电缆故障探测技术

产品简介

 在电力行业和一些使用电缆的行业，特别是在一些复杂的电力系统中，要找到地下电缆线路的故障是十分困难的事。但是，在这方面功能多样且操作简便的设备不断出现，不但可以降低探测故障的高额成本，而且可以减少艰苦查找电缆故障时不可避免的长时间停电，给排除故障带来了很多方便。 
　　在地下直埋电缆和地下住宅配电(URD)系统中探测故障是一件非常费时的事，并且会对用户引起十分不便的停电，某些技术还可能会损坏电缆。而对一些技术要求高的设备，其操作较为复杂，只有受过严格培训的操作人员才能使用 ，这给这类技术设备的推广应用带来了许多不便。因此，选择合适的技术，部分地取决于故障探测器的设计人员了解的电缆系统设计的知识，也部分地取决于设备和操作人员对这方面的专业技术知识的了解。有了合适的设备和在现场工作的专业技术，是快速有效地探测故障的第一步。 
　　许多电力公司采用锤击(脉冲)法。这种技术在一个简单的电缆系统中探测高阻故障是较有效的。锤击法包括采用一个脉冲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。 
　　不过据美国西雅图市照明公司负责电气安装和维修的管理人员Dennis Minier说，由于这种方法简便易行，因此他们一直采用锤击法来探测电缆故障。 
　　时域反射测量法(TDR)是一种在电缆结构上通过改变所产生的脉冲反射来显示的低压电弧反射技术。这种脉冲反射是记录在TDR的屏幕上，并且同特性图形(在故障前进行和记录的特性图形)相比较，或者与同一条电缆线路上的健全相所作出的特性图形相比较。故障点的距离是由图形散射点来确定的。TDR法是探测低阻故障较有效的方法之一。问题是TDR的图形分析需要经培训过的和有经验的操作员来进行分析操作。 
　　高阻故障和复杂的系统，就要求设备具有更高的能量等级。高压电弧反射的一些方法，例如数字式电弧反射法和差异电弧反射法，均要求特殊的设备和经严格培训过的操作员操作。 
　　由于电弧反射法十分复杂，使得锤击法仍然是较通用的应用技术。这种技术比较简单，无需特殊的仪器，也不要求熟练的分析人员。 
　　而新仪器具有多功能性，用于锤击法可以使电缆的潜在损坏减少到较小。 
　　在电缆上使用脉冲的时间尽量短，且能提高故障探测效率，是许多电力公司共同追求的目标。在地下直埋电缆和简单的地下住宅配电系统中，目前有两种装置可以达到以上两个目标。 
　　一种装置是由美国加州帕洛阿尔托市的美国电力研究协会开发的，叫做快速故障探测器(FFF)。这种FFF可探测回路断电之前，当电缆第一次燃弧时由故障发射出的波形，而被捕获的波形，经处理储存在FFF监视器中，而监视器是连接在URD系统中通常的断开点。这种装置有两个传感器，以便监视一个回路两半边的暂态故障。当故障发生时，两个暂态峰值之间的时间间隔给出了到故障点的距离。FFF能自动地工作，并且无需严格培训的操作人员。这种廉价的装置，完全可以安装在URD回路中，作为永久性的监测仪器，以探查所发生的故障。或者说在故障发生之后，该装置可以作为探测工具使用。由于该装置在故障之后采用电缆额定值或低于额定值的电压脉冲进行一次性的冲击，而且放电只进行一次，因此对电缆损坏的机会较小。 
　　每一单相的开式辐射形或环形回路，仅需要一台FFF，而3相系统则每相均需安装一台装置，通过RS-232接口可把故障位置信息发送到电力公司总部快速响应的遥控通信计算机中心。 
　　另一种装置叫做第一响应(First Response)装置，是一种电池供电的锤击物高压耦合器同一种单锤击来组成隔离变压器之间故障电缆段的电缆雷达系统，并能测量到故障点的距离。该装置采用数字式电弧反射技术，探测时需要高能量的滤波器。在复杂系统中的高阻故障，常产生干扰信号，这些信号通过一些接头和星形连接的分接头，干扰探测，因此需要更高的能量来快速而准确地查明故障。专用的送电线路和复杂的网络系统，通常设有人孔和管道，而这些人孔和管道可能积聚大量的水，因而在城市和工业区里，这些复杂的网络系统往往产生许多由水导致的电缆故障。由于水的特性象缘绝体，因此探测水故障是很困难的，也就是说要探测到闪络的准确故障点是困难的。为了探测闪络，其电压能级或脉冲发生器的电容必须提高到能引起击穿为止。要查明纸绝缘的铅包电缆(PILC)和挤压绝缘电缆的水故障，使其引起闪络的能级就需要高达5400J，这比探测URN故障所需能量高好几倍。这就相应地要求装设滤波器以便有效地保护仪器和操作人员免受来自高压的危险。 
　　位于美国马里兰州中部的巴尔的摩市煤气和电力公司(BGE)，正在应用一种由AVO公司制造的先进的故障/电缆分析系统--Biddle DART-6000，获得了十分显著的成效。该装置可应用于许多种类型电缆中，能十分有效地提高故障探测效率，并可使冲击时间较短。 
　　BGE公司自1963年以来，已应用了雷达技术。对直线电缆的低阻故障、断线故障及短路故障和许多干纸/铅包电缆故障，采用TDR法均能清楚地探明故障点。但是，TDR法有某些固有的限制，并且不能始终作为单独的仪器和方法来探测挤压绝缘电缆的高阻故障，及纸绝缘铅包电缆的高阻水故障。另外，在探测多种星形连接的馈电线和充油输电电缆的一些故障时，TDR的操作员也面临着一些难以判断的问题。 
　　早期的电弧反射技术，由于对电离故障仅要求低能脉冲，因此反射技术似乎符合探测URD系统的高阻挤压电缆故障的要求。但是，当故障特性表明需要更高能级来击穿故障时，就必须有一种更大和更好的滤波器，以保护仪器和操作员免遭高压的危险。 
　　Biddle DART-6000采用计算机分析数据，用雷达探测，可适用常规的TDR法、电弧反射法、冲击法(电流冲击)和衰减法(电压冲击)等探测方法。差异电弧反射技术是由AVO公司的首席科学家JP Steiner提出的，用来帮助操作员作出判断。DART技术通过冲击前和冲击时，冻结TDR的一些轨迹(图形)来提高标准的电弧反射法的探测能力。这一技术排除了那些无关的和干扰的反射，仅留下由故障引起的TDR反射。这种探测方法可应用于探测复杂系统，并且简化了TDR的信号判断过程。 
　　DART-6000系统配有大功率滤波器，可承受3000000J/h的冲击，完全能与大型脉冲发生器相匹配。该设备允许把高达1000A的电流输送到故障点。Biddle滤波器对BGE公司所用脉冲发生器(锤击器)无特殊限制。因此该设备为使用者提供了在探测各种电缆故障状态时，仅需一台设备就能完成多种工作的可能性。

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