测量本侧结合滤波器两侧频率值如下:
因之前有过结合滤波器故障, 导致两侧均未收到信息, 怀疑其中一侧结合滤波器损坏, 或者是结合滤波器中的避雷器损坏。本侧将避雷器拆下, 单独对其测量电阻, 阻抗有5M以上, 说明避雷器是好的。将本侧结合滤波器一次侧与耦合电容器的接线拆除, 通过收发信机发信, 测量结合滤波器二次侧的电量频率, 均可以测到82kHz频率且与A屏的电压数值相差不是很大。由此可判断本侧结合滤波器是好的, 可能对侧的结合滤波器坏了。但此时对侧通道测试, 对侧结合滤波器一次和二次侧的的电平分别是36dB和31dB, 本侧结合滤波器外上端测量得到50Hz工频 (线路泄露电流) , 结合滤波器里一次侧和二次侧均无频率显示, 可以判断对侧结合滤波器也是好的, 且故障应该在本侧。为进一步确认结合滤波器两端阻抗匹配程度, 将本侧的结合滤波器与耦合电容器的连线拆除, 利用南网高频通道测试盒, 测试本侧收发信机和结合滤波器一二次侧阻抗匹配情况。将结合滤波器的一次接线与5000pf、300欧电阻串接, 5000pf电容模拟耦合电容器, 300模拟线路匹配阻抗, 具体接线图可参考结合滤波器工作衰耗测试接线。利用收发信机常发信, 测量电容和电阻的电平频率, 结果发现与A屏的数据结果一样, 可以肯定结合滤波器两端阻抗匹配是没有问题, 故障可能处在一次阻波器和耦合电容器上。但因阻波器损坏, 只是影响电平值变小, 分流衰耗过大, 但通道还是通的。怀疑因最近雷雨较多耦合电容器可能被击穿, 从而使得本侧线路直接接地, 但是线路电压仍然正常, 由此可见耦合电容器未击穿。一筹莫展时, 突然发现耦合电容器引下线 (到结合滤波器) 与耦合电容器支柱离得很近, 后发现时是贴着边缘金属。用钳子将引下线往外扯, 有电流的响声。怀疑是引下线与金属边缘有接触导致接地。虽然原来有油漆, 但是因最近雷击较多, 在不断地放电, 将引下线金属边缘的的空气电离, 并将油漆烧坏啊, 从而导致了接地。将引下线与边缘金属之间用绝缘胶布包好, 并向外扯, 以保证两者绝缘良好。再进行通道交换, 在A、B、C点均能82kHz电平, 且收发信机显示的收发信电平也恢复正常。
从本次的故障处理中, 对于断路型高频通道故障, 可以采用万用表查找故障, 且在高频通道各原件均正常时, 出现断路故障, 很有可能是某个部分有接地、接触不良导致的。
5 结论
220kV线路主保护运行与高频通道息息相关, 必须引起足够的重视。本文重点讲述高频通道中重要元件故障查找, 其中对结合滤波器和阻波器故障判断, 本文分别介绍了两种新方法。最好通过两个高频通道故障处理的例子, 说明高频通道故障处理的一些基本的方法和步骤。
摘要：本文首先介绍了高频通道构成及各部分元件的功能, 并给出了高频通道的匹配阻抗值和高频通道各测量点的一组典型运行值。然后对高频通道中一些易出问题的元件测试方法进行了介绍, 重点讲解了本文所提的检测结合滤波器和阻波器的方法。最后本文通过两个高频通道故障处理案例, 进一步讲述了高频通道故障处理的一些基本步骤和基本方法。
关键词：高频通道,结合滤波器,阻波器,收发信机
参考文献
[1]何永波, 朱志甫, 李向上等.高频通道组成及通道故障的常见处理分析[J].重庆科技学院学报, 2007.
[2]南京南瑞继保有限公司.LFX-912继电保护专用收发信机说明书[M].南京.2004.
[3]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].北京:中国电力出版社, 2006.
电力电缆故障的判断和测试 篇10
一.电力电缆故障的类型
电力电缆由于机械损伤、绝缘老化、施工质量低、过电压、绝缘油流失等都会发生故障。根据故障性质可分为两大类型:第一类型为电缆导体损伤产生的故障;第二类型为相对相之间或相对地之间绝缘介质损伤产生的故障, 这种故障一般表现为低阻、泄漏性高阻和闪络性高阻三种情况。
1.开路故障:如果电缆绝缘正常, 但却不能正常输送电压的一类故障可认为是开路故障, 如芯线似断非断, 芯线某一处存在较大的线电阻及断芯等情况。一般单纯性开路故障很少见到, 多数表现为与低阻或高阻故障并存。
2.低阻故障:如果电缆绝缘介质损伤, 并能使用“脉冲法”测试的一类相间或相对地的故障称之为低阻故障。判断低阻故障的标准不能单以故障点的阻值大小来定论。低阻故障一般与测试仪器的灵敏度、测试仪器与被测电缆的匹配状况、被测电缆的型号 (或衰减状况) 、故障点发生的部位以及电缆故障点到测试端的距离等因素有关。
3.泄漏性高阻故障:如果电缆的绝缘电阻值较高而不能用“脉冲法”测试, 而当电缆的泄漏电流随所加的直流电压的升高而连续增大, 并大大超过被测电缆本身所要求的规范值时, 这种类型的故障称为泄漏性高阻故障, 即电缆绝缘介质损坏并已形成固定的电阻通道, 但阻值比较高。泄漏性高阻故障与低阻故障时相对概念。
4.闪络性高阻故障:在电缆的预试电压范围内, 当电缆的预试电压加到某一数值时, 电缆的泄漏电流值突然增大, 其值大大超过被测电缆所要求的规范值, 这种类型的故障称为闪络性故障, 这种故障点其绝缘虽然损坏, 但没形成固定的电阻通道。
二.电缆故障点的测试方法
在20世纪70年代以前, 广泛使用的电缆故障测试方法是电桥法, 包括:
电阻电桥法:主要用于测试电缆相间或相对地电阻值比较低 (一般小于1 0 KΩ) 的电缆故障, 但要求故障有一好相或相同型号的辅助电缆才能采用此方法。
电容电桥法:主要用于测试电缆的断线故障。
高压电桥法:主要用于测试电缆相间或相对地电阻值较高的部分故障。与电阻电桥法一样, 要求故障有一好相或相同型号的辅助电缆才能采用此方法。
采用电桥法测试时, 如果电缆的故障电阻值很高时, 一般采用高电压、大电流对电缆故障点进行“烧伤”, 使故障点阻值变低, 然后再采用相应的电桥法进行测试。但这种测试方法误差较大, 而且对某些类型的故障无法测量, 所以目前几乎不再使用电桥法测电缆故障。
许多电力公司采用低压脉冲 (锤击) 法, 此方法主要用于测试电缆的低阻、开路故障, 校准电缆的长度。这种技术在一个简单的电缆系统中探测高阻故障是最有效的。脉冲法包括采用一个脉冲电流或冲击电压来冲击停电的电缆, 当一个有效的高压脉冲击中故障区域时, 故障点就闪络, 并产生一个操作人员可听见的沿电缆表面传输的锤击声。但探测电缆故障往往需要几次锤击, 多次重复冲击可能会损坏电缆。由于这种方法简便易行、操作简单而被操作使用人员所接受。
目前最为流行测试方法是闪测法, 因其具有故障可测率高、测试速度快等优点而得以普及, 这也是目前国际上流行的主要测试方法。它包括直流高压闪络法 (简称“直闪法”) 和冲击电压闪络法 (简称“冲闪法”) , 最常用的是冲闪法。冲闪测试精度较高, 操作简单, 对人的身体安全可靠, 主要用于测试泄漏性高阻故障, 按其脉冲电流、电压取样不同, 可分为电压取样冲闪法和电流取样冲闪法两种, 脉冲电流法最主要的优点有:测试线路相对简单;仪器通过电流互感器与高压测试部分隔离, 相对安全;对于在几公里以外的远距离故障, 测试波形反射幅度较大, 容易判读, 其主要缺点有:故障的可测率及准确率相对于电压法要低;有一些故障用电流法测试时, 不出现故障点反射波形, 特殊故障测试时容易产生误判断;有些故障测试波形容易产生自激振荡, 不易判读;测试盲区较电压法大一倍。脉冲电压法主要优点有:故障的可测率相对较高;通过看波形可直接判断故障点是否闪络放电;测试波形虽然相对复杂, 但特征明显且抗干扰虚报性能强;可信度高, 不易误判断;测试盲区比电流取样法小一倍。其主要缺点有:测试线路相对复杂;采用电阻分压取样波形, 在分压比较大时, 有可能损坏仪器。目前根据闪测法研制生产的仪器种类很多, 其测量原理基本相同, 该设备一般主要由两部分组成, 即高压发生装置和电流脉冲仪。高压发生装置是用来产生直流高压或冲击高压, 施加于故障电缆上, 迫使故障点放电而产生反射信号。电流脉冲仪是用来拾取反射信号测量故障距离或直接用低压脉冲测量开路、短路或低阻故障。
三.电力电缆故障测试及判断
下面以故障点电阻为依据简述一下测试方法:
(1) 当故障点电阻等于无穷大时, 用低压脉冲法测量容易找到断路故障, 一般来说, 纯粹性断路故障不常见到, 通常断路故障为相对地或相间高阻故障或者相对地或相间低阻故障并存。
(2) 当故障点电阻等于零时, 用低压脉冲法测量短路故障容易找到, 但实际工作中遇到这种故障很少。
(3) 当故障点电阻大于零小于100Ω时, 用低压脉冲法测量容易找到低阻故障。
(4) 闪络故障可用直闪法测量, 这种故障一般存在于接头内部, 故障点电阻大于100Ω, 但数值变化较大, 每次测量不确定。
(5) 高阻故障可用冲闪法测量, 故障点电阻大于100Ω且数值确定。一般当测试电流大于15mA, 测试波形具有重复性以及可以相重叠, 同时一个波形有一个发射、三个反射且脉冲幅度逐渐减弱时, 所测的距离为故障点到电缆测试端的距离;否则为故障点到电缆测试对端的距离。
四.结束语