电力电缆故障测试方法

电力电缆故障测试方法（精选10篇）

电力电缆故障测试方法 篇1

摘要：在铁路系统及工矿企业中大量地使用电缆进行供电, 电缆出现故障会对各行各业和社会造成巨大的经济损失, 甚至威胁人民生命安全。因此, 找出电缆故障的原因和有效的预防措施及处理方法, 以减少电缆故障对铁路系统及工矿企业产生的影响, 避免由此而引发的经济损失。

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.

[2]黄冬生.电力电缆故障探测技术的应用[J].广西电力, 2006.

电力电缆故障探测方法的探讨 篇2

关键词：电力电缆；故障探测；方法探讨

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）17-0100-02

随着社会的发展，采用电缆供电的范围越来越广，特别是城区内，供电有电缆化的趋势。但随之带来的问题是电缆故障的查找较架空线路故障来得难。特别是交联电缆的广泛使用后，故障查找的难度越来越大。

1 低阻故障测量方法

①电缆故障探测方法最早使用的是电桥法。电桥是成品，其电压E的大小档位是固定的。所以，电流的大小关键取决于电缆故障对地的电阻值r。当故障点对地电阻r的值很小时，其准确率较高；当故障点对地电阻r的值大于电源电压值许多倍时，桥体电源很大一部分电压降将损失在这个电阻上，导致检流计很不灵敏，测量误差增大。由于电桥法使用的时间长，有人称为古典法，其接线较简单，容易掌握。

为了减少由于电流小，造成检流计很不灵敏引起的误差，可提高检流计的灵敏度或电源电压。但这两种措施都是有限的。提高检流计灵敏度的办法一般在检流计前加装直流放大器，但放大器增益过高会使零飘问题严重。提高电源电压会产生桥体对大地和桥体对操作人员的绝缘问题。当电源电压升到一定值，故障点接地电阻r往往表现为很不稳定，此时如果r突然击穿，将会产生大电流，检流计和桥体的电阻都可能因大电流而烧毁。利用电桥测量电缆故障当电缆故障电阻较大时就有其局限性。电缆故障能直接使用电桥法测量的，据有关资料统计只能为总故障的40%以下。有很大一部分的故障需将故障点的对地电阻降低，也就是俗话讲的烧穿法。这种方法对油浸电缆往往有效。據有关资料统计，上海地区过去多采用油浸电缆。故障测量直接利用电桥法可测率为60%左右。但随着交联电缆的普遍使用，近年来上海地区使用电桥法测量故障的有效率大大不如以前。关键是交联电缆很难采用烧穿法将其故障点对地电阻降低。因为交联电缆的主绝缘是固体的利用电压烧穿的话有可能使之灰化，反而使故障点对地电阻增加。例如：1996年12月，在一次两个开关站间的联络电缆的故障测量中，起初用500型万用表测得故障点对地直流电阻为100 kΩ。经加压烧穿用500型万用表复测故障点对地直流电阻为+∞。用500 V兆欧表测得绝缘为11.3 MΩ。因此而无法采用“电桥法”来测量故障点位置这是交联电缆比油浸电缆故障难测量的原因之一。

②低压脉冲法是随着电子技术的发展，脉冲技术在电缆故障测试中得到应用。它的原理是利用脉冲信号送入电缆线路，遇到特性阻抗不匹配时产生反射这一原理来检测故障点的位置。这种方法测量断线和短路故障较有效。而这两种故障性质占电缆故障的20%左右。对交联电缆的故障电阻，不能采用烧穿法来降低。所以该种方法在测量交联电缆故障时有一定的局限性。

2 高阻故障测量法

①冲闪法。冲闪测试时，若故障点不放电，那得考虑以下原因。其一，此原因也即目前利用闪络法测量高阻故障不放电时，往往被忽略的原因。即电容容量偏低。放电能量P与电压U和电容的容量C有关（P=UC÷2）。电压U受电缆的电压等级限制，不可能无限增大，那只能增加电容的容量。而实际上，平时所采用的电容往往是就地取材。就电力部门来讲，10 kV的并联电容最多。一般所采用的电容就是10 kV的并联电容，其容量一般不到2 μF。能量往往不足使故障点放电。实际中发现电容容量为2 μF耐压为40 kV，一般均能使故障点放电。其二，是电缆大面积受潮，放电的能量要求很大，此时应尽量设法增大电容容量和提高放电电压。其三，可能是交联电缆屏蔽层断裂，不能形成回路，仪器无法采集到波形。若确是这种情况，只能直接定位。只要故障点放电了仪器一般能采集到其放电波形。1996年12月的那次故障测量后来就是采用冲闪电压取样测出的。冲闪法可测所有电缆故障。

②用直闪法来测量电缆闪络性高阻故障。同冲闪法相似。所不同的是冲闪法球隙间为一定距离，而直闪法是两球直接相切，球隙间没有距离。使用直闪法须注意以下问题：为了人身和仪器的安全，首选电流取样法；升压变压器接地与电容接地分别连至电缆接地线上。电缆接地线一定要与安全接地系统相连；在测试过程中闪络性故障可能变成泄漏性高阻故障。此时，应变换测试方法；有波形故障点就是有放电，没波形故障点就没放电。

③特殊故障测量。其一，故障点在仪器盲区时。这种情况往往是始端头故障，故障点放电了，但仪器采集不到波形，此时可采用以下几种解决方法：观察毫安表的读数。若读数达15 mA，可认为放电了，此时始端头往往会发热；将球隙放至电缆的另一端，直接定点；将所有设备搬至电缆的另一端进行测试；在始端加长电缆长度，一般不少于20 m，进行测试。其二，故障靠近测试端附近。采集到的放电波形可看到故障点多次反射。任意两次反射之间的距离即为故障距离。但为减小读数误差往往采用读几次相邻反射之间距离求平均值。

3 精测定位

不同电缆故障性质采用不同的测量方法进行粗测，分析判断得出故障点距测试端的距离。但是具体的确切的位置还须借定点来完成。较早使用的定点仪较简单，它只能靠接收声音的大小来判断故障点所在的位置，严重受外界环境干扰。往往须在夜深人静时进行定位。随着各项技术的发展，有了音频法、振动法、声测法等多种方法供电缆故障精测使用。油浸电缆故障点的放电声音容易区别，在定位时较容易定出。交联电缆的定点就相对难点。其原因有两点：故障多为封闭性故障；电缆中的铜屏蔽地线之间存在很大电阻，特别是接头处，当然还有产品质量本身的问题，造成在定点时整条电缆可听到声音。针对这两方面原因，采取以下各种方法来解决：

①采用音频法。主要定点断线和纯短路这两种故障。克服纯短路时故障点声音太小与整条电缆的声音区别；断线不放电这两种情况。

②封闭性故障往往是在中间接头处。此时可以寻找其振动点。或者，采用搬动接头在电缆端头测量直流电阻。该方法在多次实际中使用过。

③采用声测法。着重区别故障点的放电音同其他声音的区别。要抓住交联电缆的非故障点的声音较小且较沉。而故障点的声音较大且清脆。离开这个位置声音马上不一样。再者要区别是否是电磁干扰。方法是提起探头，仍有声音，即是电磁干扰声，非故障点放电声。

4 结 语

电力电缆的普遍使用，故障测量也将越来越受到人们的重视。对于各种电缆故障只要正确地应用“电桥法”，“低压脉冲法”和各种“闪络法”。电力电缆故障点的粗测一般不成问题。而相对困难的是交联电缆的定位问题。只要胆大心细，认真总结经验，正确操作仪器，便能很快找到故障点。

参考文献：

[1] 李剑峰.电力电缆断线故障点测试方法[J].煤矿机械，2010，（7）：45-46.

电力电缆故障测试方法 篇3

1 电力电缆故障判断与确定的重要性

电力电缆是传输和分配电能的一种特殊导线, 它可敷设在电缆沟内, 也可直接埋入地下。它具有不受风霜、雨雪、冰雹、鸟害等侵害, 供电可靠, 维护工作量少, 防潮、防腐和防损伤等优点。

随着国民经济建设的高速发展, 各种类型的电力电缆在各行各业得到了广泛的使用。随着改革开放现代化建设的步伐加快, 各单位的用电量也迅速增加。尤其是现代化城市的建设, 要求具有整洁的市容市貌, 为了城市的美化和供电安全可靠, 电力输送由架空线路逐步被电缆所取代。可是由于诸多原因, 电缆会出现各种故障, 一旦故障发生, 若不能及时排除将会造成重大经济损失和无法挽回的政治影响。因此, 如何迅速、准确地判断故障点, 显得特别重要。

电缆故障一般无法通过直观法直接发现故障点, 只有通过仪器测试手段才能判断故障性质及故障点与测试点之间的距离, 最终确定故障点。

2 产生电缆故障的原因分析

电缆发生故障的原因是多方面的, 在现实生活中主要有以下几种常见的原因:2.1电缆受外力损伤。这主要是由于行政部门监管不严, 同时, 施工单位对电缆保护意识淡薄以及供电企业的巡查力度不够引起的, 约占电缆事故的40%。2.2电缆外部机械损伤。由于电缆施工单位没有严格按照施工标准的要求来进行施工或者质量监管不到位, 造成电缆外部损伤或电缆敷设时留有隐患, 导致电缆运行一段时间后存在击穿现象。2.3电缆负荷过大。在供电负荷高峰期时电缆长期过负荷运行, 致使电缆运行温度超过电缆正常运行时的允许温度, 导致电缆终端接头、中间接头或电缆薄弱处首先被击穿。2.4电缆受外界环境影响。由于受地质条件的影响, 导致电缆保护层受到化学和电腐蚀等, 使用时间过久, 致使保护层失效或电缆外铅皮被潮气侵入, 最终导致电缆击穿。在污秽严重的地区, 电缆终端头套管可能出现污闪, 也可能造成短路事故。2.5曾发生过接地短路故障。由于当时故障未被发现, 电缆依然运行, 但经过一段时间后电缆被击穿。2.6施工工艺的影响。由于电缆施工人员没有经过专业的培训或未按标准施工, 导致施工人员在制作电缆头或中间接头时工艺质量差, 造成电缆运行一段时间后出现电缆头或中间接头爆裂现象。

3 电力电缆故障点测试方法

电力电缆的故障点测试在国内外的电力系统都是难点, 目前为止还没有最为科学和绝对准确的故障点测试方法, 在电力工程及生产建设实践过程中, 我国的工程技术人员总结出了一些电力电缆故障点测试的方法, 主要有以下几种:

3.1 粗测距方法。

3.1.1经典电桥法:将被测电缆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, 调节电桥两臂上的一个可调电阻器, 使电桥平衡, 利用比例关系和已知的电缆长度就能得出故障距离。3.1.2驻波法:根据微法传输原理, 利用传输线路的驻波谐振现象, 对故障电缆进行测距, 本法适用于测低阻及开路故障。3.1.3高压脉冲法:利用放电脉冲在电缆中传播及反射, 用数字示波器 (或手提笔记本电脑虚拟示波器测出反射脉冲的位置比例算出故障点的位置。3.1.4低压脉冲法:对低阻击穿、短路、开路故障可在电缆芯线上施加脉冲讯号。讯号在电缆传播及反射, 用数字示波器或手提笔记本电脑虚拟示波器等测出脉冲波形而算出故障点的位置。3.1.5故障点烧穿法:故障点烧穿法应用于高阻故障, 设备通过输入直流负高压, 对高阻故障点进行处理, 使故障点产生电弧放电并碳化绝缘介质, 碳化连接点是低电阻的, 使高阻故障变成低阻故障。3.1.6闪络法:利用故障点瞬间放电产生多次反射波, 测量电缆的闪络性高阻故障;还包括冲击高压闪络测量法 (冲闪法) 。

3.2 精确测距方法。

在粗测距离的基础上, 精确地确定故障点所在实际位置, 以便立即进行检修。目前精确定位的方法包括冲击放电声测法、音频法及声磁传播时间测量法。3.2.1声测法 (含声磁同步法) 。在故障测寻过程中给故障电缆加上一个幅度足够高的冲击电压, 故障点发生闪络放电的同时, 还会产生相当大的放电声, 这种声音可传至地表面, 利用这种现象来定点可以准确地找出故障点。3.2.2音频法。音频法是基于电缆两芯线里流动的电流产生的磁通的相位差和故障点前后磁通变化的规律性而发展起来的。这种方法对于低于100Ω的故障电阻, 一般能成功测定故障点。3.2.3声磁传播时间测量法就是在冲击脉冲放电的同时, 沿电缆敷设路径的地面, 取某一测量点, 根据声波在介质的传播速度及声波从故障点传到测量点的时间计算出该点到故障点的距离。

4 电缆故障探测技巧

4.1 定点技巧。

定点时, 故障相加冲击电压, 使故障点闪络时, 既发射电磁波又有振动波, 专用的定点仪接收的是振动波, 如果球间隙在放电时, 故障点不闪络, 定点仪收到的是声波, 此信号是小而脆, 即“当、当”好像是金属器物撞击声, 也找不出最响点。如果故障点闪络, 定点仪收到的是振动波, 离故障点越近声音越大, 响声发闷, 有振动感。即为“嘭、嘭”或者“咚、咚”声音, 如找出最响点, 就是故障点的真空位置。

如定点时现场环境的复杂各种声音都会经探头传给定点仪的放大电路。遇到这种情况, 就只好靠同步定点方法进行定点。用这一方法, 通常情况下很快就能确定故障位置。

4.2 声音鉴别技巧。

清楚电缆头的制作工艺, 可排除电缆故障误判断的可能。电缆中间头地线连接虚, 有可能导致该处声音较大, 误认为是故障点, 这一点在检测时应尤为注意。

4.3 首端故障判别技巧。

如果故障点在测试端附近, 致使故障点的放电声会被球隙的放电声所淹没。因此故障点的放电声不易被测寻人员收听, 当然也就无法定点了。当遇到这种情况时, 将球间隙放到另一端完好相与故障相之间, 这样, 当故障点放电时就比较容易收听, 就不会因球间隙放电声的干扰而难以辨别。

4.4 波速选择。

一般来讲, 测试仪或相关资料给出了不同类型的电缆对测试波的传播速度, 但实际发现, 电缆厂家因选择电缆材质和制作上结构尺寸的差异, 不同厂家的实际传播速度尚存在差异, 我们可以在固定的电缆长度上实际测量, 作为该厂家电缆的传播速度值。不能刻板地套用理论传播速度, 以减小测量误差。

结语:电缆线路的安全运行与人们的生产、生活息息相关, 电缆线路的故障隐患严重地威胁着人民生命财产的安全。因此, 电力电缆故障的测试与查找成为供电企业不可回避的重要课题。可以说, 电缆故障判断测试是一个相对复杂的系统工作, 故障成因及现象千差万别, 不能拘泥于理论知识, 而应在掌握理论知识的基础上, 结合丰富的现场处理经验, 才能快速准确地找出电缆故障。

摘要：随着电力电缆在电力系统中的应用越来越广泛, 保障电缆线路的安全运行成为对电力系统运行的基本要求之一。当电力电缆发生故障时, 如果能迅速找到故障点, 那么就可以避免重要用户的停电, 减少停电时间, 提高经济效率。最终实现提升电力电缆运行的整体质量水平, 保障电力的及时供应, 促进我国经济建设的高速、稳定发展。

关键词：电力电缆,故障判断,重要性,故障测试方法

参考文献

[1]武卫平, 张占永, 韩建生.电力电缆故障快速查找的经验和技巧[J].科技情报开发与经济2008 (21.)

关于数字电路的故障测试方法研究 篇4

【关键词】数字电路；故障；测试

0.引言

传统数字电路的故障诊断常常用常规仪表及传统的人工进行分析的， 所以在诊断定位上就会难度增加、周期变长，导致设计和生产数字电路的速度严重降低。所以， 设计数字电路故障诊断系统，可以有效地提升当下数字电路故障诊断的效率。

1.数字电路的故障概述及其产生原因

1.1数字电路的故障

数字电路故障就是在设计和生产过程中出现接触不良、电器元件损坏等原因，造成导线短路、假焊、虚焊等现象，就会出现电路逻辑功能的错误，发生电路故障。逻辑故障包括永久故障和暂态故障。其中的永久故障就是故障出现之后，只有人为修复可以清除故障，除此之外故障会长久存在。包括很多的静态故障。例如固定电平故障、桥路故障、固定开路故障。而暂态故障也能叫做软故障，这种故障的发生是因为元器件自身或者是电路自身存在的容限非常小而导致电路不稳定。以组合逻辑电路而言，必须按照真值表的要求来进行工作，否则就是电路出现了故障；而就时序逻辑电路来说，必须按照时序的状态转换图就行工作，否则就是电路出现了故障。

1.2故障主要原因的产生

（1）元器件参数的改变。由于电子元器件随着不断地使用，就会导致老化和参数性能下降，有的是在温度变化时改变了参数性能。

（2）信号线故障。在电路板电路受到外界影响时，信号线就会损坏出现短路和断路。

（3）电路元器件出现不良接触。这种问题是最常见的，在工作中如果发生虚焊或者焊点被氧化，就会导致电路板故障的发生。

（4）不健全的工作环境。一旦工作环境达不到设备所要求时，如湿度、温度及电磁环境等，无法实现设备的正常工作。

（5）超出使用期。就是在使用过程中超出期限，导致元器件的老化，降低了性能指标，所以就会增加设备的故障率。

2.正确的故障检测步骤

（1）用直接观察法排除明显故障。先静态观察，再通电测试。若通电后有冒烟等异常现象，则应马上切断电源；若无，再加人测试信号，记录故障现象。

（2）检查电源。用万用表DCV挡直接测量每块集成电路电源端和地线两引脚之间电压，对于TTL电路，应为4.75V-5.5V；CMOS电路，一般为4V-15V。这样可以检查出因底板、集成电路引脚或连线等原因造成的故障。

（3）根据电路结构、功能分割电路，断开各部分之间的连接线，再分别通电测试，初步确定故障范围。

（4）灵活选择故障检测方法，查找故障点。对于组合逻辑电路，常采用静态法测量，即固定故障时输人不变，用逻辑笔或万用表测量各级输人输出电平，并与正确值比较，通过寻找不正常的信号确定故障点。对于时序逻辑电路，常采用波形观察法。用示波器检查时钟信号是否正常，在时钟作用下，各级输出是否正确。若怀疑导线或底板的接触问题，可切断电源，用电阻测试法，测量连接两点之间电阻是否为零。若怀疑器件本身有问题，对于551或简单的MSI集成器件，可通过测试其逻辑功能加以判断。对于复杂的MSI或LSl，可用专用的数字集成电路测试仪测试。或者，采用替代法也可迅速的判断器件故障。

（5）排除故障，恢复电路，再通电检测，直到电路完全恢复正常。

3.数字电路故障测试的基本方法

3.1常规故障的检测

（1）直观检测法。这种方法就是通过直观的观察来推断出故障出现的大体部位。我们在进行检测时可以咨询用户，就会知道出现了什么样的现象，这样就可以快速的进行检测省去了很多不必要的麻烦。我们可以在检测时直接观察设备是否出现元器件的破损，导线是否断开或者短接，或者其它设备出现什么状况，来检测出故障在什么地方。一旦电路电流或者电压过大时，在电路中的一些器件就会出现异味，我们通过嗅觉就会感知到在什么地方出现了故障。当一些电子元器件的外壳热度过高时，我们通过触摸就会找到这类损坏的元器件，从而发现电路产生的故障。最后我们可以直接的用专业的检测设备测试诊断电路，来检测出是否存在故障，如果存在给其进行定位。

（2）顺序检测法。这种方法分为两种，其一就是由输入级开始逐渐向输出级进行检查，这就需要我们在输入端加入检测信号，开始以该信号为主逐渐向输出端进行检测，最终来找出电路所存在的故障。其二就是由输出级开始逐渐向输入级进行检查，一旦出现信号不对的情况，就开始由故障级向一级检测，最终到发现正常信号截止。

（3）比较法。在检查故障时，这也是一种常用的方法。想要快速的发现所存在的故障，通常的方法就是把故障电路重要的关键点测试参数和同类型电路在正常工作时所得到的检测值进行对比，最终检测出故障所在。

（4）替代法。如果说有的时候我们在数字电路中很难找到出现的故障，这个时候我们就应该想到应用替代法测出数字电路中的故障。替代法简单地说，替代法就是我们将数字电路中的电子元器件替代掉，应用一些同等型号，但是在品质上却高于原有电路中出现的器件，之后换上这些高品质器件之后，来检查电路是否可以进行正常的工作。前提是我们在采用替代法进行实验来检测故障时，一定要在电路断电的时候换上各种元器件，用以保证安全。上述四种方法就是在检测数字电路故障时常用到的常规方法。

（5）电阻测试法。当电路通电后有明显异常现象，如器件冒烟发烫有糊味等。对此情况，为避免故障进一步扩散，必须尽快切断电源，采用电阻测试法检查器件输出端与电源是否有短路现象。此法还可用来检查电路连线、底板内部是否有断路、接触不良等故障。

3.2逻辑故障的检测

在数字电路中产生的逻辑故障中，我们可以建立起故障的模型，之后通过该模型研究算法，产生测试向量，完成故障的检测。这里我们就以在逻辑故障中出现的单固定故障为例。由于逻辑故障中存在着单固定故障，而这种故障模型是数字电路测试中使用最多的一种门级故障模型。这种故障可以含盖数字CMOS电路一半以上的制造故障。在测试这种故障时，首先我们应该建立故障模型，之后根据这种故障模型生成测试向量。在组合逻辑电路中，以早期提出的经典算法D算法为主，完成测试向量的自动生成。而在时序逻辑电路中，我们将以较为了解的门级时序电路的ATPG系统完成测试向量的覆盖率。之后我们通过不断地分析测试向量对故障的覆盖情况，从而来进一步的提高故障的覆盖率。最终实现单固定故障模型的完整建立，解决故障的检测工作。之后再以此种模型来对多固定故障进行测试。最终实现逻辑故障的检测。

3.3波形检测法

在脉冲电路当中，我们还可以用波形检测的方法对电路进行检测。首先在检测时选择一个良好的示波器，之后开始对电路各级在输出端所输出的波形进行检测，最后在示波器上面观察并记录出现的波形是否正常，最终来完成电路故障的测试。

4.结束语

本文主要简单的介绍了数字电路出现的故障及故障检测方法。在电子电路发展的今天数字电路得到了飞速的发展。为了更好的使数字电路应用到现代电路中。对于可能出现的故障应及时（下转第164页）（上接第35页）的做出检测。更好的完善数字电路，使数字电路进一步发展，适应现代科技要求。

【参考文献】

[1]胡文君.设备故障诊断技术的现状与发展.后勤工程学院学报，2009（2）.

[2]吴翠娟.现代大型设备故障智能诊断技术的现状与展望.电子技术用，2009.

[3]屈梁生.故障诊断学[M].上海科学技术出版社，2010.

电力电缆故障的判断和测试 篇5

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

电力电缆故障测试新技术分析 篇6

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.

电力电缆故障测试方法 篇7

电缆发生故障后,必须通过测试查找出故障点的位置,才能修复电缆故障和恢复供电[1,2,3]。查找电力电缆高阻故障多需进行冲击高压闪络测试(简称冲闪测试),也就是通过对电缆施加高压冲击信号,引起故障点击穿放电。冲闪测试的目的是为电缆故障测距和定点提供信号,或者为电缆故障测距和定点创造条件[4,5,6,7]。研究冲闪测试放电响应是进行电缆故障测试的基础,也是设计电缆故障测试仪器和探索电缆故障测试新方法的前提,当前对这个问题的论述散见于电力电缆故障测试方面的几种专著,但均为实验波形记录,缺少理论分析[8,9,10]。因此,有必要建立电力电缆故障冲闪测试放电回路的模型,为深入研究电缆故障测试技术建立基础。冲闪测试放电过程以低频分量为主,本文在只考虑低频分量信号条件下,利用均匀传输线的T型等效电路建立了电缆故障冲闪测试放电回路的电路模型,求解出了电流和电压的响应以及衰减系数和振荡频率等参数。

1 冲闪测试系统的结构及工作原理

冲闪测试系统由高压信号发生器和被测电缆组成,如图1所示[8]。高压信号发生器首先由220 V交流电源经过空气开关Q1、调压器T1和高压变压器T2产生交流高电压,然后再经过高压硅堆VD和限流电阻R整流成直流负高压,并将能量暂时储存在脉冲电容器C上。放电开关Q一端接电容器C负极性端,另一端接被测电缆故障芯线。电缆多数为相-地故障,因此放电开关Q接被测芯线,电容器C正极性端与屏蔽层和铠装连接,并且需要可靠连接到大地。测试时,放电开关Q闭合,电容器C通过放电开关Q、被测电缆芯线、故障点和接地电缆屏蔽层构成的放电通路放电,构成冲闪测试放电回路。

冲闪测试系统的另一种结构形式用于二次脉冲法电缆故障测距系统[11,12],与图1基本相同,区别是在放电开关Q和电容器C与限流电阻R的连接点之间串联一个电阻RZ,其取值一般为几百欧姆,如图2所示。测试时,放电开关Q闭合,电容器C通过电阻RZ、放电开关Q、被测电缆芯线、故障点和接地电缆屏蔽层构成放电通路放电,构成冲闪测试放电回路。

2 建模

2.1 电力电缆的电路模型

冲闪测试过程中,在放电开关Q闭合或者故障点击穿时刻,相当于有阶跃信号施加到电缆上。由于阶跃信号所含高频分量的波长远小于电缆长度或者故障距离,根据传输线理论,分析冲闪测试放电回路的电流和电压响应要采用电缆的分布电路模型。将电缆视作由许多无穷小的长度元dx构成的均匀传输线,每一长度元dx具有分布电阻R0dx和分布电感L0dx,两回路导线间具有分布电导G0dx和分布电容C0dx,构成图3所示电缆的分布电路模型[13]。

冲闪测试的响应除了包含暂态高频分量,也包含暂态低频分量。如果低频信号的波长远大于电缆长度或者故障距离,在只考虑暂态低频分量的条件下,图3电路可以用一个T型等效电路代替,如图4所示[14]。图中,R1、L1分别是图3电路中全部分布电阻R0dx和分布电感L0dx串联的二等分,C2是全部分布电容C0dx的并联,R2是全部分布电导G0dx并联后对应的电阻。

2.2 冲闪测试放电回路建模

2.2.1 放电回路串联电阻RZ=0

结合图1和图4,可以构造串联电阻RZ=0时冲闪测试放电回路的电路模型,电路如图5所示。图中C是冲闪测试系统脉冲电容器,Q是放电开关,其余部分是图4电力电缆等效电路。

设电容C电压为UC,初始值为U0,网孔电流分别为I1、I2和I3,同时规定电缆为零状态,电路右端短路模拟故障点击穿后电阻为零,开关在零时刻闭合。根据网孔法和运算法,可以写出电路的方程:

求解方程组(1),得I1(s)和UC(s):

式(2)(3)是4阶系统的解,不容易求得时域表达式,无法分析I1(s)和UC(s)的响应规律。但是,电缆的结构和材料特性决定了参数R1、L1、C2、R2的取值有特定的关系,可以通过分析R1、L1、C2、R2的取值寻求公式(2)(3)的近似化处理。

设2R10、2L10、C20、R20分别表示图4中单位长度电缆的串联电阻、串联电感、并联电容和并联电阻,l为电缆的长度,可得关系式:

R1=R10l,L1=L10l,C2=C20l,R2=R20/l

其中,R10、L10、C20、R20可以根据电缆的结构参数和材料参数,通过电力电缆设计公式求出[15]。

将上述关系式代入式(2)(3),并忽略极小项,结果表明,至少在50 km以下时(绝大多数电力电缆都满足这一约束条件),式(2)(3)分子的2次项、分母的3、4次项总可忽略,且与长度无关。近似得到I1(s):

计算表明,式(4)分母多项式存在一对共轭复根,令

A=l2C20R10,B=2lCL10+l2C20L10+l3CC20R210

D=l2C20R10+2lCR10,a=D/(2B),有

其中,a为衰减系数;ω为振荡频率。

根据拉普拉斯变换公式:

可以得到电流响应I1的时域表达式:

确定α1、α2、a、ω的值,可以描述电流I1的时域响应过程。

电压响应UC(s)与电流响应I1(s)特征相同,可以类似处理,近似表示为

令

E=2 lL10+l3C20R210,F=2 lR10

有

式(4)(7)的分母多项式都存在一对共轭复根,因此在只考虑暂态低频分量信号条件下,冲闪测试放电回路(见图1)的电流和电压响应可以近似看作是二阶衰减振荡过程。

2.2.2 放电回路串联电阻RZ≠0

结合图2和图4,可以构造有串联电阻RZ的冲闪测试放电回路的电路模型,如图6所示。图中C是冲闪测试系统脉冲电容器,Q是放电开关,RZ是放电回路的串联电阻,其余部分是图4电力电缆等效电路。

设电容C电压为UC,初始值为U0,网孔电流分别为I1、I2和I3,同时规定电缆为零状态,电路右端短路模拟故障点击穿后电阻为零,开关在零时刻闭合。根据网孔法和运算法,可以写出电路的方程:

由式(2),且令

I1(s)=CU0M/N

方程组(9)的解可以写为

将R1=R10l,L1=L10l,C2=C20l,R2=R20/l代入式(10),并忽略极小项,结果表明,至少在50 km以下时,式(10)分子的2次项、分母的3、4次项总可忽略,且与长度无关。近似得到I1(s):

令

A=l2C20R10,H=l2C20R10+2 lCR10+CRZ

G=2 l C L10+l2(C20L10+CRZC20R10)+l3CC20R210

有

电阻RZ的值由零逐渐增大,电流I1响应依次呈现3种状态:当H2-4G<0时,振荡;当H2-4 G=0时,临界振荡;当H2-4G>0时,过阻尼。

过阻尼响应的时域表达式为

确定β1、β2、r1、r2的值,可以完全描述电流I1的时域响应过程。二次脉冲法电力电缆故障测距系统中冲闪测试放电回路串联电阻RZ的取值总要满足H2-4 G>0,因此二次脉冲法电力电缆故障测距系统中冲闪测试放电回路的电流响应是过阻尼的负指数衰减过程。

电缆端头电压响应U可以根据图6电路和I1求取:

3 模型检验

检验实验在山东科汇电力自动化有限公司电力实验室进行。设备主要有T-302高压信号发生器、I号电缆(YJV型三相10 kV,C相对地故障,故障距离123 m)、Ⅱ号电缆(YJV型三相10 kV,A相对地故障,故障距离55 m;B相对地故障,故障距离134 m)、TDS2012B数字示波器、电流互感器和电源。实验装置框图如图7所示。其中高压信号发生器和被测电缆按照图1和图2连接。

模型参数的取值按照实验设备确定,其中电缆的参数按照YJV型10 kV电力电缆的规格尺寸和相关公式计算得到[16]。图5、图6中各元件参数取值为:C=2μF,RZ=314Ω,R1=0.5×2.293×10-3×lΩ,L1=0.5×1.896×10-7×l H,R2=5.3×1012/lΩ,C2=2.83×10-10×lF。电缆故障距离l和高压信号发生器电压U0根据实验条件确定。

模型检验的方法和步骤为:在相同的电缆故障距离和相同的高压信号发生器电压条件下,分别按照图1和图2电路进行冲闪测试。记录冲闪测试放电回路的电流响应,同时计算图1和图2对应电路模型(图5和图6)的电流响应,最后将两者进行比较。

按图1电路模型进行实验,电缆故障距离l=55 m,高压信号发生器电压U0分别为4 kV、7 kV和11 kV,实际响应与模型响应的比较如图8~10所示(图中曲线1、2分别为实际响应和模型响应曲线,下同)。

按照图1电路模型进行实验,电缆故障距离l=123 m,高压信号发生器电压U0分别为4 kV、7 kV和11 kV,实际响应与模型响应的比较见图11~13。

按照图1电路模型进行实验,电缆故障距离l=134 m,高压信号发生器电压U0分别为4 kV、7 kV和11 kV,实际响应与模型响应的比较见图14~16。

按照图2电路模型进行实验,电缆故障距离l=55 m,高压信号发生器电压U0分别为10 kV、14 kV和24 kV,实际响应与模型响应的比较见图17~19。

按照图2电路模型进行实验,电缆故障距离l=123 m,高压信号发生器电压U0分别为10 kV、14 kV和24 kV,实际响应与模型响应的比较见图20~22。

按照图2电路模型进行实验,电缆故障距离l=134 m,高压信号发生器电压分别为U0=10 kV、14 kV和24 kV,实际响应与模型响应的比较见图23~25。

从以上各图可以看到,实验响应信号和模型响应信号吻合良好,说明电力电缆故障冲闪测试放电回路建模效果很好,能够描述不同电缆长度、不同冲击电压条件下的冲闪测试放电回路响应特性。

4 结论

a.建立了电力电缆故障冲闪测试放电回路的模型,给出了放电回路电流和电压响应的近似表达式以及衰减系数和振荡频率表达式,使得冲闪测试放电过程可以定量分析。

b.串联电阻RZ=0的冲闪测试放电回路电流和电压响应是二阶衰减振荡过程,与先前相关研究结果一致。进一步分析说明,串联电阻RZ≠0的冲闪测试放电回路电流和电压响应是负指数衰减过程,加深了对冲闪测试放电规律的了解。

电力电缆故障测试方法 篇8

上海能源发电厂应用F-406电力电缆故障测试仪, 利用正确的操作方法, 成功查找出#1、2机输煤变高压侧 (6k V) 电缆的接地故障点, 为尽快恢复设备正常运行提供了保障。

1 F-406电力电缆故障测试仪的介绍

F-406电力电缆故障测试仪采用时域分析法测试各种电压等级 (35k V以下) 电缆的低阻、短路、断路、高阻泄漏故障和高阻闪络故障。它是一款便携式智能电缆故障检测仪器, 它以笔计本电脑为主机, 配以USB接口的数据采集器, 其体积较小重量较轻。各种参数的设置、仪器工作状态显示、波形的压缩和扩展通过光标和热键能方便完成。它具有多种测试方法, 低压脉冲法、冲击高压电流取样法、直流高压闪络法。采用Windows平台的软件, 操作简单。双通道同屏对比数据处理技术, 有利于波形分析和故障判断, 其测量准确, 智能化程度较高。它采集的测试波形清晰, 回波拐点明显, 特别容易判断故障距离。

仪器根据雷达测距原理, 向电缆发射一个低压或高压脉冲。当遇到特性阻抗不匹配的地方时, 就会产生发射波, 仪器以极高的速度将发射波形和反射波形采集下来并显示在屏幕上, 用双游标卡在波形的两个特征拐点上, 再根据电波在电缆中的传播速度, 便可测出故障点到测试点的距离。

S:故障点距测试端的距离。

V:电波在电缆中的传播速度。

T:电波在电缆中故障点与测试端间一个来回传播所需时间。

这样, 在V和T已知的情况下, 就可计算出S, 即故障点距测试点的距离。这一切只需稍加人工干预 (用双游标卡在波形的特征拐点上) 就可由计算机自动完成, 测试电缆故障迅速准确而且十分方便。

2 我厂6k V电缆故障时的初步检查

2011-11-13凌晨, #1、2机6k V一段母线接地故障报警, #1、2机输煤变高压侧6k V断路器电压A相指示电压为零。断开#1、2机输煤变高压侧6k V断路器, 母线接地故障随即消失。将#1、2机输煤变由运行改为检修状态, 电气技术人员拆除#1、2机输煤变高压侧和6k V母线室开关侧电缆, 分别对电缆和变压器摇测绝缘, 绝缘电阻如表1。

由表1可以看出, 故障点在#1、2机输煤变高压侧电缆A相, 且为金属性接地。首先, 用QJ23A单臂电桥进行粗测, 利用电缆导体电阻与导体长度成正比的原理;测得A相首端对地电阻R13=1.63Ω;A相尾端对地电阻R23=0.81Ω, 由此可以推断故障点靠近#1、2机输煤变室。

由于单臂电桥测量的误差较大, 几次测量都存在相当的误差, 不能做准确定位故障点的依据, 只能判断故障为金属性接地。查阅#1、2机输煤变相关资料, 电缆为交联聚乙烯电缆、截面积95mm2、长度285米。沿电缆走向寻查发现两处电缆沟盖板被重车压碎并坍塌, 清理这两处发现电缆支架严重变形, 多根电缆受挤压严重电缆外护套多处受损。电缆沟内高压电缆较多并都在运行状态, 利用原始的敲击听音法确定出故障电缆。由于是金属性接地故障, 导体及屏蔽已与地网导通, 解开电缆两端屏蔽接地并悬空, 测量电缆对地直流电阻, 同时晃动电缆受损处, 观察电缆对地直流电阻值没有变化, 说明电缆接地故障点不在这两处。

3 利用F-406电力电缆故障测试仪对故障点进行排查

由于故障点为金属性接地, 利用F-406电力电缆故障测试仪的低压脉冲法进行测量, 选择电缆种类交联聚乙烯电缆、采用波速172m/μs、由于电缆小于2km采样频率选择48k Hz, 点击采样键仪器进入自动采样, 数据是连续的, 调节仪器的幅度和位移旋钮, 使观察采集到的波形幅度、位置及特征最清楚。测量完故障相后, 在同样的测试条件下选择正常相B相进行测量, 并录取波形。由于电缆三相之间长度相同、材料相同、工艺相同、测试条件相同, 因此具有非常的可比性, 根据正常相发射波与终端开路反射波的时差, 测电缆全长为255米, 与现场跨步实测值相近。此时比对故障相与正常相脉冲波形, 锁定电缆故障点在距6k V母线室214米的位置, 此位置现场电缆盖板完好, 目测无故障现象。再次利用测量故障相对地电阻的方法, 晃动电缆可疑点, 发现电阻值突变为无穷大, 说明故障点就在此处。由图可以看出, 电缆由于长期放置在棱角比较尖锐的角铁上, 在各种外力长期作用下, 角铁逐渐穿破外护套、钢铠、内护套、主绝缘最后导致击穿放电形成金属接地。使用F-406电力电缆故障测试仪对故障点检测的距离与我们实际测量的距离误差在40cm范围内, 故障点判断准确, 给故障的处理带来了方便。

图如下:

此外, 该电缆故障测试仪的冲击闪络法主要用于高阻故障, 电力电缆的高阻故障几乎占电缆故障率的90%以上, 高阻故障是绝缘介质的绝缘强度下降所致, 因为故障点的阻值高, 测量电流小, 所以既使使用灵敏的仪表也难以测量, 根据绝缘介质的电击穿现象出发, 只要对电缆加足够强度的电压, 故障点就会击穿, 故障点就会被电弧短路, 在故障点放电的前后, 电压会产生跃变, 由于介质击穿, 其电离过程需要一段时间, 而弧光放电一般要持续数百微秒到几个毫秒, 因此跃变电压在整个放电期间就会以波的形式在故障点和电缆头之间来回反射, 把瞬变电压和来回反射的波形记录下来, 便可以测量电波来回反射的时间, 再根据波在电缆中的传播速度, 就可以计算出故障点的实际位置。

4 结论

电缆故障的粗测定位技术非常成熟, 但精度很低, 而行波在电缆传播的折反射技术是非常先进的, 对故障点的精确定位可以将误差控制在40cm之内, 但在实际操作中还要注意电缆走向和型号, 以便更加准确地找到故障点, 提高故障测寻的效率。本次电缆故障的查找, 是电缆故障测试仪的实际运用, 并综合运用了多种方法, 避免了因故障点不能定位而产生的电缆报废, 或利用排除法而导致电缆多断点需重新制作中间接头的大量工作, 为设备投入正常运行节约了时间, 节省了大量的人力、物力、财力。

摘要：在电力系统中电缆的故障时有发生, 而电力电缆是电能传输的重要设备, 故障的及时准确判断和及时分析处理, 对系统的恢复供电和系统的安全运行都尤为重要。上海能源发电厂利用山东富能电气有限公司生产的F-406电力电缆故障测试仪对我厂的6kV电缆故障进行了排查, 取得了很好地效果, 使得我厂及时消除了缺陷, 确保了设备的安全稳定运行。

电力变压器故障在线监测方法研究 篇9

关键词：变压器；故障；在线监测；方法

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2015）06-0043-02

随着科学技术的进步和电网行业的大力发展，电网在能够输送电能的基础上，更要求节约化、智能化。变压器作为电力系统的核心设备，其工作可靠性和智能化的高低，对整个系统的运行具有重要的影响。

1 电力变压器故障类型

电力变压器故障种类繁多，其划分方式也较多。常见的变压器故障类型如表1所示。

以辽宁省电力有限公司为例，在1999—2009年间共发生变压器事故24次，这些事故主要为220 kV及以上的电压等级。套管和调压开关是变压器最容易发生故障的部位，因为这两个部位裸露在外，容易受外界应力的作用而发生机械故障；变压器油问题也是变压器异常的主要原因，并且污染严重；铁芯接地和绕组线圈的绝缘损伤也有发生。变压器的故障复杂多样，做好全面预防和诊断需要完善的检测系统和体系。

2 智能变压器在线监测方法

2.1 变压器油中溶解气体的监测方法

油浸电力变压器中主要绝缘材料是变压器油和绝缘油纸，这两种材料在放电和热作用下，会分解产生多种气体，而变压器内部故障都伴随着局部过热和局部放电现象，使油、纸或油和纸分解产生甲烷、乙烷、乙炔等气体。当故障不太严重且产气量较少时，所产生的气体大部分溶解于绝缘油中。由于发热和放电的严重程度不同，所产生的气体种类、油中溶解气体的浓度、各种气体的比例关系也不相同，因此，对油中溶解的气体进行气相色谱分析便可发现变压器内部的发热和放电性故障。由于油中溶解气体分析法可以在带电情况下进行，通常采用特征气体法、IEC三比值法和大卫三角法进行故障诊断。

2.2 局部放电的监测方法

局部放电是变压器常见的影响绝缘故障之一。有效的局部放电监测方法主要有以下几种：

1） 超声检测法。变压器在强电场下发生局部放电的同时，必然有一系列的现象，如声、色、质等。对超声波的监测一般采用超声传感器，通过灵敏的传感器技术能够有效地锁定局部放电的部位，并能判断放电的强弱。该方法的优点在于受其他因素影响较小，定位准确性很高，研究也很深入。但是，变压器本身元件构成复杂，绝缘材质多样化，声波在不同介质中的传播速度也不一样，这些因素会严重影响超声传感器的准确度。

2） 光测法。局部放电是不均匀电场的发电形式，常常伴有光现象。对光波进行监测和分析，从而定位局部放电的位置和强弱，是有效手段之一。理论上，局部放电产生的光波波长是不同的，并且在一定范围之内（研究证实，波长一般为500～700 mm）。把光信号转换成电信号，再对电信号加以识别，便可以挖掘局部放电的发生特性。不过该方法主要停留在实验室阶段，原因在于光测量法需要的装置结构复杂、成本高且灵敏度不够好，在实际现场的应用很少。

3） 化学检测法。局部放电伴随着绝缘纸质结构的损坏，与此同时会有新的物质产生。对这些新物质的结构和状态进行测量，便可反映出局部放电的故障所在。生成的新物质多为气体，对这些气体进行分析和监测，可实现对故障的识别。但是，由于变压器和生成物具有复杂特性，该方法目前尚未有统一的执行标准，且只能有效识别早期的可能性故障，对瞬时性故障的监测显得乏力。

4） 脉冲电流法。脉冲电流法的本质是测量与变压器相连接的各个接地线的视在放电量，若有局部放电现象发生，产生的脉冲电流必然增大。该方法的试验研究已有一段时期，也制定了一定的行业方法标准，但是应用效果并不理想。

5） 射频检测法。射频检测的机理是：过程中信号的取得源于电力变压器的中性点。检测信号的频谱处于30 MHz，有效地增加了局部放电的测量效果。该方法测量系统的布置相对可行，而且可以不用更改整个系统的运行模式。但是，该方法不能对A，B，C三相局部放电进行信号区分，也容易在强电磁场中受到干扰。在数字化滤波技术进步的基础上，该方法被日渐接受。

6） 超高频局部放电检测法。超高频能有效监测局部放电的频率带宽，一般在300～3 000 MHz之间，并且抗干扰能力强。

2.3 变压器绕组温度的在线监测方法

根据现有的现场装置使用情况显示，绕组温度值的监测方法有直接、热模拟和间接测量法。

1） 直接测量法是通过感知温度测量仪器来确定温度。常用的传感器有光纤型、荧光光纤型等。该方法的仪器和设备需要在变压器的生产过程中安装，安装布点越广阔，监测的结果越精准。但是该方法日常技术维护相对困难，成本也很高。

2） 热模拟方法建立在变压器热模型的基础上，通过对现场经验进行总结，计算出热点的温度变化计算方程式。目前，该方法是热点计算的代表方法，具有一定的可靠性，并且国际电工委员会也制定了一系列标准。该方法操作便捷，成本低，实用性强。

2.4 变压器铁芯接地电流的在线监测方法

变压器铁芯接地电流监测是一种比较成熟的方法，国内外应用广泛。在变压器故障预防、诊断和维护中，接地电流值是一个准确、快捷的参数值。变压器在正常运行的过程中，铁芯的对地电流值比较微弱，一般呈现毫安级的数值；可一旦发生绝缘损伤，铁芯存在非单一点接地时，对地电流值升级到安培级，这必然致使元件发热，故障恶化时会导致继电保护装置动作。综合全国变电站中该方法的使用情况，其电流获取形式一般为钳形电流表夹。由于变压器周围复杂强场的存在，监测结果存在一定的误差。目前，国内一些厂家的监测设备能够有效发现多点接地现象，但故障后的持续监测功能有待完善。

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2.5 变压器振动的在线监测方法

变压器振动在线监测是理论上可行的一种方法，即通过箱体的振动来推断变压器内部是否存在故障。目前，欧美国家一直在对信号的采集和信号的频谱分析进行研究和探讨。俄罗斯在试验中布置了几十台变压器使用振动在线监测，但结果均不理想。

2.6 变压器套管的在线监测方法

根据现场事故资料统计，三分之一的故障问题来自高低压套管。套管在变压器结构中起着支持导线并隔离高压的作用。在变压器常年运行过程中，一旦套管发生故障，绝缘损伤，则整个套管的电容电流变化很大，并脱离正常运行时的初始值。通过分析现场值与标准值的变化差别，能够发现问题所在。安装监测和报警系统，可及时预报信号并进行检修和维护。

参考文献

[1] 周求宽，万军彪，王丰华，等.电力变压器振动在线监测系统的开发与应用[J].电力自动化设备，2014（3）：162-166.

[2] 喻华.智能变压器在线监测的关键技术[J].科技专论，2012（23）：301.

[3] 方琼，朱晓辉.电力变压器在线检测技术的应用及前景探讨[J].天津电力技术，2004（1）：3-6.

Study on the Methods of Power Transformer On-line Monitoring

YANG Bin， DAI Shu

（Shenyang Electric Power Supply Company， Shenyang 110001， China）

Abstract： Power transformer is one of important components in power grid. With the development of smart grid in China， the request to power transformer reliability is getting higher. In the article， it analyzed fault types of transformer， summarized the methods for on-line monitoring power transformer， in order to provide a reference for realizing transformer smart monitoring and guaranteeing its safe and reliable operation.

Key words： transformer； fault； on-line monitoring； methods

电力电缆故障测试方法 篇10

笔者通过多年对这个问题的深入实践研究, 创新了电流轨迹法并灵活应用, 大大提高故障点查找的效率及速度、削减了测量过程的风险, 为路灯工程交工及保修提供有力的技术支持。

1 路灯电缆故障表现形式及现状概述

电缆故障分为短路和断路两种基本形式, 在路灯电缆故障中短路一般是单相对地短路, 断路的情况比较好处理, 这里暂不做论述。

造成短路的原因很多, 总体来说有:灯头对灯杆短路;灯线对灯杆短路;灯线或电缆某一线芯在施工中由于粗忽大意压在路灯杆底座和基础中间造成的电缆短路;由于电缆头两侧长短不一在灯杆里有应力作用, 顶在灯杆内壁, 绝缘层破坏发生短路现象;外力造成电缆的损伤对大地短路等。

表现出的症状是:工作电流大、末端电压低、开关跳闸。

市面上通用的电缆故障测试仪需要断开电缆首尾两端, 在首端加入高压脉冲电流用声音放大器在这个路径上靠电火花的声音去需找故障点。但这种设备不适合路灯回路, 因为整个路灯回路在施工中在每个灯杆将电缆断开, 重新用接线端子连接后缠绕绝缘, 为方便检修几乎每个路灯杆内电缆头的接线端子下端的缝隙都不会完全绝缘, 会造成整个回路与故障无关的泄漏点多, 无法正常检测。还有一种通用于路灯电缆故障检测范围内的仪器:D T R-3051型路灯电缆故障测试仪, 但这台仪器的缺点是必须精确在2～3空杆间才能相对精确查找故障点。有其他电源或信号干扰的路段也只能在一空内能较精确查找。

所以现阶段, 用常用工具查找故障点发生地段的工作依旧非常重要。

2 传统检测方法弊端及局限性分析

传统的检测方法有两种:绝缘电阻测试法、末端电压法。

(1) 绝缘电阻测试法:用优选法, 将电缆在中间处的路灯杆内断开, 两侧摇测电缆接地电阻, 确定故障大体段落后逐级缩小范围。弊端是:为了保证接地电阻的摇测, 必须把所有路灯的灯杆内开关全部关掉, 稍有疏忽就会对灯具造成损害同时也无法检测。优选法的几率非常平均。比如一个回路长1.5k m, 带42基路灯, 那么找到故障段的频率为5次, 最后电缆头必须重新恢复原样。由于拆、装的工作量大, 这种方法尤其在冬季实现起难度很大, 灯线及灯头接地问题不能一并排查, 非常耗费时间和精力。

(2) 末端电压法:由于线路长加上短路点接地性能不好, 单相接地体现出电流大而不跳闸这个事实已经被普遍被接受, 使用末端电压法能够很好地解释短路点的方向。做法是通过优选法在相应路灯杆将电缆开断, 从箱变送电测量开断点电压, 如果电压在允许降低范围内恢复电缆头继续向前检测 (一般在215v以上) 。但需重复停、送电, 并需要首段、末端两个人很好地配合, 危险系数较高, 也同样需要大量的拆、装工作量。

这两种方法共同的局限性是遇到有的回路灯杆内预留电缆头短, 致使电缆头无法正常开断, 必须选择拔杆才能测量, 而拔杆需要动用机械设备辅助才能完成, 产生费用并存在吊装风险, 效率极低。

3 电流轨迹法的基本原理

经反复试验我们总结出了电流轨迹法 (见图1) , 这种方法比较直观有效。做法是在首段拆掉其它没有短路的两相电缆头, 使用钳形电流表在灯杆内检测线路上短路相电缆的电流, 使用优选法逐步指向短路段, 寻找电缆中突然下降或零电流一级杆, 这级杆与前一级杆间即为短路点发生段。

接地电阻可以计算得出:R= (U1-U2) / (a1-b1) 。当a1>b1, b1≥0时, n至n+1间必存在短路点。这种方法不需要对电缆头开断, 大大减少了没必要的拆、装工程量, 对灯头、灯线短路点的测量直接涵盖, 不需要单独查找。

4 电流轨迹法的应用

基本原理有许多局限性, 针对开关跳闸和灯杆内电缆头短无法测量电流等情况又通过反复试验, 衍生出以下两种改进方法:

(1) 短路电流过大导致开关和电缆无法承受, 不能持续送电这种情况经常出现。为了能够检测到有效的电流, 在电缆首端串入可变电阻起到降压限流的作用就可以继续用电流轨迹寻找故障点 (相当于一个电流源) (见图2) 。

检测电流可以计算得出:a2= (U1-U2) / (R P+R) 。利用对R P阻值的适当控制可以把电流限制到10A左右, 在可变电阻器出线侧即测量侧电压可以计算得出:U3= (U1R+U2RP) / (R+RP) 。这个电压值经常只达到几伏或十几伏, 大大降低了测量人员的风险系数。

(2) 个别灯杆内电缆头短, 钳形电流表无法测量时可以选择挖土找到电缆后用表直接测量整根电缆的电流, 因为这时整根电缆只有短路相有电流, 电流表不会受到矢量干扰, 完全可以感应到电流的存在, 虽然受钢铠屏蔽的干扰, 数值不十分准确, 但靠这个电流的轨迹也足够找到短路点。这个方法除适合路灯电缆的同时也适用于具有准确路径的几乎所有短路电缆;电缆被铺在混凝土及道板下方时为减少破坏面积还可以通过测量灯杆的接地母线电流初步排除电缆头或灯杆、灯线接地等情况 (见图3) 。

5 效果分析

通过多个油田道路路灯工程的施工实践, 总结电流轨迹法有以下长处:

(1) 已经把检测一个比较困难的故障点从一天以至于几天的时间减少为约一个小时的时间。

(2) 机械的使用上基本降低为零。

(3) 通过降压限流把测量环境电压降至安全电压, 有效地降低了检测风险。

6 结束语