1概述
脈沖法和直流電橋法是目前應(yīng)用較廣的電力電纜故障點查找方法。石家莊熱電廠在幾次電力電纜故障點查找中，采用脈沖法在較短時間內(nèi)找到了故障點，而用傳統(tǒng)直流電橋法卻無法找到。
直流電橋法在實際應(yīng)用中存在著許多不便之處，如對斷線故障不可測；受故障點電阻影響較大，測量誤差大；當(dāng)電纜為三相短路故障，需另鋪設(shè)臨時線等。脈沖法特別是低壓脈沖法對電力電纜的短路故障和開路故障查找具有操作簡單、測量誤差小的優(yōu)點。
低壓脈沖測量故障點的過程分粗測和定點2個步驟。粗測是將故障點定位在一較小的范圍內(nèi)，正確讀取脈沖波形，該步是脈沖法的重要步驟，也是本文分析的重點。
石家莊熱電廠電力電纜故障情況如下。
a.2001-12-22，水源地10kV電纜故障，斷路器跳閘在測試中用2500V搖表測試電纜三相絕緣對地及相間均為50MΩ，直流耐壓值為16kV。而后在水源地將電纜三相短路，在測試端測試任意兩相芯線環(huán)流電阻，兩芯線均不通，初步判斷為電纜開路。
b.2001-12-26，#7～#9深井電纜故障，斷路器跳閘用2500V搖表測試電纜A相絕緣對地為0，B、C兩相分別為600MΩ和800MΩ，初步判斷為A相短路接地。
2脈沖法介紹
開路和短路故障的接線方式相同，如圖1所示。測試設(shè)備是西安四方機電信息研究所生產(chǎn)的SDCA—2型閃測儀，該閃測儀對查找電纜開路和短路故障比較有代表性。起始脈沖波由閃測儀發(fā)生，并由閃測儀的示波器采集顯示并記錄電纜波形。
3波形分析根據(jù)
脈沖波形分析根據(jù)波在導(dǎo)線中的折反射原理而定，波的折反射公式為：
式中α——波的折射系數(shù)
β——波的反射系數(shù)
Z1——電纜本身波阻，這里為10～50Ω
Z2——電纜故障點波阻
Uq2——折射波電壓
Uf1——反射波電壓
U0——起始入射波電壓
4故障波形分析
4.1開路故障
按圖1所示將閃測儀接入電纜線路中，示波儀記錄波形如圖2所示。
4.1.1脈沖波極性
SDCA—2型閃測儀起始脈沖波頭為波頭向下的負(fù)極性波，如圖2中t1時刻。
當(dāng)脈沖波到達(dá)開路點后，電纜因開路點波阻Z2近似于∞，由公式(2)可知β≈1，Uf1=βU0≈U0，這一結(jié)果說明起始脈沖波U0到達(dá)開路點將發(fā)生全反射，且極性同起始脈沖波頭U0相同。圖2中t2時刻為脈沖波的反射波，極性同起始脈沖波t1時刻相同，t3是t2的反射波,t4是t3的反射波且極性都相同,即可初步判定t2、t3、t4是故障點的反射波。
4.1.2反射波幅度和陡度
當(dāng)閃測儀以一個如圖2中t1直角波入射電纜，脈沖波在電纜中發(fā)生多次折反射。直角波多次經(jīng)過導(dǎo)線電感和接在導(dǎo)線與大地之間的電容，電感和電容使脈沖波頭陡度降低。在波的前行中，脈沖波的部分能量將消耗在線路電阻R中，使脈沖波幅度在多次折反射中逐漸下降。這就是t2、t3、t4時刻反射波幅度小于t1時刻起始脈沖波U0的原因。
4.1.3脈沖波在電纜中的傳播速度
脈沖波在不同介質(zhì)電纜中的傳播速度不同，不同介質(zhì)電纜中單位距離電感L0和單位距離電容C0不同，傳輸速度公式如下：
式中μr——介質(zhì)相對磁導(dǎo)率
εr——介質(zhì)相對介電系數(shù)
C——光速，300m/μs
此次被測試電纜為不滴流電纜，其μr=1、εr=3.5。由公式(3)可知v≈160m/μs。閃測儀光標(biāo)移動速度設(shè)定為160m/μs，移動光標(biāo)測試從波頭t1到t2之間的距離為3650m，即從測試端到開路故障點的電纜距離為3650m。
在實際線路查找中發(fā)現(xiàn)在距測試端3620m處電纜因他人施工被挖斷。實際測量距離與測試距離誤差0.8%。
4.2短路故障
同樣按圖1所示將閃測儀接入電纜線路中，閃測儀記錄波形如圖3所示。
4.2.1脈沖波極性
當(dāng)脈沖波到達(dá)短路點后，波阻變?yōu)閆2，Z2<Z1，根據(jù)公式(2)可知-1<β<0，Uf1=βU0即反射波Uf1同起始脈沖波U0極性相反。圖3中t1時刻起始脈沖波頭為負(fù)極性，t3為反射波且極性同t1極性相反為正極性；t4為t3的再次反射且同t3極性相反為負(fù)極性，符合短路反射波特性。圖3中t2時刻為電纜中間頭的反射波形，這是因為電纜中間頭的波阻大于電纜的波阻，但中間頭的波阻小于開路波阻，所以t2時刻極性同t1時刻極性相同。不是短路點的反射波，這在實際判斷波形中常出現(xiàn)誤判。由t3、t4即可初步判定為故障點反射波形。
4.2.2反射波幅度和陡度
同開路故障分析相同。中間頭的波阻雖大于電纜的波阻，形成正反射，但小于開路波阻，所以反射波的幅度非常小，不同于開路和短路反射波。
4.2.3脈沖波在電纜中的傳播速度
與開路故障分析相同。將閃測儀光標(biāo)速度設(shè)定為160m/μs，測量t1與t3間距離為473m，即短路點到測試端的距離為473m。在實際線路查找中發(fā)現(xiàn)在距測試端480m處電纜對地放電擊穿，外護(hù)套已碳化。實際測量距離與測試距離誤差1.5%。
5測試誤差分析
誤差分析就是確定電纜粗測不能精確定位的原因，定位還需要定點測量，即用聲測法或感應(yīng)法在粗測距離兩側(cè)一定范圍內(nèi)查找。2次電纜故障查找中的測試距離與用皮尺的測量距離有一定差距，原因如下。
5.1SDCA—2型閃測儀本身誤差
a.設(shè)備本身相對誤差≤±2%。電纜故障點在1km以下，設(shè)備本身絕對誤差≤15m；電纜故障點在1km以上，設(shè)備本身絕對誤差≤20m。
b.讀數(shù)最小分辨率。測試儀本身的最小分辨率為3.2m，即顯示屏上光標(biāo)每移動一點，讀數(shù)最小變化3.2m（油浸紙）。
5.2傳輸速度
脈沖波在電纜中的傳輸速度受到電纜新舊程度影響，如油浸紙電力電纜波速為154～165m/μs。
5.3讀取誤差
讀取誤差見圖4。因波形的選取點有誤，t2和t3的距離不同。
5.4丈量誤差
因電纜埋于地下，在路面上沿電纜路徑丈量距離，本身就帶來一定誤差。
6總結(jié)
脈沖波形判斷是根據(jù)波在線路中折反射原理進(jìn)行的。在判斷實際故障點時，應(yīng)遵循波形分析3要素，即波的極性、幅值和陡度、波速。根據(jù)3要素可判斷波形反射周期，排除線路的雜波如中間頭反射波，再根據(jù)反射周期之間的距離來確定故障點到測試端的距離。
