用直流电桥法定点电缆故障距离的详细方法介绍

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由于电缆敷设的特殊性，关于电缆故障的查找与定位， 一直是电力从业人员的心头大患。随着科技的日益发展，确定电缆故障的性质已经不再困难，然而测定电缆一端到故障点的距离，仍然没有很好的解决方法。

为了确切的故障点往往要配合其他手段进行“细测”，这就是故障定点，下面为大家介绍一下用直流电桥法来定点电缆故障的详细方法。

直流电桥法是至今仍广泛应用的一种测距方法。基于电缆沿线均匀，电线长度与缆芯电阻成正比的特点，并根据惠斯登电桥的原理，可将电缆短路接地、故障点两侧的环线电阻引入直流电桥，测量其比值。由测得的比值和电缆全长，可获得测量端到故障点的距离，如图1所示。图中R_L是电缆全长的单芯电阻，R_X是始端到故障点的电阻。

图 1：直流电桥法测量原理图
(a)组成的单臂电桥；(b)故障电缆回路

电桥法有多种接线，普遍使用的是缪雷环线法。对低电阻性接地用低压缪雷环线法，电源电压不超过1kV；高电阻性接地用高压缪雷环线法，电压可达数千甚至上万伏。但所谓低阻和高阻并没有严格界线，而随所用电缆故障测试仪的电源电压和检测灵敏度而定。普通的单臂和双臂电桥，多外接数十伏到数百伏的直流电源，以2~ 3kΩ作为划分高阻和低阻的界线是适当的。因为这时恰能得到电桥测量所必需的10~ 50mA的测量电流，电桥足够准确。

当电阻大于3kΩ时，电桥灵敏度不够，显然，要增大电流，方法不外是提高电压和降低电阻。下面将详细介绍。提高电压就是采用高压缪雷环线法，它与低压缪雷环线法没有本质的区别，只是仪器能承受高压。

用缪雷环线法测量单相接地故障的原理接线如图2所示。

图2：缪雷环线法测量单相接地故障
M——比例臂；R——可调测量臂电阻；R_f——检流计灵敏度调整电阻；P——检流计

将电桥的测量端子x1和x2分别接往故障缆芯和完好缆芯，这两芯的另一端用跨接线短接构成环线。于是电桥本身有两臂（比例臂M和测量臂R）；故障点两侧的缆芯环线电阻构成另两臂。当电桥平衡时，则有

MXr＝（2L－X）rR

X＝2LR／（R＋M）

式中X——从测量端到故障点的距离(m)：

L——电缆长度(m)；

R——测量臂电阻(Ω)：

M——比例臂的电阻(Ω)；

r——电缆每米长度的电阻(Ω／m)。

两相短路或短路并接地的故障测量方法与单相接地基本相同。两相短路时的测量电流不经过地线成回路，而是经过相间故障点成回路。故障相缆芯接往电桥，其一相的末端与完好相短路构成环线，如图3 (a)所示，接入电桥x1及x2端子上，另一相与电池E串接。当电桥平衡时，同样可由式( 17-4)计算出到故障点的距离X。当两相在不同点接地造成短路时，如图3(b)的所示。此时也可按图2的接线，分别测出它们的故障点X及X'。

图3：测量两相短路或短路接地故障接线图
(a)——两相短路；(b)——两相在不同点接地造成短路

用电桥法测量三相短路或短路并接地的故障时，必须借助于辅助线。如附近有完好的平行电缆线路，可用其一根芯线作辅助线，在末端与故障缆芯任一相（常取绝缘电阻低的一相）短路构成环线。测量方法与上述单相接地和两相短路的测法相同。如没有平行线路，应布设临时线作辅助线，接法见图4。临时用低压塑料二芯线，一芯与阻值较大的M桥臂相串联，另一芯接到检流计，这样做测量误差小些。

图4：用临时线测量三相接地故障接线

对临时线的截面也无严格要求，只需测出其电阻值。接线时应将临时线的两线芯的另一端同时接往缆芯中绝缘电阻最小的一相。不要在两线芯连好后再用短线接往缆芯。因为这样等于接长了电缆而带来误差。

设r₁为临时线单边的电阻值，当电桥平衡时，可得

(M＋r₁)X＝ (L－X)R

所以 X＝R·L/[(M＋r₁)＋R]

式中r₁——临时线单边电阻值(Ω)。

如果三根电缆芯不在同一点接地短路，同样可以上述方法，对每一根进行测量，找出它们的故障点。

用低压电桥测量高阻性故障必须首先将高电阻烧穿为低电阻，但实际上，并不容易把高阻烧成低阻。如果烧穿电流太小，不能达到扩大炭化通道使电阻下降的目的；烧穿电流太大，又可能使炭化通道温度过高而遭到破坏，电阻反而增高。所以，如何迅速有效地烧穿故障点仍需继续研究。

根据现场经验，多认为用高压直流烧穿法比较合理有效，其接线与直流耐压相同。用直流烧穿法可避免无功电流，仅供给流经故障点的有功电流，从而大大减小试验设备的体积，适于现场应用。烧穿开始时，在几万伏电压下保持几毫安至几十毫安电流，使故障电阻逐渐下降。此后，随电流的增加应运渐降低电压，使在几百伏电压下保持几安电流。在整个烧穿过程中电流应力求平稳，缓缓增大。直流烧穿法的接线与泄漏试验相同，输出电压仍是负极性。由于用直流烧穿法较泄漏试验的电流大，限流水电阻不便使用，可以将操作回路的过流保护调整满足要求；要注意的是试验设备的容量要足够大，否则易损坏。如采用200~220/50000V、5kVA的试验变压器，则高压侧的烧穿电流应控制在0.1A左右。

如采用高压二极管，可选用2DL100/1型或2DL100/0.5型的(反峰电压100kV、通流容置1A或0.5A)。为避免给声测法定点带来困难，故障点对地电阻不宜降得太低，1kΩ左右即可，因电阻下降时故障点的声能也随之下降。

当试验设备容量较小时，常采用直流冲击法，其接线如图5所示。

图5：直流冲击发烧穿故障点及声测法定点接线图

试验变压器TT的高压侧经高压二极管V整流产生直流电源，先对电容器C充电，充电副球隙F击穿时，电容器上的电荷经故障点放电，持续放电一段时间，冲击电流将使炭化通道逐渐扩大，电阻降低。充电电容C值可取2~10μF，应能承受20~ 30kV电压。R为保护电阻，常以水阻杆代替，电阻值一般取0.1~0.5MΩ。微安表是用于监视回路电流的。S是微安表的短路开关。如故障电缆较短，冲击的同时还应配合声测法定点仪同时监听，有时能直接探到故障点。

对稳定性的高阻接地故障，当采用高压直流电桥测量时，它仍应用惠斯登电桥的原理，其接线如图6所示。

图6：高压直流电桥测量高电阻接地故障接线
TR——调压变压器；TT——试验变压器

只是在结构上采用了滑线电阻R₂，调节滑动点C使电桥平衡，因此又叫滑线电桥（图中R₁为检流计P的分流器，是调节灵敏度用的）；由于滑线电阻的总数值是固定的，可使其为常数，从而简化了计算，可由滑动点的位置直接得出到故障点的距离占电缆线路全长的比例。

图6中电桥电阻R₂为100等分的3.5Ω左右的滑线电阻。当电桥在读数为C达到平衡时，另一桥臂也应以(100—C)等分。显然有

C／（100－C）＝X／（2L－X）

经简化得  C／100＝X／2L

所以  X＝C2L／100

式中C——滑线电桥的读数；

L——电缆线路全长。 

使用高压直流电桥要注意安全，对非试验相的缆芯也必须接地，以防产生感应高电压。高压直流电桥只适于测量稳定性接地故障，不适于电缆在高压直流下内部有放电的情况。因为这时电流忽大忽小，间歇性增高，甚至内部闪络击穿使电流剧增，不但测量难以进行，还会损坏检流计。所以在图17-11中接入电流表PA监视电流，使测量电流稳定在10-20mA。

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