電力電纜故障測距儀的研究與應(yīng)用

1、分類號密級編號靠謫腳盯學(xué)位論文絲笪匹塑望垡叢衛(wèi)巳麴鯉墅壘絲星星苧絲型寶墅竺！里昱奎窒指導(dǎo)老師姓名：墮星麴援揚翅鎣量蝗塹撞一直昌太堂皇氫當(dāng)自墅絲王程堂隨申請學(xué)位級別：王堂亟±專業(yè)名稱：皇力丕統(tǒng)壁墓自動絲論文答辯日期：墊墮生且旦旦論文提交日期：生旦學(xué)位授予單位和日期：直昌太鱟答辯委員會主席：評閱人：§生縣年月日摘要電力電纜故障是電力系統(tǒng)中的常見故障，電纜測距是排除電纜故障的前提條件，準(zhǔn)確的電纜故障測距可以縮短發(fā)現(xiàn)故障點的時間，有利于快速排除故障，減少由電纜故障帶來的損失。本文首先介紹了介紹電壓、電流波在電纜線路里的傳播過程，電力電纜屬于傳輸線的一種，電纜線路可看成許許多多電阻、

2、電導(dǎo)、電容與電感元件相聯(lián)結(jié)組成的，這些元件稱為電纜的分布參數(shù)。根據(jù)電纜的分布參數(shù)及行波在電纜傳播的波動方程，可以推導(dǎo)出行波在電纜故障點的電壓反射系數(shù)，短路的電壓反射系數(shù)是一，斷路的電壓反射系數(shù)是，而低阻故障的電壓反射系數(shù)是介于兩者之間的一個數(shù)。電壓反射系數(shù)為電力電纜故障測距提供了可靠的理論依據(jù)。其次介紹了電力電纜故障測距的各種方法。傳統(tǒng)測距方法的是用電橋法測距。而隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，建立在電力電纜分布參數(shù)理論基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了低壓脈沖法與脈沖電流法，而脈沖電流法又分為直流高壓閃絡(luò)與沖擊高壓閃絡(luò)兩種方法。并簡單的介紹了一下各種測距法的優(yōu)點、缺點和它們的接線方法。接下來，文章介紹了電力電纜故障測距

3、儀的硬件設(shè)計方案。作為一種智能化的精確測距儀，它必須在測量精度上達(dá)到非常高的要求，因此，采用兩片超高速的轉(zhuǎn)換器并行連接起來的方法使數(shù)據(jù)采集速度提高一倍。對于超高速數(shù)據(jù)采樣頻率來講，一般的數(shù)據(jù)傳送系統(tǒng)是不能滿足要求的，在這里介紹了一種在板存儲器方式傳送數(shù)據(jù)方式。設(shè)置一個“快進(jìn)慢出”，先將模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果高速寫入這個高速緩存器中，然后再傳送到主存儲器。最后，利用脈沖在故障電纜線中傳輸、反射等理論基礎(chǔ)上，建立了完整的電纜電纜故障測距模型，并利用軟件對系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真模擬，得出了系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)過程的相關(guān)數(shù)據(jù)及實驗波形。在分析仿真實驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，驗證了模型的正確性和方法的可行性。關(guān)鍵詞：電力電纜，故障測

4、距，低壓脈沖，仿真，超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換單片機(jī)幻，街，行，”，曲，（）：，學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解壹墨點鱟有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌土學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書）學(xué)位論文作者簽名：曼磐丈簽字日期：導(dǎo)師簽名：易他栩堋牽四年月，杏日簽字目期：聲年多月，目學(xué)位論文作者畢業(yè)后去向：工作單位：通訊地址：電話：郵編：第一章緒論弟一早珀記第一章緒論本章首先闡明電力電纜測距技術(shù)發(fā)展的概況

5、、歷史與趨勢，然后對電力電纜測距儀的研制發(fā)展簡作介紹，最后介紹本課題的設(shè)計要求。電力電纜測距技術(shù)發(fā)展的概況、歷史與趨勢隨著國家城市電網(wǎng)改造工作的開展，電力電纜數(shù)量的增加，廣大供電部門非常重視電纜的故障探測工作，迅速、準(zhǔn)確地確定電力電纜故障點，能夠提高供電的可靠性，減小故障修復(fù)費用以及停電損失。電力電纜多埋于地下，一旦發(fā)生故障，尋找起來斗分困難。如何準(zhǔn)確、迅速、經(jīng)濟(jì)地查找電纜故障便成了供電部門日益關(guān)注的問題。了解電纜故障的原因，對于減少電纜的損失，快速地判定出故障點十分重要的，造成電纜故障的原因通常有機(jī)械損傷、絕緣受潮、絕緣老化變質(zhì)、防護(hù)層的腐化等等。經(jīng)典的測試方法是采用惠斯頓電橋法，電橋法有電

6、阻電橋法，電容電橋法舊，引。電橋法的優(yōu)點是簡單，方便，精度高。但它的重要缺點不適于高阻或閃絡(luò)性故障，而實際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡(luò)性故障。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展。近年來，電力電纜故障的測試技術(shù)有了較大發(fā)展，如出現(xiàn)了故障測距的脈沖電流法，路徑探測法，路徑探測的脈沖磁場法以及利用磁場與聲音信號時間差尋找故障位置方法等，計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，便使得電纜故障探測技術(shù)面貌新，進(jìn)入智能化階段。（）經(jīng)典惠斯頓電橋的電纜故障測距法電橋法是采用惠斯頓電橋定理，將被測電纜終端的故障相和非故障相短接，電橋的雙臂分別接故障相和非故障相，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，使得電橋平衡，在由于電纜直流電阻與長度成正比，可求出電纜故障點

7、到測量端的距離。電橋法的優(yōu)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(luò)性故障，因為故障電阻很高的情況下，電橋的電流很小，一般靈敏度的儀表很難探測的。而實際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡(luò)性故障，通常使用的方法是在采用電橋法測量故障之前，用高壓設(shè)備將故障點燒穿，使得故障電阻降到可第一章緒論以用電橋法進(jìn)行測量的范圍，而故障點的燒穿是一件十分困難的事，往往需要花費數(shù)小時甚至更長的時間，十分不方便。電橋法的另一缺點就是要知道電纜的準(zhǔn)確長度等原始資料，當(dāng)一條電纜線路由不同截面的電纜組成時，還需要進(jìn)行換算，電橋法也不能測量三相短路或斷路故障。（）脈沖反射法對電纜的故障測距低壓脈沖反射法用于測

8、量電纜的低阻、短路與斷路故障，低壓脈沖法還可以用于測量電纜的長度，電磁波在電纜中的傳播速度，還可以用于區(qū)分電纜的中間接頭，型接頭與線路終端等。工作原理：測試時向電纜注入一個低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點，如短路點，故障點，中間接頭等。脈沖發(fā)生反射，回到測量點，被儀器記錄下來，波形上發(fā)射脈沖與反射脈沖的時間差，對應(yīng)脈沖在測量點與電阻不匹配點往返一次的時間，已知脈沖在電纜中的傳播速度，便可計算出阻抗不匹配點的距離。對發(fā)射脈沖的選擇：由于矩形脈沖形成比較容易，故電纜故障測量儀器使用的電壓脈沖一般都是采用矩形脈沖。脈沖總是有一定的時間寬度的，假設(shè)為，如果在時間內(nèi)到來的反射脈沖與發(fā)射脈沖相重迭

9、，便無法區(qū)分出來，因此就不能測出故障點的距離，出現(xiàn)盲區(qū)。從減小盲區(qū)的角度來看，發(fā)射脈沖窄一些好，但脈沖愈窄，它所包含的高頻分量愈豐富，因而線路高頻損耗大，則反射脈沖幅值小，畸變更嚴(yán)重。影響這距離故障的測量效果。為解決這問題，應(yīng)脈沖的發(fā)射寬度分為幾個范圍，根據(jù)測量的距離來選擇脈沖的寬度，測量距離愈遠(yuǎn)，脈沖寬度愈寬，測量距離愈短，脈沖寬度愈窄。（）沖擊高壓閃絡(luò)測試法電阻的高阻與閃絡(luò)性故障由于故障點電阻較大，低壓脈沖在故障點沒有明顯的發(fā)射（發(fā)射幅值小于），故不能用低壓脈沖法測距。通常采用脈沖電壓法，將電纜故障點用高壓瞬間擊穿，記錄采集下來的故障點擊穿產(chǎn)生的電壓行波信號，通過分析判斷電流行波信號在測量

10、端與故障點往返一趟的時間來計算故障距離，常采用線性分壓耦合器來采集電纜中的電壓行波信號。其優(yōu)點是不必將高阻與閃絡(luò)性故障擊穿，而直接利用故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖信號，測試速度快。其缺點是：（）安全性差。通過一電容電阻分壓器分壓測量第一章緒論電壓脈沖信號，與電壓回路有電耦合，很容易發(fā)生高壓信號竄入。（）在故障放電時，特別是進(jìn)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。電纜故障點的擊穿，采用沖閃法，只有使故障點充分放電，獲得正確的脈沖波形，才能保障正確地測量故障距離。如果故障點不擊穿，脈沖波形也會往還交替，但它相鄰脈沖之間對應(yīng)的不是發(fā)射端和故障點之間的距離，而是電纜的長度。當(dāng)高壓設(shè)備通過球

11、間隙加到電纜上的高壓信號幅值大與故障臨界擊穿電壓時，電壓波穿過故障點，故障點電離，擊穿放電。從上面介紹的目前使用的電力電纜測距方法可以看出，大量使用的電力電纜測距方法是基于行波測距法，但幾乎沒有利用電力電纜在運行時產(chǎn)生的故障暫態(tài)信號測距的。這可能歸咎于電力系統(tǒng)運行時的不穩(wěn)定性：即故障發(fā)生時不確定性，故障距離的變化導(dǎo)致的行波主頻率的不確定性。隨著對運行的系統(tǒng)中這些問題的研究深入，故障瞬間產(chǎn)生的暫態(tài)信號有望得到更好的運用【。目前利用行波原理架空線在線故障測距已有了很大的發(fā)展，國內(nèi)外相應(yīng)的裝置相繼投入使用，但是利用行波原理的電力電纜在線測距原理仍在研制階段，這方面日本和美國起步較早，如日本準(zhǔn)備利用配

12、電網(wǎng)的暫態(tài)信號（其中包括電力電纜）進(jìn)行故障測距，特別是利用電力電纜運行中產(chǎn)生的局部放電進(jìn)行故障預(yù)報。澳大利亞的科學(xué)家還提出在電力電纜中加埋光纜，利用電力電纜故障時對周圍光纜的影響，通過一頭測量光纜中的信號實現(xiàn)電力電纜測距【】。這種方法有望實現(xiàn)測距與定點同步進(jìn)行，但就目前我國的國情來看，顯然不能大面積推廣。電力電纜故障測距是保障供電可靠性、減少故障修復(fù)費用及停電損失的一種必不可少的手段和措施，以實現(xiàn)電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運行。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，電力電纜在城網(wǎng)供電中所占的比例越來越大，在一些城市的市區(qū)已逐步取代架空輸電線路。隨著電纜數(shù)量的增多及運行時間的延長，電纜的故障也越來越頻繁。年以前，通常使用電橋

13、法及低壓脈沖反射法測試電力電纜故障，兩者對低阻故障很準(zhǔn)確，但對高阻故障不適用。其后出現(xiàn)了直壓閃測法，電壓法可測率高，波形清晰易判，盲區(qū)小年代后，國外發(fā)明二次脈沖法，即結(jié)合高壓發(fā)生器沖擊閃絡(luò)技術(shù)，在故障點起弧的瞬間通過內(nèi)部裝置觸發(fā)發(fā)射一低壓脈沖，此脈沖在故障點閃絡(luò)處（電弧的電阻值很低）發(fā)生短路反射，并記憶在儀器中，電弧熄滅后，復(fù)發(fā)一測量脈沖通過故障處直達(dá)電纜末端并發(fā)生開路反射，比較兩次低壓脈沖波形可非第一章緒論常容易地判斷故障點（擊穿點）位置，是目前最先進(jìn)的基礎(chǔ)測試方法。電力電纜測距儀的發(fā)展國外電力電纜測距技術(shù)的研制工作始于上世紀(jì)中。但直到年代初，數(shù)字技術(shù)的出現(xiàn)，才使電力電纜測距技術(shù)實現(xiàn)數(shù)字化。

14、我國電力電纜測距技術(shù)的研制工作始于上世紀(jì)年代，年代到年代開始使用電子計算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計算，年我國自行研制的第一臺電力電纜故障測距儀投入使用，揭開了我國電纜測距技術(shù)的序幕。年代初，我國首次從國進(jìn)了兩套電力電纜測距儀器，取得了良好的效果，同時使我們認(rèn)清了差距，明確了自己開發(fā)的方向【。年代末計算機(jī)硬件技術(shù)飛速發(fā)展，計算機(jī)的硬件水平和處理速度不斷提高而價格卻大幅度下降，在軟件方面，新的操作系統(tǒng)和軟件平臺不斷出現(xiàn)，使操作界面更加友好，功能卻不斷提高，新的軟件方法也開始為也開始為大家所接受和掌握，電壓監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)水準(zhǔn)又有了新的提高。同時我國在電壓監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)也日趨成熟，已經(jīng)達(dá)到了實用化水平。電力

15、電纜測距儀面臨的課題電力電纜測距儀問世已有十幾年了，雖然技術(shù)上不斷改進(jìn)，但還存在一些問題，具體有【，：（）可靠性有待進(jìn)一步提高。電力部門對監(jiān)測儀表的可靠性能要求極高，而大多數(shù)電壓監(jiān)測儀采用低檔次的芯片，抗干擾能力不強(qiáng)。在惡劣條件下，偶爾還會有“死機(jī)”現(xiàn)象。“死機(jī)”后需人工手動復(fù)位。由上述統(tǒng)計指標(biāo)可知，該類儀器主要是對時間進(jìn)行統(tǒng)計，“死機(jī)”必然帶來時間的統(tǒng)計誤差。（）數(shù)據(jù)保存時間短，易丟失。國標(biāo)規(guī)定停電以內(nèi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)不得丟失。以往大多數(shù)電纜測距儀數(shù)據(jù)保存采用后備電源方式：安裝一個鋰電池，設(shè)計掉電保護(hù)電路，停電后，立即啟動后備電源，保存中的統(tǒng)計結(jié)果及維持時鐘芯片運行。但由于測距儀工作在野外、工地等惡

16、劣環(huán)境中，野外停電沒有電源的情況第一章緒論下，采用上述方法很難保證“萬無一失”。并且鋰電池充電時間長，即使沖滿電，數(shù)據(jù)也僅能保存左右。（）儀器一般配微型打印機(jī)，打印每月的月報表，而微型打印機(jī)由于是機(jī)械結(jié)構(gòu)，經(jīng)常容易出故障。（）精度調(diào)整不方便。儀器一般采用硬件調(diào)整精度，須關(guān)機(jī)，打開儀器調(diào)整內(nèi)部電位器。這不方便，另外調(diào)整過程中須停電也帶來統(tǒng)計誤差。設(shè)計一個測量系統(tǒng)時，應(yīng)針對它的應(yīng)用范圍，針對測量的各種測量場合，提出合理的技術(shù)指標(biāo)，如輸入輸出的通路數(shù)量，定時范圍，系統(tǒng)的可靠性等。由于單片機(jī)可以由軟件來實現(xiàn)各種控制功能，運算和控制能力強(qiáng)，因此用單片機(jī)設(shè)計一個測量系統(tǒng)有一定的通用性。系統(tǒng)具有如下一些特性

17、：（）操作信號多。在一般情況下，要實現(xiàn)對電纜故障的測距，其中涉及到對測量信號波形的操作，如設(shè)定、比較、計算等，操作信號較多。（）邏輯關(guān)系復(fù)雜。各種控制信號之問存在非常復(fù)雜的邏輯關(guān)系和時序關(guān)系。（）可靠性要求較高。故障測距一般是在現(xiàn)場進(jìn)行工作的，環(huán)境條件比較差有的測量測量對象周圍有很大的干擾源，又要求準(zhǔn)確地測量出數(shù)據(jù)，否則影響供電的效率。因此要求測量系統(tǒng)要有較高的抗干擾性。因此，應(yīng)滿足使用要求的前提下，充分發(fā)揮單片機(jī)的內(nèi)部資源和運算功能，簡化硬件結(jié)構(gòu)，用軟件方法加強(qiáng)功能和提高系統(tǒng)的可靠性。第二章電力電纜故障探測基礎(chǔ)第二章電纜故障的原因電力電纜故障探測基礎(chǔ)了解電纜故障的原因，對于減少電纜的損壞，快

18、速地判定出故障點是十分重要。電纜故障的原因大致可分為以下幾類【】：機(jī)械損傷機(jī)械損傷引起的電纜故障占電纜故障的很大比例。有些機(jī)械損傷很輕微，當(dāng)時并沒有造成故障，但在幾個月甚至幾年后損傷部位才發(fā)展成故障。）安裝時損傷：在安裝時不小心碰傷電纜，機(jī)械牽引力過大而拉傷電纜，或電纜過度彎曲而損傷電纜。）直接受外力損傷：在安裝后電纜路徑上或電纜附近進(jìn)行城建施工，使電纜受到直接的外力損傷。行駛車輛的震動或沖擊性負(fù)荷會造成地下電纜的鉛包損傷。）因為自然現(xiàn)象造成的損傷：如中間接頭或終端頭內(nèi)絕緣膠膨脹而漲裂外殼或電纜護(hù)套；因電纜自然行程使裝在管口或支架上的電纜外皮擦傷：因土地下沉引起過大拉力，拉斷中間接頭或?qū)w。絕

19、緣受潮絕緣受潮后會引起故障，造成電纜受潮的主要原因有：）接頭盒或終端盒結(jié)構(gòu)不密封或安裝不了良而導(dǎo)致進(jìn)水。）電纜制造不良，金屬護(hù)套有小孔或裂縫。金屬護(hù)套因被外物刺傷或腐蝕穿孔。絕緣老化變質(zhì)電纜絕緣內(nèi)部氣隙在電場作用下產(chǎn)生游離使絕緣下降，當(dāng)氣隙介質(zhì)電離時，氣隙中產(chǎn)生臭氧、硝酸等化學(xué)生成物，腐蝕絕緣層：絕緣層中的水分使絕緣纖維產(chǎn)生水解，造成絕緣下降。過熱會引起絕緣老化變質(zhì)。電纜內(nèi)部氣隙產(chǎn)生電游離造成局部過熱，使絕緣層碳化。電纜過負(fù)荷是電纜過熱很重要的因素。安裝于電纜密集地區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)不良處的電纜、穿在干燥管中的電纜以及電纜與熱力管道接近部第二章電力電纜故障探測基礎(chǔ)分等都會因本身過熱而使

20、絕緣層加速損壞。過電壓大氣與內(nèi)部過電壓作用，使電纜絕緣層擊穿，形成故障，擊穿點一般存在材料缺陷。設(shè)計和制作工藝不良中間接頭和終端頭的防水、電場分布設(shè)計不周密、材料選用不當(dāng)、工藝不良、不按規(guī)程要求制作等，會造成電纜頭故障。材料缺陷材料缺陷主要表現(xiàn)在三個方面。一是電纜制造問題，鉛（鋁）護(hù)層留下的缺陷；在包纏絕緣層過程中，紙絕緣層上出現(xiàn)裂損、破口和重疊間隙等缺陷；二是電纜附件制造上的缺陷，如鑄鐵件上有砂眼，瓷件的機(jī)械強(qiáng)度不夠，其它零件不符合規(guī)格或組裝時不密封等：三是對絕緣材料的維護(hù)管理不善，造成電纜絕緣層受潮、臟化和老化。在分析電纜故障發(fā)生的原因以及尋找故障點時，極重要的是特別注意了解高壓電纜敷設(shè)、

21、故障及修復(fù)的情況。要注意做好電纜安裝敷設(shè)及故障修復(fù)過程中的記錄工作。電纜故障的性質(zhì)與分類電纜故障從形式上可分為串聯(lián)與并聯(lián)故障”】。串聯(lián)故障指電纜一個或多個導(dǎo)體（包括鉛外皮）斷開；通常在電纜至少一個導(dǎo)體斷路之前，串聯(lián)故障是不容易發(fā)現(xiàn)的。并聯(lián)故障是導(dǎo)體對外皮或?qū)w之間的絕緣降，不能承受正常運行電壓。而實際的故障形式組合是很多的。圖電纜故障等效電路第二章電力電纜故障探測基礎(chǔ)電纜故障點可用圖所示電路等效。，代表絕緣電阻，是擊穿電壓為的擊穿間隙，代表局部分布電容，上述三個數(shù)值隨不同的故障情況變化很大，并且互相之間并沒有必然的聯(lián)系。間隙擊穿電壓的大小取決于放電通道的距離，電阻的大小取決于電纜介質(zhì)的碳化程度

22、，而電容的大小取決于故障點受潮的程度，數(shù)值很小，一般可以忽略。根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為開路、低阻、高阻與閃絡(luò)性故障（具體見電纜故障測距儀使用手冊），見表。表電纜故障性質(zhì)的分類故障性質(zhì)開間隙擊穿情況在直流或高壓脈沖作用下?lián)舸┞纷枳璧透唛W小于大于不是太低時，可用高壓脈沖擊穿高壓脈沖擊穿絡(luò)直流或高壓脈沖擊穿注：表中為電纜的波阻抗值，電力電纜波阻抗值一般在之間以上分類的目的也是為了選擇測試方法的方便，根據(jù)目前的故障技術(shù)，開路與低阻故障可用低壓脈沖發(fā)射法，高阻故障要用沖擊閃絡(luò)法，而閃絡(luò)性故障可用直流閃絡(luò)測試。通常把（的故障稱為低阻故障。電纜故障性質(zhì)的診斷“所謂的診斷電纜故障性質(zhì)，就是指

23、確定：故障電阻是高阻還是低阻；是閃絡(luò)還是封閉性故障：是接地、短路、斷路，還是混合；是單相、兩相，還是三相故障?？梢愿鶕?jù)故障發(fā)生時出現(xiàn)的現(xiàn)象，初步判斷故障的性質(zhì)。例如，運行中的電纜發(fā)生故障時，若只是給了接地信號，則有可能是單相接地故障。繼電保護(hù)過電流繼電器動作，出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，則此時可能發(fā)生了電纜兩相或三相短路或接地故障，或者是發(fā)生了短路與接地混合故障。發(fā)生這些故障時，短路或接地電流燒斷電纜將形成斷線故障。但通過上述判斷不能完全將故障的性質(zhì)確定下來，還必第二章電力電纜故障探基礎(chǔ)須測量絕緣電阻和進(jìn)行“導(dǎo)通試驗”。測量絕緣電阻時，使用兆歐表（以下的電纜，用的兆歐表；以上的電纜，用的兆歐表）來測量電纜線

24、芯之間和線芯對地的絕緣電阻；進(jìn)行“導(dǎo)通試驗”時，將電纜的末端三相短接，用萬用表在電纜的首端測量芯線之間的電阻?，F(xiàn)將一故障電纜的測量結(jié)果列于表中，供參閱。表絕緣電阻的測量與。導(dǎo)通試驗”用萬用表做“導(dǎo)通試驗”末端三相短接測電阻用兆歐表測量絕緣電阻（）線芯間線芯與地根據(jù)表所列絕緣電阻之測量結(jié)果，可以分析出此故障是兩相接地；根據(jù)“導(dǎo)通試驗”結(jié)果，以確定三相電纜末發(fā)生斷線。此故障點的狀態(tài)，如圖所示。土。圖電纜線路故障狀態(tài)圖由于兆歐表分辨率比較差，當(dāng)指示為時，不能以為故障電阻為，要用萬用表測量故障電阻的精確值，以確定故障是否是屬于低阻的。第三章電纜線路的波過程第三章電纜線路的波過程介紹電壓、電流波在電纜線

25、路里的傳播過程，以便了解基于電壓、電流波傳播原理的電纜故障測距技術(shù)。長線的基本概念與等效電路電力電纜屬于傳輸線的一種，傳輸線的長度與它所傳播信號波長相比擬時，稱長線。脈沖電壓行波中含有大量的高頻分量（脈沖電壓行波寬度越窄，上升沿越陡，則高頻分量越大），這些高頻分量的波長相對于電纜長度來說很小。傳輸電纜隨著所傳送行波的電壓和頻率的升高，芯線和外皮間的位移電流和漏電流就越來越不可忽略。另外，芯線中的電流不僅會因?qū)Ь€有電阻而在導(dǎo)線上產(chǎn)生電壓降，而且還會產(chǎn)生交變磁場，此磁場又會感生出自動電勢，。因此，電纜線路（以下簡稱電纜）可看成許許多多電阻、電導(dǎo)、電容與電感元件（等效元件）相聯(lián)結(jié)組成的，這些元件稱為

26、電纜的分布參數(shù)。電纜分布參數(shù)模型如圖所示。竺“卜圖電纜分布參數(shù)模型此時，電纜沿線各處電流電壓不同，電壓和電流都是空間長度的函數(shù)。圖中各參數(shù)：。（）。（）。（）。（）單位長度的電阻單位長度的電感單位長度的電容單位長度的點納第三章電纜線路的波過程和。是惰性元件，行波從一端傳播到另一端將會有一定的延時，和。的存在導(dǎo)致波形發(fā)生衰減，如果忽略線路的傳播損耗，當(dāng)產(chǎn)、時，稱為無損線。廠廠一圖正向波和反向波電纜線路上傳播的電壓、電流波以一定的速度運動，稱為行波。把運動方向與規(guī)定方向一致的行波，稱為正向行波，把運動方向與規(guī)定方向相反的行波稱為反向行波。假定有一電纜線路，如圖所示，規(guī)定距離坐標(biāo)的方向從端到端，則線

27、路上向著端運動的波叫正向行波，而向著端運動的波叫反向行波。電纜中的波速度與波阻抗波速度行波從一端傳到另一端需要定的時間，電纜長度與傳播時間之比，稱為波速度。經(jīng)分析可知，電纜中的行波的波速度可表示為：厶。心其中：一光的傳播速度，×；“一介質(zhì)相對導(dǎo)磁系數(shù)；一介質(zhì)介相對電系數(shù)?？梢?，電纜的波速度只與電纜的絕緣介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，而與導(dǎo)體芯線的材料及截面積無關(guān)，對于不同導(dǎo)體材料制成的電纜，只要絕緣介質(zhì)相同的，其波速度是不變的。經(jīng)測量，常用的塑料電纜的一一。第三章電纜線路的渡過程波阻抗電纜中的電壓波在向前運動時，對分布電容不斷充電產(chǎn)生伴隨的向前運動的電流波，對電壓、電流之間的關(guān)系，用波阻抗來描述。

28、斤一等、不但與電纜介質(zhì)材料有關(guān)、介質(zhì)系數(shù)與導(dǎo)體系數(shù)有關(guān)外，還與電纜芯線的截面積有關(guān)和芯線與外皮之間的距離有關(guān)。所以，不同規(guī)格和種類的電纜，其波阻抗也不同。電纜芯線的截面積越大，波阻抗值越小。一般電力電纜的波阻抗值在之間。對于正向電壓波與電流波之間，則有：對于反向電壓波一電流波一之間，則有：一由上可看出，正向電壓、電流波同極性，而反向電壓、電流波反極性。假設(shè)電壓行波極性為正，則線路上電流行波的流動方向就是電壓行波的流動方向。行波的反射與透射現(xiàn)象兩個波阻抗不同的電纜相連接時，連接點會出現(xiàn)阻抗不匹配。當(dāng)電纜中出現(xiàn)斷線或低阻故障時，故障點等效阻抗與電纜波阻抗不相等，也會出現(xiàn)阻抗不匹配。當(dāng)行波運動到阻抗

29、不匹配點時，會產(chǎn)生部分或全部發(fā)射，出現(xiàn)行波回送現(xiàn)象。在低電阻故障（故障點電阻不為零時）還會有行波透射現(xiàn)象，即有一部分行波越過故障點繼續(xù)往前運動。圖給出了電纜出現(xiàn)低阻故障時，行波的反射與透射現(xiàn)象。為入射波，為返回的反射波，。為越過故障點的透射波。，一圖低電阻故障點行波的反射與透射第三章電纜線路的波過程行波波動方程與正弦穩(wěn)態(tài)解行波波動方程，設(shè)以電纜的始端為計算距離的起點，電纜上某一點到始端的距離為，利用節(jié)點電流方程，節(jié)點電壓方程。可以得到如下的電壓電流方程組：“一“罷出出罷卜（罷出：。交。：罷出出氫。罷出略去高階無窮小項并化簡得：?？子瘢ǎ┮混枺毫懈滋K卜蕓厶（?；繅櫍?！墓墮船（）當(dāng)。、。時，上式可

30、以化簡為如下形式（）鞏一釅竹一釅式（）為波動方程，其通解為：“，）“）“一），），）一一（）”？（）洚。）“對于式（）的表達(dá)式可以這樣理解：以（）為例，（）表示是變量的函數(shù)，其定義為：當(dāng)時，（）；當(dāng)時，苧三蘭皇塑鑒墮塑莖塾堡“），假定：時，線路位置為的這一點的電壓函數(shù)為，如圖（）所示，當(dāng)變到：時，具有相同電壓值“。的點必定滿足，一蔓：，一生圖前行電壓波傳播示意圖也就是說要求為常數(shù)，得到，可以看出為速度。對于固定的電壓值。來說，它在導(dǎo)體上的橫坐標(biāo)是以速度向正方向移動的，因此（）可以理解為一個速度向正方向移動的電壓波。同樣。（）可以看成是以速度向負(fù)方向移動的電壓波。、分別被稱為前行電壓波、反向電壓

31、波。行波正弦穩(wěn)態(tài)解舊為了更好的研究行波在電纜中的傳輸特性，假定入射電壓為正弦波，可得：掣：扣）戰(zhàn)掣：歸）甜因此，缸一警砜濺（。弘以掣：。葩。：（？。）第三章電纜線路的渡過程”：生一生”（咱）其中。為傳輸線的特性阻抗：為傳播系數(shù)：，（，）。乙厝焉弘么臼由（）式可以看出傳輸線上任一點的電壓和電流是由兩個分量構(gòu)成的，方向以始端指向終端為參考方向，這兩個分量分別稱為入射分量和反射分量，即：。可：。一一其中：。、。為電壓和電流的入射分量；【，一、時為電壓和電流的反射分量。由此可見，傳輸線上任一點的電壓和電流是入射波和反射波分量的疊加和。反射波分量降低了傳輸線的傳輸效率。所以正常情況下是不希望傳輸線上存在

32、反射分量。反射波的大小可以用反射系數(shù)來衡量。反射系數(shù)按下式定義：）：粵：善。其中。為行波反射點與始端的距離，設(shè)，：，時，：、：，代入（）式中可求出待定系數(shù)，、。的表達(dá)式為：鏟如砂鏟吾隆卜第三章電纜線路的波過程三（。，。一）圭（：一。一，。一）圭暈：。）丟暈一，。一）表示該點的位置，得。，一，由（）式可得：將傳輸線終端的電壓：和電流：作為邊界條件，此時用某點到終端的距離方圭（方。弘”三（：一。：弘一圭寶÷：三（暈：”面設(shè)終端負(fù)載阻抗為。：舀：，則有：厶十二，卻刖麓卻下面討論電力電纜發(fā)生短路、斷路及其低阻故障的反射情況【。短路當(dāng)電纜出現(xiàn)短路時，從故障點向負(fù)載看去其等效阻抗為零，即相當(dāng)于阻

33、抗。假設(shè)故障點為電纜末端，則，根據(jù)公式求出電壓反射系數(shù)：荊箍一專叫短路點反射電壓與入射電壓大小相等，方向相反，故障點的合成電壓為。說明行波到達(dá)短路點后，電場能量全部轉(zhuǎn)化為磁場能量。斷路當(dāng)電纜出現(xiàn)斷路點時或行波運動到電纜的開路終端時，從斷路點向負(fù)載看第三章電纜線路的波過程（）。坐斷路造成全發(fā)射，電壓反射波與入射波同極性。實際的開路點電壓是入射電壓與反射電壓之和，因此出現(xiàn)電壓加倍現(xiàn)象。電纜中出現(xiàn)低阻故障電纜中間出現(xiàn)低電阻故障時，設(shè)故障電阻兩邊的電纜分別用大小等于波阻抗值。的電阻來代替。故障點的電壓反射系數(shù)為：）一南”其中，。，為故障點等效阻抗其中為故障點與線路始端的距離，由上式可見例，反射系數(shù)不為

34、零，說明在該點將會發(fā)生波的反射現(xiàn)象綜上所述，故障點存在會使該點的波阻抗發(fā)生變化，行波在該點會發(fā)生反射現(xiàn)象，行波在傳輸線中的傳播速度是一定的，通過測量入射波和反射波之間的時間差，就可以得到故障點的距離。由于電纜本身存在著損耗，行波在電纜中傳輸會發(fā)生畸形現(xiàn)象，實際波形與理想波形相比會有很大的差距。第四章電力電纜故障測距方法第四章電力電纜故障測距方法長期以來，涌現(xiàn)出了許多測量方法與儀器，這些方法適用于不同的故障情況，各有各的優(yōu)點，這里就故障測距的幾種方法簡單地做一下評價和比較，最后討論了如何提高測量精度。經(jīng)典惠斯頓電橋測距法這是一種這是一種經(jīng)典的故障測試方法【，其測試電路圖和等效電路圖如圖所示。電橋

35、法是采用惠斯頓電橋定理，將被測電纜終端的故障相和非故障短接，電橋的雙臂分別接故障相和非故障相，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻，使得電橋平衡，在由于電纜直流電阻與長度成正比，可求出電纜故障點到測量端的距離。）測試電路圖）等效電路圖圖電橋法測試電路圖和等效電路圖測試時仔細(xì)調(diào)節(jié)。值，使電橋平衡，間電位為零。根據(jù)電橋平衡原理有墮：生曩，：為已知電阻，設(shè)，：女，則：墮：設(shè)電纜導(dǎo)體電阻率為，三全長一代表電阻全長，一代表故障點到測量端第四章電力電纜故障測距方法的距離。則全長厶址，即厶三生長一。故：茬甍即可以算出故障點的距離。電橋法的優(yōu)點是簡單、方便、精確度高，但它的主要缺點是不能使用于高阻與閃絡(luò)性故障，因為故障點電阻很高時，

36、電橋電流很小，一般靈敏的儀表，很難探測。另外，還必須知道電纜的準(zhǔn)確長度等原始資料，當(dāng)一條電纜線路內(nèi)是由導(dǎo)體材料或截面不同的電纜組成時，還要進(jìn)行換算，此外電橋法還不能測量三相短路或斷路故障。低壓脈沖法】低壓脈沖法用于測量電纜的低阻、短路與斷路故障，還可以測量電纜的長度、電磁波在電纜的傳播速度，并且可以用來區(qū)分電阻的中間接頭，型接頭與線路端點。圖為低壓脈沖的反射原理圖。丕二二二歹術(shù)蘭二！圖低壓脈沖反射原理圖根據(jù)傳輸線理論，在被測電纜上送入一脈沖電壓，當(dāng)發(fā)射脈沖在傳輸線上遇到故障時，由于故障點阻抗不匹配，而產(chǎn)生向測量點運動的反射脈沖，記錄下發(fā)射脈沖和反射脈沖，二者的時間差出，則對應(yīng)于脈沖信號在測量點

37、與故障點往返一次所需要的時間，求出故障點距離為：其中，為脈沖在電纜里的傳播速度。通過識別反射脈沖的極性可以判定故障的性質(zhì)，根據(jù)反射脈沖的極性，可以判斷故障的性質(zhì)。斷線或接觸不良引起的反射脈沖為正（圖），低電阻或短路故障引起的的反射脈沖為負(fù)（圖）。斷路故障反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相同，而短路故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖的極性相反。第四章電力電纜故障測距方法）斷線或接觸不良）低電阻或短路故障圖脈沖反射被形低壓脈沖反射法只適用于斷線或接觸不良，低電阻或短路故障的測試。對于高電阻故障，由于與故障點并聯(lián)的故障電阻和電纜波阻抗相比太很多，造成故障點阻抗突變不明顯，產(chǎn)生的脈沖反射相當(dāng)微弱。因此，低壓脈沖方式不能有

38、效地測量高電阻故障、要用下面介紹的脈沖電流法測試。脈沖電流法【】電纜的高阻與閃絡(luò)性故障，故障點的電阻較大，不能用低壓脈沖反射法測距，應(yīng)采用脈沖電流法。將電纜的故障點用高壓擊穿，采集并記錄下故障點擊穿產(chǎn)生的電流行波信號，通過分析判斷電流行波信號，在測量端與故障點往還一趟的時間來計算故障點距離。脈沖電流法基本原理圖直閃法工作原理如圖所示，在加到電纜上的電壓增加到某一值時，故障突然擊穿放電產(chǎn)生向測量點運動的放電脈沖，放電脈沖到達(dá)測量點后，儀器通過電流耦合器記錄下第個電流脈沖。放電脈沖在測量點被反射回故障點，在故障點又被反射折回測量點，這一反射過程不斷進(jìn)行，直至放電過程結(jié)束。第四章電力電纜故障測距方法

39、圖直閃法脈沖電流波形如圖所示，設(shè)時間時，電纜故障點在外加電壓的作用下?lián)舸?，形成短路電弧。此時在故障點產(chǎn)生一個向測量點運動的放電脈沖，在時間時，電流波到達(dá)測量端，而電容對高頻行波信號呈短路狀態(tài)，在測量端又被完全反射回故障點。在故障點由于電弧短路，又被完全反射回來，在時到達(dá)測量點，產(chǎn)生二次反射，這樣來回反射，直到瞬態(tài)過程結(jié)束。因此我們在測量電纜故障點所用的時間出為第一個脈沖和第二個脈沖的時間差，第一個脈沖是故障點的放電脈沖，第二個脈沖是故障點的反射脈沖。二個電流脈沖時間延遲址，對應(yīng)于電流脈沖在故障點與測量點之間往返一次所需的時間，可以用來計算故障點距離。脈沖電流法分為直流高壓閃絡(luò)與沖擊高壓閃絡(luò)兩種

40、方法。直流高壓閃絡(luò)測試法（直閃法）接線圈：蟄麓第四章電力電纜故障測距方法球間隙，通過電路調(diào)節(jié)逐漸增大加在電容上的電壓，當(dāng)電壓增大到某一值時球間隙被擊穿，球間隙擊穿后，電容對電纜放電。才。翊圖沖閃法測試接線圖在高壓設(shè)備通過球間隙加到電纜上的高壓信號幅值大于故障點的臨界擊穿電壓時，電壓波穿過故障點，故障點電離，擊穿放電，這種情況叫高壓脈沖直接擊穿。脈沖電流波形的第一個脈沖是球間隙擊穿時電容對電纜放電引起的，第二個脈沖是故障點傳來的故障點放電電流脈沖引起的，波形上的第一個脈沖與第二個脈沖之間的時間差，對應(yīng)于電流脈沖在故障點與測量點之間往還一次需要的時間，可以用來計算故障點與測量點之間的距離。提高測量

41、精度的討論故障測距原理方程電纜主要類型可分為單芯及多芯兩種。單芯電纜在發(fā)生芯線對包皮或?qū)Φ囟搪泛托揪€斷線故障時可視為平行輸電線系統(tǒng)，而多芯則可以當(dāng)作若干對平行輸電線系統(tǒng)。由于電纜內(nèi)部填充介質(zhì)基本上分布均勻，考慮電纜內(nèi)部故障情況時電纜周圍介質(zhì)分布的不均勻性對測量精度不大，故選擇典型的單回路輸電系統(tǒng)作為故障測量模型川（見圖）。瓣圖故障電纜線路圖冀圖中。為輸入信號；為故障點阻抗；時對應(yīng)短路故障，一一時對應(yīng)斷路故障線路，設(shè)為外加正弦交流信號，對模型作正弦穩(wěn)態(tài)分析可導(dǎo)出故障第四章電力電纜故障測距方法類型的判據(jù)及相應(yīng)的測距方程。在均勻傳輸線有如下形式的正弦穩(wěn)態(tài)解：】。，。、，。、，哆。燦耽輸入電壓、輸入電

42、流輸出電壓、輸出電流故障點與起始點距離傳播常數(shù)故障點阻抗。（）斷路故障的測距方程，邊界條件，可得：眇。）以波阻抗。為基準(zhǔn)值，則方程發(fā)生斷路故障時電纜輸入端阻抗標(biāo)么值。為（）實部和虛部分解后得。的模值為：。，（“）（“）“兩側(cè)同時平方化簡為：“一【（。卜）川。）測距時只需要在故障電纜始端加適當(dāng)寬度的信號，測得始端電壓電流相量的有校值并計算出模值。，就可由方程解得故障點到電纜始端的距離。該方程即為斷路故障的測距方程。（）短路故障的測距方程，邊界條件：，可得：。膨，以波阻抗。為基準(zhǔn)值，始輸入端阻抗標(biāo)么值：。為：（；。）。，第四章電力電纜故障測距方法實部和虛部分解后得。的模值為：。，。（“化簡為：“（

43、。）（。）“測得電纜始端電壓和電流有效值并計算得模值。后，就可解得發(fā)生短路故障時故障點到電纜始端的距離。該方程即為短路故障的測距方程。輸入端阻抗的特性分析和故障類型的判斷，對不同類型故障需采用不同的測距方程，故測距計算之前應(yīng)對故障類型進(jìn)行判斷。從方程可知，。及。隨故障距離而變化，從而可導(dǎo)出故障類型的判據(jù)。對。和。的求導(dǎo)，可得：旦型：二蘭?。骸倔盟?！蘭壘魚：二！±生！墊蘭壘生：±！一，（玉）？（月“皿他（“一“皿）鄺“一“）坨“）門當(dāng)故障點到電纜始端的距離小于測量信號波長的時，有（九，上式可以證明：。，（九。，（九即當(dāng)（入時，。的值隨的增加單調(diào)下降，。的值隨的增加單調(diào)上升，并且由前式可得：。），（：。（，（所以，只要滿足（的條件，就可以判斷出故障類型的判據(jù)。此外，。與。在區(qū)間，內(nèi)的單調(diào)性是迭代求解測距方程時確定解的收斂方向的依據(jù)，顯然，。與。的單調(diào)性可以加速解的收斂過程。測量信號的選擇由于故障類型判據(jù)建立的條件是（，所以對不同頻率的測量信號，上第四章電力電纜故障測距方法述判據(jù)以及測距方程