利用高压电桥法探测电力电缆故障方法.pdf

总第 1 4 4期 d o i ： l O 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 52 7 9 8 2 0 1 1 0 8 0 1 5 利 用高压电桥法探 测电力电缆故障方法 何 立 新 ( 潞安环能股份公司 常村煤矿， 山西 长治0 4 6 1 0 2 ) 摘要： 主要介绍了高压电桥法探测电缆的基本原理、 使用前提及智能电桥法探测电缆故障存在的问题和 解决方 法。 关键词： 高压电桥； 探测电缆故障； 方法 中图分类号： T M8 3 5 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 5 2 7 9 8 ( 2 0 1 1 ) 0 8 0 0 3 7 0 2 1 电桥法探测电缆故障的基本原理 在 2 0世纪 6 0年代之前 ， 世 界各工业发达 国家 采用惠斯登电桥探测 电缆故障 ， 所 以国外有关 资料 称之为“ 电缆故 障经典探测法 ” 。电桥法技术成熟 ， 几 十年来变化很小 ， 近年来 ， 国外有些厂家把传统的 电桥原理与计算机和数据采集分析系统有机结合， 研制出了智能电桥电缆故障测试仪。 电桥法原理如下 ： 将被测 电缆故 障相与非故障 相相短接， 电桥两臂分别接故障相和非故障相， 调节 电桥两臂上的滑线变阻器， 使电桥保持平衡 ， 利用比 例关系和已知的电缆长度就能得出电缆故障点的距 离。电桥法的优点是 比较简单 ， 精确度符合现场工 程测试要求， 对于电缆线路的两相短路故障， 测起来 很方便。但是它的适用范 围有限 ， 对 电缆线路的高 阻和闪络性故障 ， 由于电桥 电流很小而不易探测。 2 电桥法测试电缆故障使用的前提 电桥法使用的前提是必须 已知被测 电缆的准确 长度； 当一条电缆线路是由不同的导体材料或不同 截面的电缆组成时， 还要进行换算； 电桥法不能测量 电缆线路的三相短路故障。电桥法工作原理如图 1 所示， 即被测电缆末端无故障相与故障相短接， 电桥 两输出臂接无故障相和故障相。 ( a ) 测试 接线 ( b) 等 效 电 路 图 1 电桥法原理 图 1中， R 为已知测量电阻 ； 为精密电阻箱 ； r 为故 障点通过跨接线 到另一端 的电阻 ； f 为 电缆 长度； z 为电缆一端至故障点的距离。线路接好后， 仔细调节 R 的值， 使电桥平衡， 即电位差为零， 无电 流流过检流计 。 此时， 根据电桥平衡原理可得 ： R1 2=R2 x 1 R1 R 2 = r 1 r 2 ( 1 ) 由于 R 、 为已知电阻 ， 设 R ： = K， 则 ： r 1 r 2 = K ( 2 ) 又由于电缆直流 电阻与其 长度成正 比， 即 r o c z+ 一 ； r o c z ， 因此式 ( 2 ) 可 以改写为 ： Z +f 2 一 = K 1 ； 因为 + 一 +l x = 2 l ； 所 以有 ： Z = 2 l ( K+1 ) ( 3 ) 由式( 3 ) 可知： 只要精确知道电缆长度 和测 出电桥两 已知电阻臂的 比值 K， 就能精确计算 出短 路故障点至测试点 的距离了。此法至今仍然在无脉 冲测距仪和闪络仪的各基层单位中广泛的采用， 效 果 良好 。 3 智能电桥法 智能电桥法是计算机技术与电缆故障经典探测 法结合的产物， 它的本质仍然是传统的电桥法。图 2是某种智能电桥电缆故障测试装置示意图。 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 1 0 1 9 作者简介： 何立新( 1 9 7 3一) ， 男 ， 甘肃灵台人 ， 工程师， 从事机电技术管理工作。 3 7 跨接线 2 0 1 1年8月 何立新： 利用高压电桥法探测电力电缆故障方法 第2 0卷第8期 图 2 智 能电桥组成原 理 意 关于智能电桥法 ， 首先要考虑解 决的关键 问题 是利用计算机微处理器的功能， 判断电桥平衡与否。 在非平衡状态， 电桥两端电压的正负差值经 A D变 化成数字变量， 去调节数字电位器 的数值， 直至 电桥平衡。电桥平衡时的数字变量数据即代表数字 电位器 尺 的阻值。剩下的问题由计算机微处理器 根据式 ( 3 ) 计算 出测试结果 ， 并 由显示单元直接显 示 出故障距离。 智能电桥法要考虑解决的另一个关键 问题是试 验直流电压源问题 。对 于智能 电桥法 ， 尽管采用 了 高精度、 高放大倍数的测量放大器。但在高阻接地 故障时， 如果电桥电源电压较低， 回路电流太小， 测 量误差也会增加 。所以仪器还得使用较高 的直流电 压源。实际情况 ， 当泄露电阻在 1 0 0 MQ时 ， 如果 回 路电压加到3 0 0 0 V， 故障点距离的测试误差绝对值 也仅在5 1 0 m左右， 这在过去使用传统的回路法 是有困难的。 4 电桥法处理电缆故障过程 电缆故障处理几个关键点( 见图3 ) 。 图3 电桥法处理电缆故障过程 1 ) 要对 电缆故 障预定 位 ， 又 叫测距 ， 也称粗 测， 即在电缆的一端使用仪器确定故障点的距离。 2 ) 确定电缆故障的性质， 即确定故障的类型与 严重程度， 以便于测试人员选择适当的电缆故障预定 位和精定位方法， 根据故障电阻与击穿的情况， 电缆故 障可分为开路、 短路、 低阻、 高阻与闪络陛故障等。 3 ) 电缆故障精定位， 也称精定点， 即按照故 障预定位测出的距离， 沿着电缆的路径走向， 找出故 障点的大体方位。利用精确定点仪， 在一个很小的 范围内， 确定实际的故障点位置 ， 根据故 障性质 ， 两 种常用的精确定位方法为声磁 同步法( 适于高阻故 障) 和音频感应法 ( 适于短路 ( 死接地) 故障) 。简言 之， 若在对电缆冲击放电时， 故障点能产生放电声 音 ， 采用声磁 同步法 ， 否则采用音频法 。 4 ) 需要采用专 门的仪器 对故障电缆进行识 别。电缆识别仪由一个电缆识别发生器， 一个电缆 识别接收器 ， 一只识别钳和具有不 同功能的连线 和 夹子组成。电缆识别发生器可产生锯齿脉冲进入电 缆 ， 在电缆周 围由脉冲电流产生 的电磁场可由标识 钳测到。根据识别钳测到的电流可以确定脉冲信号 的电流值和电流方向。因此， 可对电缆进行安全可 靠的标识。 5 ) 就是故障电缆的修复与耐压试验和重新 投入使用。 5 电桥法探测电缆故障存在问题及解决方法 电桥法具有较强的环境适应性 ， 尤其对矿山 、 化 工厂、 石油等易燃易爆物质场合的电缆故障检测。 电桥法测距的接线方式 有两种 ： 麦利环路法和瓦莱 环路法 ， 见图 4。其 中麦 利环路法使 用较多。电桥 法对于单相低阻接地或两相短路接地的测距非常有 效。但其测距计算严重依赖电缆的原始长度， 且要 求被测电缆至少有一芯绝缘良好。 ( a ) 麦 科 环路 法 ， 、 ( b ) 瓦莱环路法 图4 电桥法的接线方式 ( 下转第4 7页) 陈学海等： 尼龙柱鞋在郑州矿区“ 三软” 煤层中的引进和应用 第2 0卷第8期 后 ， 尼龙鞋也便于回收和管理。 4 ) 在使用过程中， 为了能使尼龙鞋的使用达 到最佳效果 ， 也 为了防止损坏 和丢失 ， 制定 了以下 尼龙鞋使用管理办法 ， 严格按要求使用。柱鞋 站在老塘 、 中排和煤墙柱柱底下 ， 每少 1 块罚 队 1 0 0 元 ， 罚验收员 5 O元； 当班验收员负责每班测量 3 次支柱初撑力， 并做好详细记录( 记录包括柱鞋完 好情况) ， 少测罚款 3 0 次 ， 无记录罚款 2 0 次； 拔梁期间柱鞋影响站柱时， 可及时回收， 其它时间 内保持连续使用 ， 回收不及时罚款 5 0 块 ， 丢失罚 款 4 0 0 块 ； 每块柱鞋必须保证连接链牢固可 靠 ， 无断开现象或钩子变形 ， 若出现连接链断开或变 形必须在下一班及时更换； 如果尼龙鞋损坏要及 时更换 。 3 使用效果 经过一个面使用， 效果明显提高， 采面初撑力提 高到 9 9 以上 ， 巷高全部达 到合格 ， 初撑力 的提 高 改善了采面的压力状况 ， 提高了整体支架 的稳定性 ， 杜绝了支柱歪旋 ， 防止 了煤墙片帮等多方面的问题 ， 大大提高了采面安全生产的可靠性， 解决了长期以 来采面支柱初撑力低的问题 。 4 材料费消耗情况对比 以前使用道木 ， 采煤工作面长 1 0 0 m时 ， 一般情 况下一排巷使用大概 1 6 9个道木， 采面可采长度 5 0 0 m， 如果 道 木 回 收率 按 6 0 计 算 ， 共 用 道 木 5 0 7 0 0 根左右 ， 合计 1 4 0 8 m ， 目前 4 m的坑木一 立方米价格为 1 1 0 0元 ， 整个工作面回采结束共用 1 5 0 万元左右。使用尼龙鞋， 整个工作面回采结束 共用大尼龙鞋 5 1 7个 ， 小尼龙鞋 6 0个 ， 共花费 2 O万 元左右。材料消耗大大降低 ， 而且尼龙鞋可长期重 复使用， 属于一次性投资， 相对道木而言， 采煤成本 相对降低 。 5 结语 在大平矿实验成功后 ， 集团公 司通过召开现场 会及时推广到各个直管矿井， 下步将在资源整合矿 井中推广使用。尼龙鞋一次投资， 可以重复使用， 回 收率高， 损坏率低， 而且能提高采面单体液压支柱的 初撑力， 保证采面高度， 防止煤壁片帮， 降低采面开 采成本 ， 具有在“ 三” 不稳定煤层单体液压支柱工作 面推广的价值。 责任编辑： 魏晋英】 ( 上接 第 3 8页) 电桥法因电源电压低和检流计 电表灵敏度低 ， 仅适用于对低阻故障的探测， 一般要求故障点的电 阻不超过 1 0 0 k Q， 最高也不得超过 5 0 0 k O， 通常 以 2 k Q以下为宜。使用电桥法对电力电缆击穿故障点 进行粗测试时， 常用单臂 电桥 、 双臂 电桥、 智能 电桥 和 自制电桥等 。 在电缆故 障现场测试 实践 中， 电桥法产生 误差的因素很多， 有时甚至测不到故障点。分析其 原因， 不外乎为以下几点： 其一， 接地电阻R 地的非 线性对直流电桥工作状态的影响； 其二 ， 电桥的测试 引线和电缆头短接线选择不合理对测量线路的影 响； 其三 ， 电桥检 流计精度 不够对测 量精确度 的影 响。 为了针对性地解决 以上三个 问题 ， 必须做到 ： 1 ) 选择合适的电源。对低阻接地故障， 电桥 电源可选 61 2 V电池 。具体取 多少电压 ， 以现场 探测时， 电桥工作在线性状态为准。电源电池尽量 选用容量大一点的型号为好。 2 ) 选用适应非线性电阻的电压( 适用于高压 电桥) 。高阻接地故障， 一般是不使用电桥法。但采 用一定的技巧后， 电桥法仍可精确的探测高阻接地 故障。 6 结语 电力电缆故障诱发或处罚原因复杂性、 电缆故 障外在表现形式和内在特点的多样性， 以及接地电 阻的非线性， 都要求现场技术人员在具体电缆故障 探测时 ， 必须对症灵 活选用一种或几种方法以及相 应的技巧， 才能取得较好 的探测效果 。 参考文献： 1 金海明， 郑安平 电力电子技术 M 北京： 北京邮电大 学 出版社 ， 2 0 0 8 2 顾永辉 煤矿电工手册 M 北京： 煤炭工业出版社， 1 9 8 1 3 朱德恒， 严璋 电气设备状态监测与故障诊断技术 M 北京 ： 中国电力出版社， 2 0 0 9 责任编辑： 魏晋英 47