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  • 电缆故障探测方式的研发

    发布时间: 2016-3-30 21:00:36 作者:广州源创机电工程有限公司

    探测方式

      电缆故障定位仪采用多种探测方式,应用当代最先进的电子技术成果。采用计算机技术及微电子技术,具有智能化程度高、功能齐全、使用范围广、测试准确、使用方便等特点。

    定位仪设计

      检测飞机电缆故障,在民航机务中是非常重要的;根据飞机电缆的自身特点,提出一种能对其进行有效测试与诊断的方法一低压脉冲法,并利用单片机和CPLD技术,设计出飞机电缆缺陷检测定位装置;该定位仪主要由三部分构成,:信号采集电路、系统控制电路、人机交互电路;同时,采用两套品振,既保证了信号的高速采集,又满足系统的低速处理,具有低成本、轻便灵巧、测试准确等特点;同时,除了应用于飞机电缆检修外,还可进一步应用于电信、电力等部门的短距离电缆测试缺陷检测.

    工作原理

      电力电缆故障测试仪由电力电缆故障测试仪主机、电缆故障定位仪、电缆路径仪三个主要部分组成。电缆故障测试仪主机用于测量电缆故障故障性质,全长及电缆故障点距测试端的大致位置。电缆故障定点仪是在电缆故障测试仪主机确定电缆故障点的大致位置的基础上来确定电缆故障点的精确位置。对于未知走向的埋地电缆,需使用路径仪来确定电缆的地下走向。电力电缆故障进行测试的基本方法是通过对故障电力电缆施加高压脉冲,在电缆故障点处产生击穿,电缆故障击穿点放电的同时对外产生电磁波并同时发出声音。

    弧反射法

      (二次脉冲法)在电缆故障定位中的应用的工作原理:首先使用一定电压等级、一定能量的高压脉冲在电缆的测试端施加给故障电缆,让电缆的高阻故障点发生击穿燃弧。同时,在测试端加入测量用的低压脉冲,测量脉冲到达电缆的高阻故障点时,遇到电弧,在电弧的表面发生反射。由于燃弧时,高阻故障变成了瞬间的短路故障,低压测量脉冲将发生明显的阻抗特征变化,使得闪络测量的波形变为低压脉冲短路波形,使得波形判别特别简单清晰。这就是我们称之为的二次脉冲法。接收到的低压脉冲反射波形相当于一个线芯对地完全短路的波形。将释放高压脉冲时与未释放高压脉冲时所得到的低压脉冲波形进行叠加,2个波形会有一个发散点,这发散点就是故障点的反射波形点。这种方法把低压脉冲法和高压闪络技术结合在一起,使测试人员更容易判断出故障点的位置。与传统的测试方法相比,二次脉冲法的先进之处,是将冲击高压闪络法中的复杂波形简化为最简单的低压脉冲短路故障波形,所以判读极为简单,可准确标定故障距离。

    三次脉冲法

      采用双冲击方法延长燃弧时间并稳弧,能够轻易地定位高阻故障和闪络性故障。三次脉冲法技术先进,操作简单,波形清晰,定位快速准确,目前已经成为高阻故障和闪络性故障的主流定位方法。三次脉冲法是二次脉冲法的升级,其方法是首先在不击穿被测电缆故障点的情况下,测得低压脉冲的反射波形,紧接着用高压脉冲击穿电缆的故障点产生电弧,在电弧电压降到一定值时触发中压脉冲来稳定和延长电弧时间,之后再发出低压脉冲,从而得到故障点的反射波形,两条波形叠加后同样可以发现发散点就是故障点对应的位置。由于采用了中压脉冲来稳定和延长电弧时间,它比二次脉冲法更容易得到故障点波形。相对于二次脉冲法由于三次脉冲法不用选择燃弧的同步时长,操作起来也跟加简便。

    相关应用

      在电力行业和一些使用电缆的行业,非凡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。

    直埋电缆

      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。

    锤击(脉冲)

    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最有效的。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。

    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法是探测低阻故障最有效的方法之一。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,均要求非凡的设备和经严格培训过的操作员操作。

    电弧反射法

      由于电弧反射法十分复杂,使得锤击法仍然是最通用的应用技术。这种技术比较简单,无需非凡的仪器,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最小。

      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。

    快速故障探测器

      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,而被捕捉的波形,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最小。

      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。

    第一响应

      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,并可使冲击时间最短。

      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定的问题。

      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定。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的信号判定过程。

      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。该设备答应把高达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)无非凡限制。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。

      自DART-6000投入市场以来,逐渐显出它的优越性能。在探测地埋挤压绝缘电缆故障时,其成功率高达99.5。在探测其他电缆系统的故障时,例如电网馈电线、配电馈电线、PILC故障和某些水故障方面,其探测成功率也达70以上。目前,DART-6000BGE公司制造的20kV/30-Mfd40kV/12-Mfd25kV/12-Mfd的锤击器(脉冲发生器)相结合的探测设备,相继投入了市场,获得了较高的市场占有率。

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