【導(dǎo)讀】⑴分析電纜故障的原因、故障性質(zhì)和分類；⑵電纜故障常規(guī)試驗(yàn)內(nèi)容和原理，電力電纜故障點(diǎn)的測距方法；⑸設(shè)計(jì)電力電纜在線檢測系統(tǒng)，對故障檢測波形分析算法進(jìn)行仿真。⑶提出有效的電纜絕緣在線檢測及診斷方法；總結(jié)課題，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的寫作，并通過畢業(yè)論文答辯。李景祿.高電壓技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社,2007.肖登明.電力設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷[M].北京：中國電力出版社,2005.蔡丹宙.交聯(lián)電纜絕緣熱線診斷的一些問題[J].電網(wǎng)技術(shù),1997：154～156.周志成等.交流疊加法帶電測試XLPE電纜絕緣性能的研究[M].200540～41.如不夠填寫，可另加頁。翻譯英文文獻(xiàn)、寫出開題報(bào)告。

　　

【正文】 電橋法測距電路圖電橋法測距等效電路圖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，出于電纜直流電阻與長度成正比，可求出故障點(diǎn)到測量端的距離。測試時(shí)仔細(xì)調(diào)節(jié) R2 值，使電橋平衡，CD 間點(diǎn)位為零。根據(jù)電橋平衡原理，有：R3R4RR2（71）R1 、 R2 為已知電阻，設(shè) R1 / R2 = K,則有： R3 / R4 =K設(shè)電纜導(dǎo)體電阻率為 R0 、L全長 代表電纜全長， L X 、L0 分別代表電纜故障點(diǎn)到測量端及末端的距離。則 R2 可用（ L0 + L全長 ） R0 代替。根據(jù) 式得L全長 + L0 = KL X而 L0 = L全長 – L X因此L X =2L全長K + 1電橋法有點(diǎn)是簡單、方便、精確度高，但它的重要缺點(diǎn)是不適用于高阻與閃絡(luò)性故障，以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(shí)際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡(luò)性故障。在用電橋法測量故障距離前，需要高壓設(shè)備將故障點(diǎn)燒穿，使其故障電阻值降到可以用電橋法進(jìn)行測量的范圍，十分不便，有時(shí)會第 18 頁 共 41 頁= 1電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測方法研究出現(xiàn)故障點(diǎn)燒斷，故障電阻反而升高的現(xiàn)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(jìn)行最后定點(diǎn)。 現(xiàn)代法（脈沖反射法）脈沖反射法又稱為行波法。它可具體地分為低壓脈沖反射法 3 脈沖反射電壓取樣法和脈沖反射電流取樣法，后兩類又可細(xì)分為直閃法和沖閃法。它可做到無需經(jīng)過“燒穿”降阻而直接進(jìn)行高阻故障的測距，并且適合于各種不同類型的故障，因此其應(yīng)用廣泛。行波測距法，就是確定行波傳播速度后，通過測量行波的傳播間來確定故障位置?？偟膩碚f，行波離線測距法有四類。低壓脈沖反射法：用于電纜的低阻、短路及斷路故障。測試時(shí)，向故障電纜注入一個低壓脈沖使其在電纜中傳播，脈沖遇到阻抗不匹配點(diǎn) (短路、斷路和中間接頭等)時(shí)發(fā)生反射，記錄反射脈沖與發(fā)射脈沖的時(shí)間差缸。己知脈沖電纜中的波速度 v，則阻抗不匹配到測量點(diǎn)的距離就是：L =nDt2 低壓脈沖反射法低壓脈沖反射法又稱為雷達(dá)法。他是通過觀察發(fā)射脈沖和故障點(diǎn)反射脈沖之間的時(shí)間差 T (ms)來測取故障距離。設(shè)脈沖電波在電纜中的傳播速度為 V (m / ms)，則電纜故障距離 LX (m) /計(jì)算式為：12在電纜故障測試工作中，無論遇到那種性質(zhì)的故障，一般都先用低壓脈沖法測量故障電纜的長度 L ,若測得的故障距離 L X 大 L ，顯然不符合邏輯。若電纜線路圖紙標(biāo)長 Lt 與 L 相差較大，則需要消除誤差?？赏ㄟ^公式L XtL XLL障距離LXt。其測距系統(tǒng)原理圖如下：第 19 頁 共 41 頁L X = VT= t 將測試故障距離LX換算成圖紙上的故電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測方法研究圖 脈沖反射法測距系統(tǒng)原理圖低壓脈沖反射法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、直觀，不需要詳細(xì)的電纜原始資料，如電纜導(dǎo)體截面、長度、電阻率等，還可以根據(jù)反射脈沖的極性分辨故障類型。缺點(diǎn)不用于測量高阻及泄露性和閃絡(luò)性故障 脈沖電壓法又稱閃測法，利用直流高壓或脈沖高壓信號擊穿電纜故障點(diǎn)，即發(fā)生閃絡(luò)放電，由放電電壓脈沖在觀察點(diǎn)與故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間來測距，適用于高阻和閃絡(luò)故障。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不必把高阻或閃絡(luò)性故障永久性燒穿，利用故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖信號，測試速度快、誤差小、操作簡單等。缺點(diǎn)是：①安全性差，儀器與高壓回路有電耦合，易發(fā)生高壓信號竄入，損壞儀器。②用該方法測距時(shí)，高壓電容對脈沖信號呈短路狀態(tài)，需要串入電阻或者電感以便產(chǎn)生電壓信號，這樣就降低了高壓電容放電時(shí)加在電纜上的電壓，使故障點(diǎn)不容易擊穿。③故障放電時(shí)，分壓器耦合的電壓波形變化不尖銳，不易分辨。 脈沖電流法脈沖電流法采用線性電流耦合器采集電纜中的電流行波信號，將電纜故障點(diǎn)用高電壓擊穿，使用儀器采集并記錄下故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電流行波信號，通過分析斷電流行波信號在測量端與故障往返次所需時(shí)間來計(jì)算故障距離。與脈沖電壓法比較，脈沖電流法使用線性電流耦合器，與高壓回路無直接電氣連接，這樣對試驗(yàn)儀器和試驗(yàn)人員比較安全。線性電流耦合器產(chǎn)生的電流脈沖信號也比較容易分辨。所以相比脈沖電壓法而言，該方法得到了更為廣泛的應(yīng)用。脈沖電流法有直流高第 20 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測方法研究壓閃絡(luò)法和沖擊高壓閃絡(luò)法兩種測試方法。直流高壓閃絡(luò)法(直閃法)適用于測量閃絡(luò)擊穿性故障，該類故障的故障電阻很高，用高壓設(shè)備把電壓升高到一定數(shù)值時(shí)就會產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿。通過調(diào)壓器和一個高壓試驗(yàn)變壓器對儲能電容器充電，電容器串聯(lián)一個電阻與電纜連接形成回路，線性電流耦合器與該回路耦合，檢測信號。當(dāng)電容器電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，電纜故障點(diǎn)被高壓擊穿，形成短路電弧，故障點(diǎn)電壓迅速接近于零，產(chǎn)生一個突跳電壓和突跳電流，從故障點(diǎn)向兩端傳播。在電纜的一端檢測電流脈沖在測量端和故障點(diǎn)之間往返一次的時(shí)間就能獲得故障距離。直閃法波形簡單、容易理解，準(zhǔn)確度較高。但是由于電容器本身以及電纜存在雜散電感，使得本來應(yīng)是負(fù)脈沖的波形上出現(xiàn)一個小的正脈沖，影響測距精度。而且，故障過幾次直閃法后，故障電阻下降，不能再用該方法，所以前幾次的試非常重要。沖擊高壓閃絡(luò)法(沖閃法)適用于測試大部分閃絡(luò)故障。沖閃法驗(yàn)電路與直閃法基本相同，只是在充電電容器與電纜之間增加一個型放電間隙。對充電電容充電，電壓到達(dá)一定數(shù)值后，球型放電問隙會擊穿放電，電纜線路得到一個瞬時(shí)高壓，當(dāng)該高電壓大于故障點(diǎn)臨界擊穿電壓時(shí)，就使故障點(diǎn)擊穿放電，產(chǎn)生電流電壓信號向兩端傳播。捕捉到該信號就可以實(shí)現(xiàn)故障測距。與直閃法相比，沖閃法波形比較復(fù)雜，辨別難度較大，準(zhǔn)確度較低，但是適用范圍更廣一些。 二次脈沖法二次脈沖法(SlM)是 20 世紀(jì) 90 年代發(fā)展的電纜故障預(yù)定位方法。原理是由回波儀釋放一個發(fā)射脈沖，在高阻或間歇性電纜故障點(diǎn)不能被反射，儀器將顯示整個電纜長度的波形存儲起來，此波形圖叫“完好軌跡”。設(shè)備高壓電容器放電，使電纜故障點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)，故障點(diǎn)的電弧表現(xiàn)為阻值非常低的電阻。同時(shí)回波儀被觸發(fā)送出第二個發(fā)射脈沖(低壓脈沖)，這個加在高壓信號上的脈沖將從故障點(diǎn)反射。這樣，帶自動數(shù)據(jù)處理的回波儀存儲故障點(diǎn)反射波形，并將完好軌跡和故障軌跡進(jìn)行疊加，兩條軌跡將有一個清楚的發(fā)散點(diǎn)。這個發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)的反射波形點(diǎn)。二次脈沖法的優(yōu)點(diǎn)是，可以避開故障點(diǎn)閃絡(luò)時(shí)引起強(qiáng)烈的電磁干擾：低壓脈沖寬度可以調(diào)節(jié)；較長線路也能記錄到清晰的信號波形，提高測量精度。缺點(diǎn)是所用儀器較多；由于故障點(diǎn)電阻要降到很小的數(shù)值，如果故障點(diǎn)受潮嚴(yán)重，故障點(diǎn)擊穿過程較長，測試時(shí)間相應(yīng)增加；故障點(diǎn)維持低阻狀態(tài)的時(shí)間不確定，施加二次脈沖的控制有難度。第 21 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測方法研究 探測路徑或鑒別電纜故障電纜通過粗測得到的距離 Lx，然后以測試端為圓心，以 Lx 為半徑劃一個圓，圓周上的所有點(diǎn)都滿足故障點(diǎn)到測試端的距離為 Lx 的條件。當(dāng)把電纜路徑用線段畫出以后，這條線段必將與 R=Lx 的圓相交于一點(diǎn)，這一點(diǎn)就是我們要找的故障點(diǎn)。對于直接埋設(shè)在地下的電纜，需要找出電纜線路的實(shí)際走向，即為探測路徑。對于電纜溝、隧道等處的明敷電纜，則需要從許多電纜中挑選出故障電纜，即為鑒別電纜。 精測定點(diǎn)精測定點(diǎn)是電纜故障測試工作的最后一步，也是至關(guān)重要的一步。因?yàn)榇譁y出的故障距離有一定的誤差，故障距離的丈量也有誤差，所以要精確定出故障點(diǎn)所在位置，就必須要精測定位。其一般采用聲測定點(diǎn)法、感應(yīng)法和回線法。 聲測定點(diǎn)法電纜故障中故障點(diǎn)的測尋大部分都是用聲測法進(jìn)行的 其準(zhǔn)確率在 95％以上。此種測試方法簡便．很少出現(xiàn)判斷錯誤，因而被廣泛使用?；驹砺暅y法是利用直流高壓試驗(yàn)設(shè)備向故障點(diǎn)進(jìn)行放電．在放電過程中故障點(diǎn)在放電時(shí)會產(chǎn)生機(jī)械振動，這時(shí)用定點(diǎn)儀的拾音探頭在故障點(diǎn)附近反復(fù)聽測．找到地面振動最大、聲音最大處，即為實(shí)際故障點(diǎn)位置：斷路故障聲音更大，不用定點(diǎn)儀直接就能聽到放電的振動聲。聲測法原理 如圖 所示圖 在圖 1 中．K—電源開關(guān)；T—調(diào)壓器(3kV)：T—試驗(yàn)變壓器(2～3kV)：R—限流電阻：D—硅堆(2DL75kV／1A)：C—儲能電容(2～8 u F)：G 一放電間隙：A—毫安表。測量方法(1)按圖 1 的原理接線圖進(jìn)行接線．接完線后由兩人進(jìn)行核對；第 22 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測方法研究(2)調(diào)整好放電間隙，控制放電電壓在規(guī)定電壓(據(jù)電纜等級)。將調(diào)壓器調(diào)至零位：(3)將接地線拆除，合開關(guān) K，使調(diào)壓器均勻升壓，當(dāng)電壓升至合適電壓時(shí)。G 放電，此時(shí)根據(jù)放電電壓的高低。適當(dāng)調(diào)整放電間隙，使其放電間隔為 34s。每次斷電調(diào)整間隙 G 時(shí)，都應(yīng)對地進(jìn)行放電防止靜電傷人。(4)在調(diào)整好后，即可按每 3～4s 放電一次的規(guī)律。在粗測所得到的電纜故障點(diǎn)附近進(jìn)行聽測。在聽測過程中，要有人監(jiān)視試驗(yàn)設(shè)備的電壓和電流表，防止設(shè)備燒壞。(5)在聽測到故障點(diǎn)后，應(yīng)立即將調(diào)壓器退回至零，將電源開關(guān) K 斷開，在電纜芯和電容器上對地進(jìn)行放電。 聽測方法(1)由于火花放電所產(chǎn)生的聲波傳到地面再進(jìn)入空氣 其音量僅為 1％，其余的 90％的音量則被地面吸收。在地面上尋找這樣聲音，只憑人的聽覺是非常困難的。特別是可疑處在人多的地方，更是不容易找到。因此，必須應(yīng)用一種音頻放大拾音器。(2)還可以用醫(yī)生聽診器。 在預(yù)先測定的近似處，將聽診器的傳聲器緊貼在地面上．慢慢地移動傳聲器，直到找出火花放電聲。如在某處聲音最大 ，那么這處無疑是電纜故障聲音。(3)如果電纜故障發(fā)生在人稀少的地方或深夜 ，在預(yù)測到故障近似處時(shí)，可用一根硬木棒，一端緊貼在地面上，另一端緊貼在耳朵聽，也能通過聽到的放電聲來判斷故障的地方。注意事項(xiàng):（1）要特別注意試驗(yàn)設(shè)備接地線的連接。電容器的接地線必須單獨(dú)和電纜鉛包地線直接相連 ，不應(yīng)接試驗(yàn)設(shè)備的公用地線。否則在放電瞬間地線電位升高， 極易損壞同一地線上的電氣設(shè)備。(2)如果聽測設(shè)備的探頭屏蔽不好，圖 聽測電纜位置原理圖時(shí)，不在故障點(diǎn)也能聽到放電聲。為了區(qū)別感應(yīng)放電和振動放電，可將探頭放在手上(離開地面)進(jìn)行聽測。如仍有放電聲，則為電磁感應(yīng)引起 ，如無放電聲。把探頭重新放在地上，能聽到的聲音就是故障點(diǎn)的放電聲。(3)由于電纜接地不好或者其他原因，可能在電纜護(hù)層上和接地體間發(fā)生放電現(xiàn)象或在電纜裸露部分、或在電纜末端發(fā)生輕微放電聲。容易造成錯誤判斷，因此不能單憑此輕微聲音進(jìn)行判斷 要確實(shí)感到電纜有振動時(shí)，才能確定故障點(diǎn)的位置。第 23 頁 共 41 頁電力電纜絕緣試驗(yàn)與故障檢測方法研究(4)為了便于區(qū)別聲測的放電聲和外來的干擾聲，可用兩套聽測設(shè)備由兩人同時(shí)進(jìn)行，一人用探頭定點(diǎn)。一人用感應(yīng)線圈接收放電的電磁波信號進(jìn)行核對。當(dāng)兩人多次同時(shí)聽到放電聲時(shí) 即可證明所聽聲音無誤，確定故障點(diǎn)的具體位置。(5)聽測時(shí)．應(yīng)重點(diǎn)注意電纜中間的接頭部位，因中間接頭最容易損壞。 感應(yīng)法用感應(yīng)法進(jìn)行電纜故障點(diǎn)的定位測量，在故障測量中，通常作為輔助方法被采用。感應(yīng)法主要用來聽測電纜的埋設(shè)位置，并被廣泛應(yīng)用。⑴電纜埋設(shè)位置的聽測將音頻信號源(即路徑儀)的一端接地，另一端接電纜線芯，再通過該線芯的另一端接地，其接線如圖 2 所示。接通路徑儀，當(dāng)電纜線芯通過音頻電流時(shí)。其周圍將產(chǎn)生如圖 4 所示的磁場。如果此時(shí)接收線圈置于電纜位置的正上方 A 處，由于磁棒完全與磁力線垂直，沒有磁力線穿過線圈．感應(yīng)電勢接近于零 因此在耳機(jī)中聽不到聲音 j 當(dāng)線圈從電纜的正上方移向兩邊時(shí)。由于磁棒不垂直于磁力線，因而有磁力線穿過線圈．故能聽到較大的聲音：當(dāng)線圈遠(yuǎn)離電纜時(shí)，由于磁場減弱而聲音也逐漸減弱 聲音大小的變化曲線，如圖 3 所示。由此可知，將磁棒垂直于地面，沿著電纜的路徑左右移動時(shí)。則可聽到兩邊聲音大 中間沒有聲音(或者聲音很小)的一條無聲路線 這就是電纜的具體埋設(shè)位置圖 2