基于行波的电力电缆故障探测技术.pdf

2 0 1 1 年第 3期 No 3 2 01 l 电 线 电 缆 E l e c t r i c W i r e C a b l e 2 0 1 1 年 6月 J u n ， 2 0 1 1 基于行波的电力 电缆故障探测技术 洪滨 ， 王大文 ， 林春泉 ( 1 淮南联合大学 机电系， 安徽 淮南2 3 2 0 3 8 ； 2 安徽工贸职业技术学院实验中心， 安徽 淮南 2 3 2 0 0 7 ) 摘要： 首先对电力电缆故障行波机理进行分析， 指出电缆故障行波是在分布参数电路上形成并传播的， 给出了 对应的波动方程特解、 电缆故障行波的特征与性质； 然后对 -3前行波技术在电缆故障探测方面的现状进行 了 深入分析， 指出了基于行波技术探测电缆故障若干方法的特点与存在问题 ； 最后， 根据实测经验， 针对隐蔽性 较强的高阻故障， 给出了一些基于二次脉冲法的电缆故障探测案例。 关键词 ： 故障行波 ； 电力电缆故障测距和定点 ； 低压脉冲法； 脉冲 电压取样 法； 脉冲 电流取样 法 ； 二次脉冲法 ； 多 次脉 冲法 中图分类号： T M 2 0 6 ； T M 2 4 7 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 2 - 6 9 0 1 ( 2 0 1 1 ) 0 3 - 0 0 3 8 - 0 8 Ca b l e Fa u l t De t e c t i o n Ba s e d on Tr a v e l i ng W a v e H0NG Bi ne t a l ( H u a i n a n U n i t e d U n i v e r s i t y ， D e p a r t me n t o f E l e c t r o - me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ， Hu a i n a n 2 3 2 0 3 8 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n t h i s p a p e r ， t h e a u t h o rs fi r s t a n aly z e d t h e t r a v e l i n g wa v e me c h a n i s m o f p o w e r c a b l e f a u l t ，i n d i c a t i n g t h a t t h e c a b l e f a u l t t r a v e l i n g w a v e wa s f o r me d a n d t r a v e l e d o n t h e d i s t ri b u t e d p a r a me t e r c i r c u i t T h e y p r o v i d e d a s p e c i al s o l u t i o n t o t h e w a v e e q u a ti o n a s w e l l a s the c h a r a c t e ri s t i c s a n d n a t u r e o fthe c a b l e f a u l t t r a v e l i n g wa v e 1 1 h e n t h e y ma d e a d e e p an a l y s i s o f t h e c u r r e n t a p p l i c a t i o n o f t h e t r a v e l i n g wa v e t e c h n i q u e o n c ab l e f a u l t d e t e c t i o n， i n d i c a t i n g the c h a r a c t e ri s t i c s a n d e x i s t i n g p r o b l e ms o f s o me c a b l e f a u l t d e t e c t i o n me t h o d s b a s e d o n t r a v e l i n g wa v e F i n all y ，i n t e r ms o f d e e p l y c o n c e a l e d h i g h r e s i s t an c e f a u l t t h e a u t h o rs ， b a s e d o n e x p e rie n c e s i n me as u r e me n t ，p r o v i d e d so me c a b l e f a u l t d e t ect i on c a s e s u s i n g t h e t wi c e i mp uls e p r o c e s s Ke y wo r d s ：f a u l t t r a v e l i n g wa v e； powe r c a b l e f a ult d e t e c t i o n a n d l o c a t i o n ；l o w v o l t a g e i mp u l s e me tho d；p uls e v o l t a g e s a m p l i n g ；p u l s e c u r r e n t s amp l i n g ； t w i c e p l d s e p r o c e s s 0 引 言 随着我国国民经济的高速发展和城市 电网改造 的完成 ， 各种电力电缆获得 了广泛应用。电缆的状 态对电网安全运行有重大的意义 ， 某些设计缺陷、 制 造工艺不良、 过热、 过电压、 绝缘受潮、 保护层的腐蚀 及绝缘老化、 机械损伤、 蚁害 ， 以及其他不明原 因均 会使电缆出现故障 。一旦发生故 障， 如果不能较快 地寻测出故障点的确切位置， 不能及时排除故障恢 复供电， 往往造成停电停产的重大经济损失。如何 迅速准确地探测故障点的位置对保证故障电缆的及 时修复有着重要意义。 众所周知 ， 电缆输 电线路具有分布参数特征 ， 使 用集总参数等效电路来代替分布参数电路， 仅是一 种近似 ， 而这种近似在线路电压等级不高 、 距离不长 的情况下 ， 还是较准确 的。集总参数大大简化 了对 收稿 日期 ： 2 0 1 0 - 0 6 1 3 作者简介 ： 洪滨 ( 1 9 6 2一) ， 男 ， 高级工程师 作者地址： 安徽淮南市泉山长山新校区 2 3 2 0 3 8 电缆输电线路的分析和计算 ， 所以， 供配电系统故障 分析、 继电保护与故障检测技术都以集总参数等值 电路为基础。但近似电路本身并不等同于原型电 路， 表述电力电缆线路的准确模型是分布参数电路， 而故障行波正是在分布参数电路上形成并传播的。 故对分布参数电路进行理论分析 ， 很有必要。 1 故障行波的产 生与性质 1 1 电缆故障行波源 根据叠加原理 ， 故障后 的电力系统可以等效为 正常运行网络( C ) 和故障附加网络( d ) 的叠加。在 故障附加网络中， 附加电源是一个电压源， 数值等于 故障点故障前电压 。正是 在这个附加电压源的作用 下 ， 故障行波才得 以形成。图 1示出了单相故障网 络等效为正常运行网络和故障附加网络之间的等效 关系， 图1 a 为发生了故障的电力系统， 图1 b为图 l a 的等效电路； 而图 l b可以表示为正常运行网络图 1 C和故障附加网络图 1 d的叠加。图中 一e ( t ) 是故 障附加网络中的附加电压源。 2 0 1 1 年第 3期 N o 3 2 Ol l 电 线 电 缆 E l e c t r i c W i r e& C a b l e 2 0 l 1 年 6月 J u n 2 0 1 l b 1 c ) 图 l 故障网叠加示意图 a一线路 MN在 F点发生 了故障的电力系统b一等效电路c 一正常运行网络d一故 障附加 网络 1 2 故障行波的传播 J 故障发生时， 在故障点附加电压源的作用下， 附 加电源要将自身的电压传递给其它非故障节点， 但 是由于分布参数电路中存在电感、 电容等储能元件， 而电感 电流和电容电压是不能突变的， 它们需要一 个充电过程， 这个过程就是故障行波形成和传播的 过程。显然它和雷电波的传播过程类似 。 行波电压和电流与导线参数的关系可以表达为 波动方程 ： 一 詈= ，一 妾： c O t ( 1 ) 一 L ， 一 L f 磐： c 襄 上 式 可 改 写 为 ： ? d ( 2 ) I c 式中， 为电缆线路单位长度电感 ( H k in) ； C为电 缆线路单位长度电容 ( F k in) ； u 、 i 分别 为距离故 障 点 处的电压与电流。上式的通解可改写成 ： f u ( I 一 羔 ) + f f + 詈 ) ( 3 ) l = 【 (z t 13 一 I 寺 J x “：( t + 詈 ) 】 。 。 式 = 是 波 阻 如= 去是 波 速 跏t f t 一 l 被称为前行波或者正向 行波， 它的物理意义 、 ， 是随着时间增大， 前行波沿正方向远离故障点； ： l t + I 被称为反行波或者反向行波。 结合具体故 I， ， 障形式 ， 可以写出波动方程的特解。针对图 l ， 当线 路 M N的F点发生金属性故障( 短路) 时， 故障电缆 M、 N两端的电压行波、 电流行波、 方向行波可用解 析式写成 J ： r ( t )=一e ( tf )一 e ( t )+ I a e ( t 一 3 )+a e ( t 一3 )一， I i ( t )= 一e ( t 一r )一o t e ( t 一r )+ J e ( 一3 r )+a 2 B ( t 一 3 r )一， z l + ( )=一a ( t 一r )+ 2 e ( t 一3 r )一， M 一( )=一e ( t 一下 )+ e ( t 一3 )一， ( 4 ) r ( f )=一e ( t一r )一 e ( t一 )+ I e ( t 一 3 7 )+ a ： e ( t 一 3 ) 一， I i ( t )= 一 e ( t 一7 n )一 e ( t 一丁 )+ I a e ( f 一 3 r ) + a ： e ( t 一 3 r ) 一， z I M + ( t )=一O l e ( t Jr )+c t e ( t 一3 ) 一， u 一( )=一e ( t 一r )+ e ( t 一3 )一， ( 5 ) 式中， u ( ) 、 i ( ) 、 u + ( t ) 、 u 一 ( t ) 分别为 M端 电 压行波、 电流行波 和方 向行波 ( “+” 为正 向行波 ， “ 一 ” 为反向行 波) ； U ( t ) 、 i ( t ) 、 + ( t ) 、 一 ( t ) 分 别为 N端电压行波、 电流行波和方向行波( 同理： “+” 为正向行波 ， “一” 为反向行波 ) ； t 为行波从故 障点运动到 M、 N母线 的时间 ； 为行波在检测母 线 M和故障点 F之间的传播时间； 为行波在检测 母线 N和故障点 F之 间的传播时间 ； n m 、 为行波 在 M、 N端的反射 系数 ( 一般情况为负实数 ) ， 下标 n l 、 n分别代表线路的 M端和 N端。 对于三相电路， 沿导线传播的故障行波都是时 间和位置的函数 ， 由于耦合电感 、 电容的存在 ， 它们 不独立 。在此情况下 ， 可以采用相模变换技术 ， 在各 个模量下 ， 行波是独立的， 可以按照上述方法分析计 算各个模量的行波传播关系 ， 不再赘述。 1 3 故障行波的故障特征和性质 2 3 9 2 0 1 1年第 3期 No 3 2 0 l 1 电 线 电 缆 E l e c t r i c W i r e C a b l e 2 0 1 1 年 6月 J u n ， 2 01 1 根据上述 ， 可以发现故障行波具有如下特征 ： ( 1 )随着各种行波陆续到达各级母线 ， 行波 出 现“ 突变” ， 分别标志着故障发生、 行波从故障点到 检测母线往返一次的时间等； ( 2 )突变的幅值取决于故障发生时刻故障点初 始电压的大小(一 e ( t ) ) 、 波阻抗间断点 ( 像母线 、 故 障点等) 的折、 反射系数和行波的衰减特性 ； ( 3 )突变的极性取决于故障发生时故障点初始 电压的极性和波 阻抗的间断性质。通 常， 行波极性 具有下述特点： 来 自于故障点的反射电压、 电流 行波和初始行波同极性； 线路两端的初始电压或 者电流行波同极性； 对应于来 自 母线方向的正向 方向行波和来 自故障线路方 向的反 向方向行波 ， 它 们的初始行波和反射行波具有相同的极性 。 上述故障特征构成基于暂态故障行波的故障检 测技术的基础。故障行波具有如下性质： ( 1 )故障行波 只在故 障发生时出现 ， 能准确反 映故障发生； ( 2 )故障行波中包含着故障发生时刻、 故障位 置、 故障相、 故障线等有用的故障信息； ( 3 )故障行波具有高频、 暂态突变的性质 ， 难以 分析； ( 4 )故障行波不可重复， 具有易逝性， 造成捕捉 困难； ( 5 )行波同时是时间和位置的函数 ， 因此传统 的时间分析方法和频率分析方法不能有效刻画暂态 行波的故障特征 。 正是由于行波的上述特点 ， 导致行波的分析、 采 集、 记录和应用困难 ； 同时由于行波的高频暂态性质 导致它灵敏、 也容易受其它噪声信号的干扰。所幸 的是， 近些年计算机技术、 高速数据采集技术的发 展 ， 克服了行波记录和处理 中的许多难点问题 ； 特别 是二次脉冲技术 ( S I M) 可以有效剔除电磁 干扰 ， 保 证行波故障检测技术的可靠性 。正因为如此， 基于 行波的电缆故障探测技术才获得广泛的应用 。 2 行波技术探测电缆故障的现状与发展 2 1 行波原理用于探测电缆故障的早期技术 最早利用行波的故 障探测技术可追溯到 1 9 4 8 年。受二 战后雷达发明的启发 ， 美 国人 S e i d u提出 了利用故障后所产 生的行波， 测量输电线路故障距 离的思想l 4 J O基于该想法 ， 上个世纪5 0年代末期至 8 0 年代， 先后出现了 3种探测原理的行波测距技 术， 用于电缆故障点的测距。 ( 1 )低压脉冲反射法。低压脉冲法( T D R： T i m e D o m a i n R e fl e c t o m e t r y ) 也称“ 时域反射法” ， 指脉冲反 射仪在不通过高压冲击器的情况下， 独立测量电缆 的低阻与断路故障。图 2为 T D R典型测试波形。 1 4 7m 厂_ 、 。 ! ： _ ， 一 = ： 展宽的短路故障实测波形 ： 寿 _ _ r ： 童 ! a )低压脉冲法短路波形 2 o om T r ：； ： -： r ； ： 。 ： ； r ； i ； ； ： ， ； j j ； j - s t l l ： t ： i _ 一 一 局 部 波 形 b )低压脉冲法开路波形 图2 T D R典型测试波形 据统计 ， 此类故 障约 占整个 电缆故障的 1 0 。 同时 T D R还用于测量电缆的长度 ， 查找短路和断路 点 ， 测量线路 中电缆接头及其它附件的数量和位置。 在 T D R法中， 短时间低电压脉冲沿着电缆传送， 当 脉冲遇到中间接头、 T型接头、 短路点、 断路点和终 端头等， 在这些点上就会产生反射。通过观察故障 点回波脉 冲与发送的测量脉 冲之间 的时 间差来测 距。此法不能用于高阻和闪络性故障的测量。 ( 2 )脉冲电压取样法。脉冲电压取样法又称 “ 冲击高压闪络法” 或“ 锤击法” ， 是2 0世纪7 O年代 发展起来的一种用于测量高阻泄漏与闪络性故障的 测试方法 。首先将电缆故障在直流或脉冲高压信号 下击穿 ， 然后通过记 录放 电脉冲在测量点与故障点 往返一次所需 的时间来测距。脉冲电压法主要有直 流高压闪络( 直闪法) 与冲击高压闪络( 冲闪法) 两 种方法 。 ( 3 ) 脉冲电流取样法。脉冲电流取样法又称之 为“ 冲击高压电流脉冲取样法” ， 是 2 0世纪 8 0年代 末采用的一种行波探测方法。其原理是： 故障点在 高压下击穿时， 陡度很大的高压直流电流到达故障 点会发生瞬时放电现象 ， 产生强烈的放电声音、 放电 火花和放电脉冲波。故障点的放电脉波在测试端和 故障点之间往返， 在电缆的测试端 口将电波记录下 来 ， 便可用电波波形判断电波往返反射的时间， 再根 2 0 1 1年第 3期 No 3 2 0l1 电 线 电 缆 E l e c t r i c W i r e C a b l e 2 0 1 1 年 6月 J u n ， 20 1 1 据电波在电缆中传播的速度换算出故障点到测试端 的距离。 2 2 行波原理探测电缆故障的最新发展 利用行波测距技术探索更新 、 更加快捷 的电力 电缆故障检测技术 ， 是业界的一个热 门话题。上世 纪 9 0年代中后期 ， 在高速发展的计算机技术的推动 下 ， 国外发明了二次脉冲法。 众所周知 ， 低压脉 冲法 ( T D R) 无法测试 电缆 的 高阻故障( 无故障回波 ) 。然而 ， 如果能在足够高 的 冲击电压作用下故障点被电弧击穿的同时 ， 能发送 P 一 个低压测试脉冲， 即可在短路点得到一个短路反 射的回波， 即反射回波的极性与发射脉冲的极性相 反。当故障点短路电弧熄灭后 ， 再发射一个低压测 试脉冲( 二次脉冲) ， 可测得 电缆的开路全长波形。 前后两次采集到的波形同时显示在一个屏面上。开 路全长波形与发射脉冲同极性 ， 故障反射波形 的极 性与发射脉 冲极性相反 ， 且一定在 全长距 离以内。 所以， “ 二次脉冲法” ( S I M) 的故障波形极好区别判 断。图 3为利用二次脉冲法的探测仪结构示意图。 一 体化高压发生器 图3 利用二次脉冲法的探测仪结构示意图 从上世纪 9 o年代 中后期至本世纪近十年， 以二 次脉冲探测法为代表的新型行波电缆探测技术不断 涌现。它主要有以下几类 ： ( 1 )二次脉冲探测技术。二次脉 冲技术 ( S I M： S e c o n d a r y I m p u l s e M e t h o d ) 是具有突破性 的电缆故 障预定位技术之一。二次脉冲法又称“ 高压弧反射 法” ， 即结合高压发生器冲击闪络技术， 在故障点起 弧的瞬间通过内部装置触发发射一低压脉冲， 此脉 冲在故障点闪络处 ( 电弧的电阻值很低 ) 发生短路 反射 ， 并记忆在仪器中， 电弧熄灭后， 复发一测量脉 冲通过故障处直达电缆末端并发生开路反射， 比较 两次低压脉冲波形可非常容易地判断故障点 ( 击穿 图4 二次脉冲法典型波形 现有的二次脉冲法有一定的局限性， 主要表现 在： 故障点发生在电缆始端或近始端， 波形复杂， 精确读数困难， 给探测故障点引入了系统误差； 使用二次脉冲法时 ， 为使故障点充分击穿， 所加的冲 击高压往往会 比常规的电流取样法要高一些 ， 这样 一 来， 对被测电缆的绝缘材料损害较大。 ( 2 )多次脉冲探测技术 。多次脉冲技术是在 目 前先进的二次脉冲法采样技术的基础上发展起来的 又一最新电缆故障测试技术。其波形实质还是二次 脉冲法的波形 ， 只是在屏幕上按不 同的延迟时间记 录下多组二次脉冲波形 ， 同样属于冲击高压 闪络法 中的一种。此法除具备二次脉 冲法的全部优点外 ， 在冲击高压闪络的同时发送不同延时的一组( 三个 以上， 最新的仪器可达八个) 故障测试脉冲和一组 电缆全长测试脉冲。让操作人员从这组故障波形中 选择出一个最便于分析的故障反射波形 。将复杂的 高压冲击闪络波形变成了非常容易判读的类似于低 压脉冲法的短路故障波形 ， 省去了笨重 的中压延弧 装置， 简化了测试手段， 给用户提供了更为简捷的故 障波形判断方法。 “ 多次脉冲技术” 的先进之处在于： 它使现场测 得的故障波形得到大大简化 ， 探测手法有更 多的选 择余地 ， 不再为得到一个理想二次脉冲波形 ， 不断在 测试中调节测试脉冲的延时发射时间； 更不用配备 笨重的中压延弧设备。同时 ， 多次脉 冲法还 降低了 对电缆故障探测人员的技术和经验要求， 大大提高 41 2 0 1 1 年第 3 期 No 3 2 Ol 1 电 线 电 缆 E1 e c t r i o Wi r e Ca bl e 2 0 1 1 年 6月 J u n ， 2 0 1 1 了现场故障的判断准确率。任何人都能方便、 准确 地判读波形， 标定故障距离， 达到快速准确测试电缆 故障的 目的。它是所有传统测试方法无法 与之 比 拟 。 3 利用行波技术探测电缆故障案例分析 电力电缆故障诱 发或触发原因的复杂性 、 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。以下通过 一 个探测实例 ， 说明利用主流的行波探测技术 “ 二次脉冲法” 探测地下电缆高阻故障的技巧。 3 1 案例 说明 某电缆线路编号为3 0 1 一 N ： ， 它是 6 k V馈出中 的一根型号为 Y J L V - 6 6 ( 6 1 0 ) 3 x7 0交联聚乙 烯绝缘电力电缆 ， 长度为 1 1 2 5 m， 做预防性试验时， c相发生电击穿， 其绝缘电阻为 1 0 MQ。该电缆绝 大部分路段采用的是电缆沟敷设 ， 部分路段采用直 埋敷设。采用二次脉冲法探测电缆故障， 获得以下 结果 ： 电缆故障为高阻接地 ， 电缆全长 1 1 2 5 m， 实测 故障距离为 6 3 2 m； 经声磁同步法定点 ， 确定是电缆 护层破坏而引发的绝缘老化故障。 3 2 案例分析 该电缆故障由电击穿造成高阻接地， 通常该类 故障较为隐蔽， 可采用的电缆故障探测方法有 ： 高压 电桥法、 冲击高压闪络法 、 脉 冲电流取样法、 二次脉 冲探测法 、 多次脉 冲探测法等多种。考虑到“ 二次 脉冲法” 操作简单 、 技术成熟 ， 能把 冲击能量 以波的 形式集中加到故障点的绝缘缺陷上 ， 让其弧光短路 ， 对高阻故障的再现格外有效； 同时它又能将测量用 的低压脉冲发向故障处 ， 易于测距。故对该类故障 首选“ 二次脉冲法” 测距 ， 并采用 F H一 8 6 3 6型电缆故 障测试仪。 -8 6 3 6型电缆故障测试仪具有测试波形储存 功能： 能将现场测试到的波形按规定顺序方便地储 存于仪器内， 供随时调用观察 ， 可以储存大量 的现场 测试波形 ， 便于分析研究与经验积累。 3 3 关于二次脉冲技术探测技巧 使用二次脉冲法探测电缆故障时， 必须注意 以 下几个方面的技巧： ( 1 )工作地线须 和系统地线连在一起 ， 以确保 被测试相与仪器成为一 闭合回路 ， 便 于获得正确的 测试波形 。为确保人身及仪器 的安全 ， 必须使测试 人员与测试仪器、 高压设备、 被测故障电缆等接地端 4 2 均处于等电位 ， 即要求各接地点一定要接触 良好。 ( 2 )冲击高压 的幅度一定要高， 即必须保证故 障点充分击穿 ， 否则采集不到故障回波， 而只能看到 两个终端开路波形。故障点击穿后， 屏幕上显示的 两个波形是有区别的( 见图 5 ) ， 上半部波形是用低 压脉冲法测得 的电缆开路全长波形 ； 下半部波形是 故障点被高压击穿电弧短路时用低压脉冲法测得 的 短路故障波形。故障回波的极性一定向上 ， 与开路 全长的终端反射 回波的极性相反， 且标定的距离一 定小于电缆全长。 图5 二次脉冲法探测技巧： 开路波形与故障点电弧短路 波形的区别 ( 3 )在二次脉冲测试方法的应用 中， 关键一点 是冲击高压击穿故障点后， 必须在故障点击穿短路 电弧持续时间内发送故障测试脉冲， 同时还必须避 开冲闪形成的余弦大振荡， 以保证测试波形平直， 没 有大振荡和故障闪络 回波的干扰 ， 即以适 当延迟把 握测试脉冲的发射 ， 延迟时间太短， 则不能完全避开 大振荡周期； 延迟时间太长， 又可能因为电缆故障点 击穿短路电弧熄灭 ， 重新呈现高阻状态， 测不到故障 回波。图 6为二次脉冲法测试时测试时机的把握。 8 9 m 展宽1 的故l f L U 二 脉 冲 法 测 试 脉 冲 发 射 时 机 盈冲 时 故 嘲 则 试 波 |全 貌 ， - 0 短路 弧持续 间 图 6 二次脉冲法探测技巧 ： 测试 脉冲发射 时机 的把握 从图6可看出， 在冲击高压闪络法的电流取样 波形中， 余弦大振荡波形的存 在是不可避免 的。测 试的二次脉冲发射只有在余弦大振荡波形结束后的 故障点短路 电弧持续 时间内， 才可能得到无干扰短 路故障测试波形。现场测试时 ， 每打一次冲击高压 ， 2 0 1 1年第 3期 No 3 201 1 电 线 电 缆 El e c t r i c W i r e Ca b l e 2 0 1 1 年 6月 J u n ， 2 0 1 1 都要观测故障回波波形是否平直。如果波形严重倾 斜表示发射脉冲过早 ， 应增大延时系数 ， 如从 1 s 逐 步增大到 1 5 s ， 总能得到一个较好 的便= F 分析定位 的平直波形； 也可通过增加储 能电容的容量延长击 穿电弧持续的时间 ， 同时加大延迟系数来得到理想 分析波形。 ( 4 )按 电缆长短和故障距离的远近选择“ 短距 离” ( 1 k m以内) 、 “ 中距离” ( 2 k m以内) 、 “ 长距离” ( 大于 2 k m) 三种测试脉冲。通常故障波与电缆全 长反射波重叠后 ， 更便于分析故障距离 ( 见图 7 ) 。 图7 故障波与电缆全长反射波重叠后， 更便于分析故 障距离 对于远距离故障， 由于回波较弱 ， 其 回波前沿拐 点变化圆缓 ， 判 断故障拐点的起 始点有一定困难。 此时应将两次测得的脉 冲基线重合起来 ， 其故 障回 波基线的前沿与全长波形 的基线分叉处， 用游标卡 在该处 ， 也可较精确测得故障距离。 ( 5 )由于在二次脉冲法测试过程中， 高压设备 与故障电缆之间串有“ 二次脉冲产生器” ( 过压保护 单元 ) ， 实际加到电缆故障相上的冲击高压 比高压 发生器输出的电压低一些。如果高压发生器的输出 电压 已经达到 3 5 k V， 故障点还未被击穿 ， 此时应更 换测试方法。如采用二次脉冲终端测试法 ： 将被测 电缆的终端一根非故障相和故障相间用放电球隙连 接 ， 而在 电缆始端将 3 5 k V的直流高压通过非故障 相加在终端球隙上 ， 然后利用非故障相的分布电容 加大冲击功率。此方法可以有效击穿故障点 ， 获得 较为理想的波形 ， 具体接线示意图如图 8所示。 3 4二次脉冲法测距 本故障电缆探测接线时， 利用一条非故障芯线 ( 如 B相) ， 将高压直流 电源引至末端 ， 经限流电阻 R对贮能电容 C充电， 球隙 Q把充电电容电路与故 障芯线相隔离 ， 球隙放 电后把 冲击 电压投 向故障的 c相 ， 具体接线示意图见图9 。 P 图 8 二次脉冲法探测技巧 ： “ 终端二次脉 冲法” 接线示意 图 图9 电缆故障二次脉冲法接线示意图 图中， D为整流硅堆， 反 向耐压大于 】 _ 0 0 k V， 正 向电流应大于 1 0 0 m A； C为储能电容 ， 电容量大于 1 F ， 耐压大于 3 0 k V； 电流取样器选用 1 5 H， 必须 放在电缆与储能电容之间的接地连线旁边 。 故 障点 一旦击 穿， 则形成 故 障点 的短 路 电弧 ( 所谓“ 二次脉冲法” 就是在故障点起弧的瞬间， 发 43 2 0 1 1 年第 3期 No 3 2 Ol l 电 线 电 缆 E l e c t r i c W i r e C a b l e 2 0 1 1年 6月 J u n ， 2 0 1 1 送故障测试脉冲， 探测故障点短路反射， 并记忆在仪 达电缆末端， 并发生开路反射， 比较两次低压脉冲波 器中； 当电弧熄灭后 ， 复发一测量脉冲通过故障处直 形 ， 可很容易判断故障点位置) ， 探测波形见图 l 0 。 ， 6 3 2in 电缆故障点二 次脉冲反 眩 波形 J 一 一 _ ： I l 扣 咚 ! 、 _n 岬 瞳 筑 嚣 、 ， i ， n 缆 终 弃 l路 脉 冲 l反 射 波 形 L， I 一； 图 l 0 电缆故障二次脉冲法实测波形 利用二次脉冲法， 可消除高压激励冲击波在传 输过程中由集中参数的多次反射与耦合畸变对测量 行波波形的影响， 又实现了低压脉冲测量高阻接地 故障的目的。 3 5 声磁同步法定位 电力电缆故障点定位 ， 常使用的有 “ 声测法” 、 “ 声磁同步法” 、 “ 音频感应法” 等三种。 ( 1 )声测法是利用 电力电缆故障点被击穿放电 时， 产生的声音信号进行定点。它利用声音传感器 在电力电缆上方， 将声音信号检测出来， 其中， 声音 信号最大的地方就是故障点所在的位置( 声测法主 要用于电力电缆高 阻故障的定位检测 ) ； ( 2 )声磁 同步法就是通过检测 电力电缆故 障点被击 穿放 电 时， 产生的磁、 声信号的时间差来确定故障点的位置 测出时间差最小的点， 即为故障点 ( 声磁 同步法亦 用于电力电缆高阻故障的定位检测) 。( 3 )音频感 应法是指在测试端向电力电缆注入一音频电流信 号， 利用定点仪的接收线圈在地面上接收该信号， 其 中音频信号发生明显变化的地方就是 电缆的故障点 ( 音频感应法主要用于电力电缆短路及低阻故障的 定位检测 ) 。 由于二次脉冲法与声测法测试电路具有关联性 ( 均利用球隙 Q高压放电) ， 且本次被试 电缆是高压 交联聚乙烯电缆 ， 具有吸收感应 电磁波的金属屏蔽 层 ， 不能 采用音 频感 应法定 位 ， 因此 ， 采 用 “ 声测 法” 。具体操作时使定点仪探头工作在“ 定 I I ” ， 直 接监听电锤的放 电声波。因本次定点测试 时， 杂声 太大 ， 打在“ 定 I I ” 、 “ 定 I ” 均听不清楚。考虑到可能 由于高阻故障隐蔽、 环境干扰大、 电缆敷设情况复 杂、 定点仪屏蔽不够严密等等原因， 使得放电最响点 很难确定 。鉴于此， 我们又采用“ 声磁 同步法” ， 即 利用电闪络时， 既发射 电磁波， 又发射振荡波这一物 理现象， 同时使用两部定点仪， 一部使用听筒( 为阻 容式拾音器) ， 工作在“ 定 I ” 或“ 定 I I ” 方式 ； 另一部 使用探头棒 ( 为三点式振荡器 ) ， 工作在 “ 路径” 方 式 。这样两部监 听仪器能听到略有差别的“ 拍拍” 声 ， 通过对 比， 首先找出最响点大概范围， 然后 ， 再逐 步减少定点仪输 出音量， 缩小监听范围， 最后集中于 一 个最响点 ， 它就是测定的电缆故障点。 利用声磁同步法定点 ， 确定的电缆实际故障点 与二次脉冲法测距所探测的故障点绝对误差大约为 2 m， 且电缆故障性质为电缆护层破坏而引发的绝缘 老化故障。 4 结束语 在电缆故障探测领域有个俗语 ： “ 三分靠仪器 ， 七分靠经验” 。高阻电缆故障的测试难点主要在测 距上 ， 对有些隐蔽性较强的地下电缆故障， 甚至需花 费数天的时间才能确定故障的准确范围。所以， 利 用行波技术探测电缆高阻故障， 必须深入了解行波 在缆线中的传播基理及波形识别技巧。 尽管本文介绍了二次脉冲法探测电缆故障一些 波形识别技术， 但二次脉冲法能否成功运用 ， 还取决 于电缆故障探测技术人员能否熟知大量的电缆典型 故障“ 标准波形” ， 和纯熟的现场工作经验。所以， 缆线维护和电气试验人员， 必须通过大量现场实测 波形的具体分析， 才能提高电缆故障距离的准确判 断能力 。 ( 下转第4 6页) 2 0 1 1 年第 3期 N o 3 2 01 1 电 线 电 缆 E l e c t r i c W j r e C a b l e 2 0 1 1 年 6月 J u n ， 2 01 1 又能满足规格变化， 这就成为不停车换规格的技术 关键。 通过进一步的研究 ， 发现该 问题可通过设计模 1 专用伴模来解决( 见 图 2 ) 。在生产准备时按相邻 规格中较大规格线芯配模 ， 在生产小规格线芯时加 入伴模 ， 以满足小规格线芯配模要求 ； 在生产大规格 线芯时再用专用工具去掉伴模， 从 而满足大规格线 芯配模要求 ， 整个换规格过程仅需要 3 0 m启车线 ， 并利用测偏仪调整挤 出厚度 ， 从 而满足工 艺要求。 经多次实践证 明， 该方法可有效提高生产效率并降 低生产成本。 图2 加入专用伴模后模具结构示意图 2 双 ( 单 ) 层挤 出的模具调整 对于某些客户要求 的特殊产品， 如架空绝缘线 芯 ， 产品结构中只有内屏蔽和绝缘层， 且要求化学交 联法一次挤出成型。在此前提下， 由于常规三层挤 出机存在三条流道 ， 如不将模套与模 3之间外屏蔽 流道紧密地密封 ， 则生产过程 中交联管 中气压将从 该流道 中泄流， 双层挤出工艺很难实现 ， 只有对三层 挤出模具进行适当改造才能满足工艺要求。通过分 析机头模具及流道设计， 发现实现三层到二层挤出 转变应注意如下几点 ： ( 1 ) 首先要保证设计 的模套 内壁与模 3外壁流道角度一致 ； ( 2 ) 三层挤 出时在 模套上设计定位台阶， 以保证模套与模套分流器 紧 密结合， 而二层挤出时应去掉定位台阶， 并向模 3方 向拧紧模套 ， 以保证模套 内壁与模 3外壁紧密结合 ， 没有空隙， 从而实现三层挤 出转换到二层挤出， 如图 3所示。 图 3 将三层挤出转换到二层挤出的模具改造 通过利用类似方法 ， 同样可在三层挤 出机上实 现一层挤出工艺 ： ( 1 ) 首先将模 1与模 1分流套连 接方法设计成丝扣型式 ； ( 2 ) 确保模 1外壁角度与 模 2内壁流道角度一致 ， 并将模 1拧紧在模 1 分流 套上， 确保二者之间连接紧密光滑 ； 除了利用上述方 法确保模套与模 3分流器紧密结合外， 也可将模 1 丝扣适当拧松使之与模 2内壁紧密结合 ， 这样就使 外屏蔽与内屏蔽流道封死并形成了单一流道 ， 从而 实现三层挤出转换到一层挤出的工艺。 3 结束语 上述 挤 出 模 具 改 进 方 法 已 成 功 运 用 于 MA I L L E F E R V C V和 C C V三层挤出设备。通过上述 模具改造和调整， 不仅大大降低了制造成本， 而且充 分利用了先进设备的稳定性和高效率， 提高了产品 质量 ， 缩短了制造周期 ， 满足了客户的特殊要求。因 此 ， 只要工艺技术人员在 日常生产过程中多观察 ， 多 动脑 ， 总能找到解决问题的良方。 参考文献： 1 卢宇， 高俊杰 相邻规格导线不停车换模具连续挤制新工艺 的浅析 J 电线电缆， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 1 6 1 7 2 徐华胜， 韩惠福， 王义林 化学交联三层共挤相邻规格导体换 规格不停车生产技术的浅析 J 电线电缆， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 2 3 - 2 4 ( 上接 第 4 4页 ) 参考文献 ： 1 葛耀中 新型继电保护与故障测距的原理与技术( 第二版) M 西安 ： 西安交通大学 出版社 ， 2 0 0 7 2 洪滨 常见地 下电力电缆 故障及 其探测方 法 J 】 电世 界 ， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 6 - 7 ； 2 0 0 3 ( 7 )： 3 9 - 4 1 ； 2 0 0 3 ( 8) ： 3 9 -41 ； 2 0 0 3 ( 9) ： 3 9 41 4 6 3 C h a m i a M， L i b b e n n a n S U l t r a , h iig h s p o e d r e l