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电缆故障测试仪原理及查找使用方法_探测仪全套方案


时间:2018-10-16 10:57:45 | 作者:陕西意联电气 | 标签: 电缆故障测试仪

  随着城市的快速发展。电缆使用越来越频繁,电缆的安全运行就成为每个供电部门保障的重点。电缆故障不可避免,如何快速解决电缆故障成为抢修人员的面临的主要工作内容。


一、电缆的分类:

  电缆根据绝缘介质不同分为:交联电缆、聚氯乙烯电缆、油浸纸电缆、不滴流电缆(也称之为少油电缆),橡套电缆等;根据电压不同分为:高压电缆、低压电缆、控制电缆、通讯电缆等;


二、电缆故障分类:

  电缆故障的形成主要是机械拉伤、化学腐蚀、电缆长时间过流,或者地基沉降等因素造成的。电缆故障分为两大类:低阻故障和高阻故障。高阻故障又分为 :闪络性故障和泄漏性故障,相地闪络性故障相当于相线和地之间形成一个间隙。如图:


闪络性故障示意图
闪络性故障示意图



伏安特性如下图:

伏安特性



泄漏性故障,相当于相地之间形成一个大电阻,这个电阻小于电缆的绝缘电阻,如图:

泄漏性故障
泄漏性故障示意图

伏安特性如下图:

伏安特性1
  在实际的电缆故障中,纯粹的闪络性故障和泄漏性故障都是没有的,而所有的电缆都是闪络性故障和泄漏性故障同时存在的,如下图所示:
闪络性故障和泄漏性故障


  这在测试电缆故障中有什么实际意义?这说明电缆故障要打穿放电,需要加足够的电压,只有电压达到一定程度,电缆故障才能被击穿。低阻故障:绝缘阻值小于100欧姆的故障,这种故障粗测非常简单,但是放电声较小或者没有,定点相对比较麻烦。


三、电缆故障测试仪的组成

  电缆故障测试仪组成:主机、路径仪、定点仪、高压设备和放电电容。电缆仪的主机:用来测试电缆长度、电缆故障的大概位置;路径仪:用来测试电缆的走向和埋设深度;定点仪也是最后解决问题的关键设备:用来经确定点电缆故障位置;高压设备和放电电容:用来给故障电缆打压,是故障点放电,故障点产生振动,为故障定点创造条件。


电缆故障测试仪主机

  目前,常用的电缆测试主机有两种原理设计的,一种为电桥原理的,另一种为雷达原理的,也叫时域反射法原理。这两种原理的设备都很成熟,雷达法原理的主机通常称为闪测仪或者冲闪仪,是目前电缆测试的主流设备。电桥测试电缆故障时,要求电缆要有一根好相,而且电缆的尾端需要好相和坏相跨接,并且要求跨接线的截面积和电缆的截面积相当。而闪测仪就没有那么多限制,也不需要尾端短接,工作量相对较少。但是,在测试有些电缆故障时,由于电缆介质或者是电缆结构的问题,闪测仪采不出测试波形,这时就需要电桥进行辅助测试,另外,测试110KV电缆外护套故障时,需要电桥进行测距。综上所述,要想粗测电缆故障位置,除了需要闪测仪,有时还需要电桥。


几种主流的闪测仪:

1、 液晶显示闪测仪如图:

液晶显示闪测仪



  这是一款全功能、小型化的电缆故障测试仪,特点是体积小、重量轻、操作简单、耗电量小、待机时间长、开机速度快。

2、 触摸屏闪测仪如图:


触摸屏闪测仪
  这是一款10吋触摸屏的闪测仪,这类闪测仪由于使用的操作系统不同,开机时间差别很大,触摸屏耗电量比较大,坚固程度比较差、易损坏(发货时一定要包装得当)、待机时间比较短,优点就是屏幕比较大,波形比较清晰,能够存储较多测试波形,可以进行测试波形的比较放大等操作。


3、 多次脉冲闪测仪如图:

多次脉冲闪测仪



  多次脉冲电缆故障测试仪是近年来比较流行的闪测仪,优点是将冲闪波形(相对不规则)转换为低压脉冲波形,使波形易于识别。缺点:需要增加多次脉冲产生器,将多脉冲产生器串接到高压发生器和故障电缆之间,利用闪测仪在多脉冲产生器上进行采集波形,这样就必须升高电缆故障的击穿电压,这样才能采集到的多次脉冲的故障波。


  电桥:电桥分为高压电桥和低压电桥,低压电桥在电缆故障测试中极少使用。下面是几种高压电桥7000V一体电桥,需要知道电缆长度,手动计算电缆故障位置。

高压电桥

电缆故障测试仪


配合不同的外部电源,可以最高升到35KV。需要预置电缆长度,自动显示


路径仪:随着数字技术快速发展,设备的快速更新,路径分为了两种,一种是传统的模拟电路的路径仪,一种是全数字的金属管线探测仪代替了路径仪。

1、 传统的路径仪如图:


这是发射部分。接收部分多种多样,例如下图:

接收部分



这台定点仪将定点和路径接收合成一体,减小了体积。

2、 全数字路径仪(金属管线探测仪)如图:


全数字路径仪(金属管线探测仪)

  金属管线探测仪是一款功能强大的仪器,可以使用多种模式(直连法、感应法、耦合法)测试金属管线的路径,可以测试带电电缆或者不带电路径、埋设深度、还可以带电识别电缆,可以查找金属性接地故障(需要配备A字架)。全数字显示,声音提示,操作简单。

  定点仪:定点仪种类众多,外形各异,定点仪的重要指标是灵敏度和抗干扰能力,将信噪比做的最合适,就是一部好的定点仪。
参考图如下:

电缆故障定点仪


带波形显示的定点仪



声磁同步定点仪,带有光柱显示。


声磁同步定点仪,带有光柱显示。



跨步电压法定点仪


跨步电压法定点仪,用来测试金属性接地故障。


四、电缆故障测试仪的高压附件:

电缆故障测试的高压配件主要有试验变压器和电容,根据不同的组合形成多种样式的产品。

1、 基本型:3KVA/50KV或者5KVA/50KV直流试验变压器,操作箱、35KV/2uF或者30KV/2uF脉冲电容器。这些设备非常常见。

2、 设备升级(1):利用电子技术将直流试验变压器、操作箱的功能一体化集成,体积小、重量轻的升压设备。如图:

电缆故障测试的高压配件


  目前,经常使用的有两个规格:25KV、35KV两种,输出电流在40mA左右,重量8公斤左右,代替了数十公斤的试验变压器和操作箱。这种设备功率较小,适合于低压或者电缆较短的高压电缆故障(例如:1公里以内)

3、 设备升级(2):利用电子技术,将试验变压器、操作箱、电容器、球间隙集成在一起,实现遥控/手动一体化操作,遥控距离不小于1000米,自动升压、自动放电,多种功能为一体的小型化设备。如图:

多种功能为一体的小型化设备


内置电容20KV/4uF,电压输出20KV,短路电流40mA,重量8公斤。

4、 升级设备(3):将干式变压器或者油式变压器,操作箱、电容器、球间隙,组合在一起,实现自动升压、自动放电、有线控制一体化设备。如图:

升级设备



输出电压70KV,短路电流100mA,电容30KV/1uF或者30KV/2uF,重量55公斤左右。


五、电缆故障测试基本步骤

  首先,判断故障是相间故障还是相地故障,然后利用绝缘电阻测试仪和万用表判断是高阻故障还是低阻故障,大于100欧姆为高阻故障,反之为低阻故障。利用闪测仪和电缆好相测试电缆的长度,这个过程大约需要几分钟,就可以完成。闪测仪是用来测试发射波和反射波时间差的,电波在电缆中的传播速度是做实验测量出来的,根据时间乘以速度,计算出电缆的长度,这些过程是在闪测仪的内部完成的,我们只需要确定测试波形起点和终点,电缆的长度就在闪测仪上显示出来了。


  有人会问,这样的测试结果是否会有误差,如果有误差,大概是多少?这样的测试结果是有误差的。闪测仪计算发射波和反射波之间的时间差,这个误差可以忽略不计,主要的误差在于电波在电缆中的传播速度,传播速度主要受到电缆绝缘介质有关,而和电缆的截面积无关,和电缆的导体的材料也无关。高压电缆现在主要使用的是交联乙烯电缆,这个电缆的传播速度大概为172米/微秒,这个传播速度经过我们长期的实践验证是比较准确的,误差很小。以前使用的油浸纸电缆传播速度为160米/微秒,这个数值也非常精确,误差很小,只是现在这种电缆很少使用了。而现在使用低压电缆中塑料电缆、橡套电缆,传播速度相差很大,每个厂家的电缆传播速度都有差异,而且差异比较大,这是测试误差的主要因素。


  如何减少传播速度引起的误差,可以使用以下方法:闪测仪中有一项功能,测速度,也就是测电波在电缆中的传播速度,首先找一盘已知长度的电缆,将电缆全长输入闪测仪中,利用闪测仪采样,就能测试出电缆的传播速度。接线方式及测试波形如下:

接线方式及测试波形


  图的上半部是接线图,非常简单,将测试线的红夹子接到电缆的好相,黑夹子接到电缆的另一个好相或者电缆的铠装,利用闪测仪低压脉冲法进行采样,得出下半部的波形,这是个正脉冲的波形图,脉冲1,是闪测仪发射的脉冲,脉冲2和3是反射脉冲,脉冲2是一次反射波,脉冲3是二次反射波,我们测试的是发射波的上升沿和反射波上升沿的时间差,如果设置了速度,得出的就是全长,如果输入了全长,得出的就是传播速度。上面的波形图是以正面冲为例的,如果是负脉冲的闪测仪,就是测试发射脉冲的下降沿和发射波的下降沿的时间差,或者说测试时间差用的是发射波和反射波的前沿(原理:S=V*t)。通过这样的方法,平时将经常用到的电缆的传播速度测试出来,并且记录下来,在以后发生故障时使用,这样就会将测试误差降到最低。


测试低阻(短路)故障波形图:

测试低阻(短路)故障波形

  脉冲1为发射波,脉冲2为反射波,发射波与反射波极性相反,这种波形一旦出现,就证明电缆是短路故障,S就是故障距离。如果是高阻故障,就需要使用升压设备,将故障点瞬间击穿,然后利用闪测仪采集波形,分析波形,判断故障距离,接线图及波形图如下:

发射波


冲闪电流取样接线图


标准波形

这是标准波形

下面是实测波形



故障距离
故障波形
冲闪法测故障


这几个波形相对比较容易判别,拐点比较容易判断。这是一个正方向波形图。

波形分析主界图

  这个波形是反向的(与电流取样器有关,可以调整一下电流取样器,使波形反过来),这个波形相对比较难以判断,这台闪测仪的软件中带有波形局部放大功能,能够减少粗测的误差。

多周期测试波形

  这是一个多周期测试波形,我们选择了其中一个周期进行了标注,为了减少误差,也可以标注多个周期,然后取平均值。


  为什么要列举这么多的波形,主要是为了大家在实际测试故障中,找一个和标准波形比较相近的波形,进行故障标注,这样测试误差就会很小。至于为什么要这样标注故障的起始点和终点,请参看关于长线原理,波反射原理的相关书籍。


  如果经过加压以后,没有采集到能够判断距离的波形,这时需要分析,是否是电压不够高,故障点没有击穿引起的还是地线衰减太大引起的。怎么判断故障点是否击穿,主要看放电电流,如果瞬间放电电流大于15A以上,我个人认为故障点已经击穿,如果没有击穿,就需要继续升高电压,直到放电的瞬间电流超过15A。如果放电电流已经足够大,仍旧采集不到可以标注的波形,就要考虑是否是地线衰减过大引起的,这些情况多出现在塑料电缆或者橡套电缆、有些专用电缆中,这些就需要借助高压电桥进行粗测。高压电桥还可以测试110KV电缆的外护套故障。


  经过以上几步的测试,基本上可以测试出电缆故障的大概位置,也就是完成了粗测。然后需要测试电缆的路径,也就是电缆走向。这个部分没有难点,无论是路径仪还是管线仪,都是有发射部分、接收部分,用接收机接收发射信号,通过声音或者数字找出电缆的位置以及埋设深度。


  最后就是定点。利用皮尺或者计米器测量到粗测的位置,给电缆上加压,利用定点仪拾取电缆故障的放电声音,找到声音最大点,就是故障点。

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