電纜故障的探測技術(shù)

1、電纜故障的探測技術(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便的設(shè)備不斷出現(xiàn)，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(shí)不可避免的長時(shí)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(fèi)時(shí)的事，并且會(huì)對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，只有受過嚴(yán)格培訓(xùn)的操作人員才能使用，這給這類技術(shù)設(shè)備的推廣應(yīng)用帶來了許多不便。因此，選擇合適的技術(shù)，部分地取決于故障探測器的設(shè)計(jì)人員了解的電纜系統(tǒng)設(shè)計(jì)的知識，也部分地取決于設(shè)備和操作人員對這方面的專業(yè)技術(shù)知識的了解。有了合適的設(shè)備和在現(xiàn)場工作的專業(yè)技術(shù)，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(shù)在一個(gè)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(gè)脈沖或沖擊電壓來沖擊停電的電纜，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)操作人員可聽見的沿電纜表面?zhèn)鬏數(shù)腻N擊聲。但探測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。不過據(jù)美國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，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(shí)域反射測量法(TDR)是一種在電纜結(jié)構(gòu)上通過改變所產(chǎn)生的脈沖反射來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(jīng)培訓(xùn)過的和有經(jīng)驗(yàn)的操作員來進(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。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(shí)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(biāo)。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(dá)到以上兩個(gè)目標(biāo)。一種裝置是由美國加州帕洛阿爾托市的美國電力研究協(xié)會(huì)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(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)測儀器，以探查所發(fā)生的故障?；蛘哒f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(jìn)行一次性的沖擊，而且放電只進(jìn)行一次，因此對電纜損壞的機(jī)會(huì)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(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，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(zhǔn)確地查明故障。專用的送電線路和復(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，因此探測水故障是很困難的，也就是說要探測到閃絡(luò)的準(zhǔn)確故障點(diǎn)是困難的。為了探測閃絡(luò)，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(luò)的能級就需要高達(dá)5400J，這比探測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自高壓的危險(xiǎn)。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(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(shí)間最短。BGE公司自1963年以來，已應(yīng)用了雷達(dá)技術(shù)。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(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(shí)，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(shù)

11、，由于對電離故障僅要求低能脈沖，因此反射技術(shù)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(dāng)故障特性表明需要更高能級來擊穿故障時(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，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(shù)是由AVO公司的首席科學(xué)家JPSteiner提出的，用來幫助操作員作出判斷。

12、DART技術(shù)通過沖擊前和沖擊時(shí)，凍結(jié)TDR的一些軌跡(圖形)來提高標(biāo)準(zhǔn)的電弧反射法的探測能力。這一技術(shù)排除了那些無關(guān)的和干擾的反射，僅留下由故障引起的TDR反射。這種探測方法可應(yīng)用于探測復(fù)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(shè)備允許把高達(dá)1000A的電流輸送到故障點(diǎn)。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(shè)備為使用者提供了在探測各種電纜故障狀態(tài)時(shí)，僅需一臺設(shè)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(shí)，其成功率高達(dá)99.5%。在探測其他電纜系統(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