国际范围电力电缆故障定位 最新技术和新方法

提 纲 电缆基本知识与分类 电缆故障定位原理1:判断故障性质 电缆故障定位原理2:预定位 电缆故障定位原理3:电缆管线定位 提 纲 电缆基本知识与分类 电缆故障定位原理1:判断故障性质 电缆故障定位原理2:预定位 电缆故障定位原理3:电缆管线定位 电缆故障定位原理4:精确定点 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

6-35kV交联聚乙烯XLPE绝缘电力电缆 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

油浸纸绝缘电力电缆局部放电的原因汇总 由于负荷过载热效应或电缆纸浸渍生产 由于铅护层腐蚀引起的绝缘层进水 质量不良导致的局部电缆绝缘层干涸 场强集中区域 电缆纸层与层之间的沿面局部放电形成的 碳化痕迹 电缆纸 1-10米左右 资料来源 : VWEW Infotag 2004 ; contribution AVISO CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

重作过渡接头后局放恢复到正常水平 mixed cable PILC / XLPE 现场实测案例 4 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

电力电缆的基本结构 导体 果核 绝缘 果肉 护套 果皮 除1至3kV电缆外，均有屏蔽层 电缆 苹果 电缆 苹果 导体 果核 绝缘 果肉 护套 果皮 除1至3kV电缆外，均有屏蔽层 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

为使电缆适应各种使用环境的要求而在电缆上所施加的保护覆盖层，叫电缆护层。 内护层，外护层 电缆的护层 为使电缆适应各种使用环境的要求而在电缆上所施加的保护覆盖层，叫电缆护层。 内护层，外护层 可大致分为：金属护层、塑料护层，复合护层、特种护层。 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

电缆的分类 根据IEC国际标准，电缆定义是：用以传输电(磁)能、信息和实现电磁能转换的线材产品。 电力电缆，如聚氯乙烯电力电缆，交联XLPE力缆 通信电缆和通信光纤,如中移动、中国电信、联通等 控制电缆,如发电厂内汽轮机和发电机控制用电缆 裸导线，如架空线，铁塔、电线杆上架设 绕组线，如漆包线，在变压器、电动机内 油井电缆，对防油浸和机械拉力有特殊要求 煤矿电缆 电气装备用电线电缆，如布电线、船用电缆等 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

电力电缆的基本结构(110-500kV) CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

聚氯乙烯电力电缆图片:380V CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

电缆故障定位原理1:判断故障性质 需要仪表：万用表和摇表（高阻计）各一只，最好是指针式 用摇表分别测量线芯对地绝缘电阻和相间绝缘电阻，单位：兆欧 在电缆远端将三相短路，在近端用万用表测量相间导体电阻，单位：欧姆 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

判断故障性质 举例1：线芯间绝缘电阻：AB=2500兆；BC=8兆，CA=2500兆； 线芯对地绝缘电阻：A=2500兆；B=5兆，C=3兆； 导通试验，末端三相短路： AB=0欧姆；BC=0欧姆，CA=0欧姆； 由此判断，该故障属于BC两相接地故障，同时短路 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

电缆故障类型 低阻接地故障 高阻接地故障 短路故障 断线故障 闪络性故障 混合故障 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

电缆故障的原因 外力损伤（当时因外力破坏发生的直接故障和因外力损伤后来发生电缆故障） 绝缘受潮（附件密封不良或本体有小孔） 绝缘老化变质（过热） 过电压 制造质量、设计质量、施工质量 外护层受地下酸碱腐蚀 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

根据故障性质决定选用合适仪器 电缆故障定位仪器不是越贵越好 合适的仪器，一把钥匙开一把锁 用合适的仪器找对应类型的电缆故障 选对仪器，事办功倍，效率极高 选错仪器，事倍功办，效率极低 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

低阻接地故障的仪器选择 选择：脉冲反射仪或电桥法 脉冲反射仪，应用低压脉冲法，即低压脉冲法雷达原理，适用于0-1k欧姆故障绝缘电阻 低压电桥法，应用惠斯通电桥原理，低压直流电源为电桥电源，适用于0-10k欧姆故障绝缘电阻,如QF1A电桥 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

高阻接地故障的仪器选择 手推车式一体化电缆故障定位系统 应用弧反射法预定位专利技术 应用声磁同步法精确定点专利技术 先用高压脉冲信号将高阻瞬间击穿 再用低压脉冲信号快速测量故障点反射 是高阻瞬间转化为低阻的可靠仪器 一体化仪器，无需现场分体式接线，确保电缆检修和运行人员的人身安全 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

短路故障的仪器选择 如短路故障的相间绝缘电阻在0-1k欧姆，则选用脉冲反射仪，E15（15公里测量范围），D30 （30公里测量范围），MFX （3.5公里测量范围） 如短路故障的相间绝缘电阻在1k欧姆以上,则绝缘电阻较高的一相接地,绝缘电阻较低的一相为故障相,应用S32手推车 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

断线故障的仪器选择 预定位选择: 脉冲反射仪 精确定点选择,S32手推车系统 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

选择3：电缆故障测试车,如沈阳供电公司等,提高利用率 闪络型电缆故障的仪器选择 选择1：S32手推车系统 选择2：M型电桥、LDM-15高压电桥 选择3：电缆故障测试车,如沈阳供电公司等,提高利用率 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

混合型电缆故障的仪器选择 选择1：脉冲反射仪，E15，D30，MFX脉冲反射仪 选择2：绝缘电阻1k欧姆以上,S32手推车系统 选择3：M型电桥、LDM-15高压电桥 选择4：电缆故障测试车 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

电缆故障定位原理2:预定位 预定位，又称电缆故障测距，在电缆的一端使用仪器确定电缆故障点距离 常用的方法有电桥法和波反射法 电桥法：低压电桥法和高压电桥法 波反射法：一次脉冲法（低压脉冲法）、二次脉冲法、弧反射法、三次脉冲法等 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

惠斯通电桥的基本原理 利用故障点两侧的电缆线芯电阻与比例电阻构成Whitestone/Murray电桥，是传统，经典的定位方法 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

电桥的等效电路 设被测电缆两端至击穿点的距离为L1和L2，电缆全长为L，它们对应的线芯电阻为R1，R2 显然 L1/L2=R1/R2 接入电桥后构成如右电路 图中r1+r2=r0 为比例电位器，其电阻值对应于刻度盘读数P 平衡后有L1/L2=R1/R2 =r1/r2 L1/L=r1/r0=P%（百分之P） 因此L1=P % ·2L CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

电桥法的特点 利用故障点两侧的电缆线芯电阻与比例电阻构成Murray电桥，是传统，经典的定位方法。 设备价格低，操作简单。 由于过去低压电桥法仪器测量电压低，通常被认为不适宜高阻。 引线采用四端子测量，可获得高精度定位比例。 须将电桥置于高压侧，而操作钮安全接地，确保人身安全。 高压电桥彻底解决了电桥法用于高阻定位的局限性。 电桥法无盲区、精确、使用方便 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

波反射法  脉冲波在电缆中以一定速度传播，在电缆击穿点或电缆端部反射，波反射法根据脉冲的时间差定位，适用范围广，可以定位未知电缆长度及断线故障。 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

Impulslaufzeit und Leitungslänge 脉冲反射原理 传播时间和距离 t x l l = v · t x 2 v t x l 脉冲往返传播时间 电缆长度 波速度 Impulslaufzeit und Leitungslänge Wird die Zeit „tx“ gemessen, die ein ausgesendeter Impuls benötigt, vom Anfang einer Leitung zum Ende und wieder zurück zu gelangen, kann die Länge „lx“ der Leitung bestimmt werden: mit Die Laufgeschwindigkeit „v“ wird hier in die Formel als „v/2“ eingesetzt, da der Impuls den doppelten Weg ( Hin- und Rückweg) durchläuft. Der Wert für die Impulslaufgeschwindigkeit „v“ bzw „v/2“ ist im Wesentlichen abhängig von der Art des Dielektrikums der Leitung und wird entsprechenden Tabellen entnommen oder liegt als Erfahrungswert vor. l = 2 x v · t 波速的一半 l = 2 x v · t 2 v halbe Laufgeschwindigkeit Mai 00

= G SebaKMT 公司 ARM弧反射法 故障定位原理图 弧反射法ARM 的优势 Teleflex HV - Unit Surge Unit G = Faulty Cable Teleflex 弧反射法ARM 的优势 - 先通过高压单元瞬间击穿故障点 然后T30E数码脉冲反射仪快速无盲区采集信号 储能电容器上的全部电压加到故障电缆上,无任何电压损失 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

二次脉冲法故障定位原理图 = G 二次脉冲法 技术特点 Teleflex 二次脉冲法滤波器 300  HV - Unit Surge Unit G = Faulty Cable Teleflex 二次脉冲法 技术特点 -先通过高压单元瞬间击穿故障点 -必须经过一段时间延迟后才能测量到波形 -储能电容器上的部分电压在300欧姆电阻上产生电压损失,无法全部加到故障电缆 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

= G 脉冲电流法 ,国产技术 Teleflex Surge Unit or DC Test Set 脉冲电流法 技术特点 Faulty Cable Teleflex 脉冲电流法 技术特点 - 电压需要一直升压, 直到故障点击穿或高压脉冲发生器发出高压脉冲 - 只能被动测量行波,波形依赖行波频率,有时清楚,有时很难辨认 -通过耦合线圈得到波形,准确性降低 Peak to peak = L CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

弧反射法的 参考波形和故障波形 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

电缆模型 等效电路图 电缆截面 电缆的等效电路图 ... 并联电容 并联电导 串联电感 串联电阻 R L G C CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

Einfluß der Impulsbreite auf das Reflexionsbild 反射波形 (100% 反射) 脉冲宽度的影响 好电缆 脉冲反射仪 窄脉冲 高衰减，传播较近的距离 100% 0% 原因: 包含高频元件 Einfluß der Impulsbreite auf das Reflexionsbild Ein schmaler Sendeimpuls enthält sehr hochfrequente Anteile. Diese Anteile werden durch die Kabeldämpfung und -dispersion überproportional stark gedämpft. Die Endreflexion eines Kabel ist schon nach relativ kurzer Leitungslänge nicht mehr erkennbar. Ein breiter Sendeimpuls enthält weniger hochfrequente Anteile. Diese Anteile werden durch die Kabeldämpfung und -dispersion wesentlich weniger gedämpft. Die Endreflexion eines Kabel ist trotz einer relativ großen Leitungslänge noch erkennbar. Dieses physikalische Verhalten ist der Grund, daß die Meßbereiche der Reflexionsmeßgeräte meistens eine feste Zuordnung der Impulsbreiten aufweisen. 宽脉冲 低衰减，传播较远的距离 100% 原因: 包含低频元件 0% CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

电缆故障定位原理3:电缆路径定位 并非必须步骤，如电缆档案齐全，路径清楚则省略本环节 该步骤解决的目标问题：城市改造频繁，图纸中的参照物消失；用户没有电缆资料保管意识，竣工后没有保存电缆路径资料 由于电力电缆运行时具有高压，按照电力规程，除定出管线位置外，还需进行电缆准确识别，确保锯电缆时的人身和设备安全 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

管线探测 无源信号 电力信号 50/60HZ 无线电信号 微波通讯 管线上的无源信号用来 做管线定位，不适合做 深度测量。 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

管线仪发射机器的连接 优点和缺点 三种方法 直接连接 感应耦合 音频发生器 输出功率3W至 500 W 有可能使用在 最佳连接方式 运行电缆上 最佳连接方式 不可能使用在 运行电缆上 接收信号随 距离减弱 选择最适合的方法 ! 选择需要的发射功率 ! CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

3.1直连法（有源探测） 当信号线方便连到管线上时，优先采用直连法。 接地线尽可能与管道方向垂直。 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

3.2夹钳法（有源探测） 夹钳法是给电缆施加信号的一种很方便的方法。尤其适合电力电缆 连接好夹钳后打开发射机电源。必要时电缆的两边接地。 被夹上的电缆信号最强。 不要在没有绝缘的带电导体上使用夹钳法。 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

3.3感应法（有源探测） 可能的话尽量使用直连法，因为直连法的效果更好。 在没有连接点的情况下可以使用感应法施加信号。 将发射机平行地放在管线上方，信号同样可以施加到管线上，简单快捷。 信号同时也会加到别的管线上，因此探测精度会受到影响。 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

路径测寻（最大值方式) 音频电流产生的磁场 信号和音量的强度 测寻线圈在水平位置 音频 发生器 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

路径测寻（最小值方式) 音频电流产生的磁场 信号和音量的强度 测寻线圈在垂直位置 音频 发生器 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

X 路径测寻（超级峰值方式SuperMaximum） Super Maximum 超级峰值方式 最大值法 最小值法 反向的最小值 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

超级峰值法在多条平行运行电缆定位的技术优势 Minimum - Signal 1.5 Side Distance Signal  Depth  –-5 –4 –3 –2 –1 1 2 3 4 5 –1.5 Maximum - Signal 1.5 Side Distance Signal  Depth  –-5 –4 –3 –2 –1 1 2 3 4 5 –1.5 Super - Maximum 1.5 Side Distance Signal  Depth  –-5 –4 –3 –2 –1 1 2 3 4 5 –1.5 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

三种测试方法的比较 最大值法 优点: 电缆管线上方信号接收最强 缺点: 信号变化较缓，故精确度较低 最小值法 优点: 精度高 优点: 电缆管线上方信号接收最强 缺点: 信号变化较缓，故精确度较低 最小值法 优点: 精度高 缺点: 正确的电缆路径左右均有很强的信号，有时无法识别最小值 超级峰值法 优点: 在电缆路径上方信号突然增强，因而精度高，分辨率高 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

电缆故障定位原理4:精确定点 精确定点：电缆运行或检修技术人员根据电缆故障预定位的结果，在电缆故障点附近，通过仪器和设备对电缆故障点的位置进行精确定位的过程。这一步骤的结论是在0.1米的范围内指出故障点位置。 基本方法是声磁同步法、跨步电压法和音频感应法 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

4.1声磁同步法精确定点 高压脉冲发生器 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

Aufbau der Stoßgenerator 4.1高压单元电容配置 不同的匹配电容 8 kV 档时的电容 16 kV 档位时 32 kV 档位时 CE single CS = 4 · CE CS = CS = CE single 4 CE 8 kV 8 kV 8 kV CE CE 8 kV 8 kV Aufbau der Stoßgenerator Ein Stoßgenerator besteht im Wesentlichen aus den Komponenten „Gleichspannungsquelle (HV)- Stoßkondensator zur Speicherung der Stoßenergie- Schlagschalter- Anschluß an das Kabel. Die Stoßspannung, mit der die fehlerhafte Leitung beaufschlagt wird, wird bestimmt durch die maximale Prüfspannung des Kabels und der Überschlagsspannung des Fehlers im Kabel. In Abhängigkeit von der Höhe der gewählten Stoßspannung werden die im Stoßgenerator vorhandenen Einzel-Stoßkondensatoren entsprechend in Reihe oder parallel geschaltet. Durch diese Umschaltung ist es möglich, immer mit optimaler Stoßenergie zu stoßen. Die Entladung der Energie des Stoßgenerators an der Fehlerstelle wird mit dem Bodenschall- Mikrofon abgehört. Der Ort der größten Überschlagsintensität ist der Fehlerort. W = C · U 1 2 冲击能量 8 kV 8 kV CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

4.1 管道中电缆故障的定位 lx = lg t1 t2 + t1 t2 l1 l2 lg Durch die Schall-Laufzeitmessung besteht jedoch die Möglichkeit der Ortung von Fehlern an verrohrten Kabeln. Dazu wird nach Bild 17. sowohl am Rohranfang als auch am Rohrende die SchallLaufzeit gemessen. Die beiden Resultate sind dann in das Verhältnis zur Gesamtlänge des Rohres zu setzen, wodurch sich die Fehlerentfernung nach Formel [ 7 ] berechnen läßt. 举例: t1 = 38,4, t2 = 10,3, lg = 50 m lx = lg t1 t2 + 38,4 lx = 50 • = 39,4 m 38,4 + 10,3 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

4.2音频绞合法精确定点相间死接地故障(三芯) 探测线圈 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

4.2最小扭曲法精确定点相间死接地故障(单芯) 1) 开始界面 2)最大法,最小法,信号以及深度和电流显示 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

4.2最小扭曲法精确定点相间死接地故障(单芯) CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

4.3 外护套故障、接地故障精确定点 — 跨步电压法 V + - V + - V + + - MFM 5-1 MMG 5 UniSat SPG 32 BT 500 I/S BT 3000 0...5 kV 接地故障电阻 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

4.3 外护套故障、接地故障精确定点 — 跨步电压法 故障右测 故障左测 + - MMG5 V + - V + - V + - V + - V + - CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

4.3 在坚硬地面上进行跨步电压法精确定点 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

4.3 海底电缆的外护套故障 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved

总 结 电缆故障测试的4步骤：（1）判断故障性质；（2）预定位；（3）管线定位；（4）精确定点. 精确定点是关键 任何公司、任何技术都在这4个环节以内 电缆故障定位原理自有电缆运行以来，方法依旧，而面目日新 CI - Cable Identifier, (c) SebaKMT 2007, all rights reserved