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電纜故障探測方法的評價
時間: 2019-12-13 16:12
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電纜故障探測 方法的評價 長期以來，涌現出了許多測量方法與儀器，這些方法與儀器適用于不同故障情況，各有優缺點，這里就故障測距與定點儀器簡單地做一下評價和比較。 1.故障
電纜故障探測方法的評價
長期以來，涌現出了許多測量方法與儀器，這些方法與儀器適用于不同故障情況，各有優缺點，這里就故障測距與定點儀器簡單地做一下評價和比較。
1.故障測距的方法
①．電橋法
電橋法是一種經典測試方法。
a
b
圖1.5電橋測距原理
電橋法測試線路的連接如圖1.5a所示，將被測電纜終端故障相與非故障相短接，電橋兩臂分別接故障相與非故障相，圖1.5b給出了等效電路圖。
仔細調節R2數值，總可以使電橋平衡，即CD間的電位差為0，無電流流過檢流計，此時根據電橋平衡原理可得：
R3/R4=R1/R2 （1.1）
R1、R2為已知電阻，設：R1/R2=K，則
R3/R4=K
由于電纜直流電阻與長度成正比，設電纜導體電阻率為R0，L全長代表電纜全長， LX、、L0 分別為電纜故障點到測量端及末端的距離，則R2可用（L全長+L0）R0代替，根據式（1.1）可推出：
L全長+L0=KLX
而 L0=L全長-LX，所以
LX=2L全長/（K+1）
電纜斷路故障可用電容電橋測量，原理與上述電阻電橋類似。
電橋法優點是簡單、方便、精確度高，但它的重要缺點是不適用于高阻與閃絡性故障，因為故障電阻很高的情況下，電橋里電流很小，一般靈敏度的儀表，很難探測，實際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡性故障。在用電橋法測量故障距離之前，需用高壓設備將故障點燒穿，使其故障電阻值降到可以用電橋法進行測量的范圍，而故障點燒穿是件十分困難的工作，往往要花費數小時，甚至幾天的時間，十分不方便，有時會出現故障點燒斷，故障電阻反而升高的現象，或是故障電阻燒得太低，呈永久短路，以至不能用放電聲測法進行最后定點。電橋法的另一缺點是需要知道電纜的準確長度等原始技術資料，當一條電纜線路內是由導體材料或截面不同的電纜組成時，還要進行換算，電橋法還不能測量三相短路或斷路故障。
現在現場上電橋法用的越來越少了，不過一些測試人員，尤其是老的測試人員，仍然習慣于使用該方法。特別是對一些特殊的故障沒有明顯的低壓脈沖反射，但又不容易用高壓擊穿，如故障電阻不是太高的話，使用電橋法往往可以解決問題。
②．低壓脈沖反射法-適用于斷線、低阻和短路故障
低壓脈沖反射法，又叫雷達法，是受二次世界大戰雷達的啟發而發明的，它通過觀察故障點反射脈沖與發射脈沖的時間差測距（詳見第三章敘述）。
低壓脈沖反射法的優點是簡單、直觀、不需要知道電纜的準確長度等原始技術資料。根據脈沖反射波形還可以容易地識別電纜接頭與分支點的位置。
低壓脈沖反射法的缺點是仍不能適用于測量高阻與閃絡性故障。
③．脈沖電壓法-適用于高阻和閃絡故障（已淘汰）
脈沖電壓法，又稱閃測法，是六十年代發展起來的一種高阻與閃絡性故障測試方法。國內有數家企業生產、銷售該原理的電纜故障閃測儀。
首先使電纜故障在直流高壓或脈沖高壓信號的作用下擊穿，然后，通過觀察放電電壓脈沖在觀察點與故障點之間往返一次的時間測距。
脈沖電壓法的一個重要優點是不必將高阻與閃絡性故障燒穿，直接利用故障擊穿產生的瞬間脈沖信號，測試速度快，測量過程也得到簡化，是電纜故障測試技術的重大進步。
脈沖電壓法的缺點如下：
A.安全性差，儀器通過一電容電阻分壓器分壓測量電壓脈沖信號，儀器與高壓回路有電耦合，很容易發生高壓信號串入，造成儀器損壞。
B.在利用閃測法測距時，高壓電容對脈沖信號呈短
路狀態，需要串一電阻或電感以產生電壓信號，增加了接線的復雜性，且降低了電容放電時加在故障電纜上的電壓，使故障點不容易擊穿。
C.在故障放電時，特別是進行沖閃測試時，分壓器耦合的電壓波形變化不尖銳，難以分辨。
④．脈沖電流法-適用于高阻和閃絡故障
脈沖電流法是八十年代初發展起來的一種測試方法，以安全、可靠、接線簡單等優點顯示了強大的生命力。
脈沖電流法（詳見第四章）與脈沖電壓法的區別在于：前者通過一線性電流耦合器測量電纜故障擊穿時產生的電流脈沖信號，成功地實現了儀器與高壓回路的電耦合，省去了電容與電纜之間的串聯電阻與電感，簡化了接線，傳感器耦合出的脈沖電流波形也比較容易分辨。
⑤．弧反射法（二次脈沖法）-適用于高阻和閃絡故障
這是目前最先進的故障測距方法，測試中要首先采用。是基于低壓脈沖波形容易分析、測試精度高的情況下開發出來的一種新的測試方法。
其基本原理是：
在高壓脈沖發生器未給電纜施加高壓脈沖前，向電纜注入一個低壓脈沖信號，記錄下此時的低壓脈沖波形（稱為無電弧波形）。此時因為故障點為高阻，低壓脈沖在故障點沒有反射或反射極小。
再通過高壓脈沖發生器給電纜施加高壓脈沖，使故障點擊穿，并出現弧光放電。由于弧光電阻很小，在燃弧期間原本高阻或閃絡性故障變成了低阻短路故障。此時通過耦合裝置向故障電纜注入一個低壓脈沖信號，記錄下此時的低壓脈沖反射波形（稱為帶電弧波形），則能夠明顯地看到故障點的低阻反射脈沖。
把無電弧波形和帶電弧波形進行比較，兩個波形在故障點的位置上將明顯不同，波形的明顯分歧點離測試端的距離就是故障距離。
⑥．對測距方法與儀器選擇的建議
目前，普遍采用行波測距法。短路、低阻和斷路故障采用低壓脈沖反射法，它比電橋法簡單直接；測量高阻與閃絡性故障采用弧反射法或脈沖電流法；兩者都是通過脈沖信號在故障點與測量點之間往返一次時間測距，但前者是主動向電纜發射探測電壓脈沖，后者是被動記錄故障擊穿產生的瞬間脈沖電流信號；信號的記錄與處理顯示可由同一個電路完成，故可方便地使儀器同時實現兩個功能。
長期以來，涌現出了許多測量方法與儀器，這些方法與儀器適用于不同故障情況，各有優缺點，這里就故障測距與定點儀器簡單地做一下評價和比較。
1.故障測距的方法
①．電橋法
電橋法是一種經典測試方法。
a
b
圖1.5電橋測距原理
電橋法測試線路的連接如圖1.5a所示，將被測電纜終端故障相與非故障相短接，電橋兩臂分別接故障相與非故障相，圖1.5b給出了等效電路圖。
仔細調節R2數值，總可以使電橋平衡，即CD間的電位差為0，無電流流過檢流計，此時根據電橋平衡原理可得：
R3/R4=R1/R2 （1.1）
R1、R2為已知電阻，設：R1/R2=K，則
R3/R4=K
由于電纜直流電阻與長度成正比，設電纜導體電阻率為R0，L全長代表電纜全長， LX、、L0 分別為電纜故障點到測量端及末端的距離，則R2可用（L全長+L0）R0代替，根據式（1.1）可推出：
L全長+L0=KLX
而 L0=L全長-LX，所以
LX=2L全長/（K+1）
電纜斷路故障可用電容電橋測量，原理與上述電阻電橋類似。
電橋法優點是簡單、方便、精確度高，但它的重要缺點是不適用于高阻與閃絡性故障，因為故障電阻很高的情況下，電橋里電流很小，一般靈敏度的儀表，很難探測，實際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡性故障。在用電橋法測量故障距離之前，需用高壓設備將故障點燒穿，使其故障電阻值降到可以用電橋法進行測量的范圍，而故障點燒穿是件十分困難的工作，往往要花費數小時，甚至幾天的時間，十分不方便，有時會出現故障點燒斷，故障電阻反而升高的現象，或是故障電阻燒得太低，呈永久短路，以至不能用放電聲測法進行最后定點。電橋法的另一缺點是需要知道電纜的準確長度等原始技術資料，當一條電纜線路內是由導體材料或截面不同的電纜組成時，還要進行換算，電橋法還不能測量三相短路或斷路故障。
現在現場上電橋法用的越來越少了，不過一些測試人員，尤其是老的測試人員，仍然習慣于使用該方法。特別是對一些特殊的故障沒有明顯的低壓脈沖反射，但又不容易用高壓擊穿，如故障電阻不是太高的話，使用電橋法往往可以解決問題。
②．低壓脈沖反射法-適用于斷線、低阻和短路故障
低壓脈沖反射法，又叫雷達法，是受二次世界大戰雷達的啟發而發明的，它通過觀察故障點反射脈沖與發射脈沖的時間差測距（詳見第三章敘述）。
低壓脈沖反射法的優點是簡單、直觀、不需要知道電纜的準確長度等原始技術資料。根據脈沖反射波形還可以容易地識別電纜接頭與分支點的位置。
低壓脈沖反射法的缺點是仍不能適用于測量高阻與閃絡性故障。
③．脈沖電壓法-適用于高阻和閃絡故障（已淘汰）
脈沖電壓法，又稱閃測法，是六十年代發展起來的一種高阻與閃絡性故障測試方法。國內有數家企業生產、銷售該原理的電纜故障閃測儀。
首先使電纜故障在直流高壓或脈沖高壓信號的作用下擊穿，然后，通過觀察放電電壓脈沖在觀察點與故障點之間往返一次的時間測距。
脈沖電壓法的一個重要優點是不必將高阻與閃絡性故障燒穿，直接利用故障擊穿產生的瞬間脈沖信號，測試速度快，測量過程也得到簡化，是電纜故障測試技術的重大進步。
脈沖電壓法的缺點如下：
A.安全性差，儀器通過一電容電阻分壓器分壓測量電壓脈沖信號，儀器與高壓回路有電耦合，很容易發生高壓信號串入，造成儀器損壞。
B.在利用閃測法測距時，高壓電容對脈沖信號呈短
路狀態，需要串一電阻或電感以產生電壓信號，增加了接線的復雜性，且降低了電容放電時加在故障電纜上的電壓，使故障點不容易擊穿。
C.在故障放電時，特別是進行沖閃測試時，分壓器耦合的電壓波形變化不尖銳，難以分辨。
④．脈沖電流法-適用于高阻和閃絡故障
脈沖電流法是八十年代初發展起來的一種測試方法，以安全、可靠、接線簡單等優點顯示了強大的生命力。
脈沖電流法（詳見第四章）與脈沖電壓法的區別在于：前者通過一線性電流耦合器測量電纜故障擊穿時產生的電流脈沖信號，成功地實現了儀器與高壓回路的電耦合，省去了電容與電纜之間的串聯電阻與電感，簡化了接線，傳感器耦合出的脈沖電流波形也比較容易分辨。
⑤．弧反射法（二次脈沖法）-適用于高阻和閃絡故障
這是目前最先進的故障測距方法，測試中要首先采用。是基于低壓脈沖波形容易分析、測試精度高的情況下開發出來的一種新的測試方法。
其基本原理是：
在高壓脈沖發生器未給電纜施加高壓脈沖前，向電纜注入一個低壓脈沖信號，記錄下此時的低壓脈沖波形（稱為無電弧波形）。此時因為故障點為高阻，低壓脈沖在故障點沒有反射或反射極小。
再通過高壓脈沖發生器給電纜施加高壓脈沖，使故障點擊穿，并出現弧光放電。由于弧光電阻很小，在燃弧期間原本高阻或閃絡性故障變成了低阻短路故障。此時通過耦合裝置向故障電纜注入一個低壓脈沖信號，記錄下此時的低壓脈沖反射波形（稱為帶電弧波形），則能夠明顯地看到故障點的低阻反射脈沖。
把無電弧波形和帶電弧波形進行比較，兩個波形在故障點的位置上將明顯不同，波形的明顯分歧點離測試端的距離就是故障距離。
⑥．對測距方法與儀器選擇的建議
目前，普遍采用行波測距法。短路、低阻和斷路故障采用低壓脈沖反射法，它比電橋法簡單直接；測量高阻與閃絡性故障采用弧反射法或脈沖電流法；兩者都是通過脈沖信號在故障點與測量點之間往返一次時間測距，但前者是主動向電纜發射探測電壓脈沖，后者是被動記錄故障擊穿產生的瞬間脈沖電流信號；信號的記錄與處理顯示可由同一個電路完成，故可方便地使儀器同時實現兩個功能。
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