简单探讨电力电缆故障测试方法

我国国民经济迅猛发展供发电、石化、钢铁、机场、港口、油田等许多供电场合，几乎全都采用了电力电缆供电。安全方便、线损小、受自然的影响小。但是在供用电力电缆过程中，一旦发生故障，很难较快地寻测出故障点的确切位置，不能及时排除故障恢复供电，往往造成停电停产的重大经济损失。所以，如何用最快的速度、最低的维护成本恢复供电是各供电部门遇到故障时的首要课题。我就电力电缆故障测试方法进行简单的探讨。


一、电阻电桥法

上个世纪七十年代以前，世界各工业发达国家都广泛采用此种方法，被称为“经典”方法。几十年来几乎没有什么质的变化，对于短路故障及低阻故障的测试甚为方便。

电阻电桥法顾名思义，即利用电桥平衡原理，以电缆某一好相为臂组成电桥并使其达到平衡，测量出故障点两侧段电缆的直流电阻值，同时将电缆视为“均匀的传输线”，那么电阻的比值与电缆长度的比值成正比，以此推导出故障点距测试端的距离（在此略去计算公式的推导，只给出结论）即：

其中：R1、R2为已知电阻通过上式可以看出，只要知道电缆的准确长度L全长，就能精确算出故障点的距离。


二、电容电桥法

当电缆是开(断)路故障时，若再采用测量电阻电桥法将无法测出故障点的距离，因为直流电桥测量臂未能构成直流通道。在此只能采用交流电源，根据电桥平衡原理测量出电缆好相及故障相的交流阻抗值。由于电缆被视为“均匀的传输线”，其上分布电容与电缆长度成正比，以此推算出故障点的距离（在此略去计算公式推导，只给出结论）即：

其中：R1、R2为已知电阻，依据上式，已知电缆全长就可算出故障点距离。


三、高压电桥法

电阻电桥法和电容电桥法解决的电缆故障类型很单一，局限性很大。通常电缆出故障往往都是综合性的，而且大多数故障都是泄漏高阻(已形成固定泄漏通道的一类故障)或闪络高阻(未形成固定泄漏通道的一类故障)。为了解决实际面临的难题，人们想到了通过提高直流电桥输出电压(通常可达10kV)，使故障点击穿，形成瞬间短路，测量出故障点两侧段电缆的直流电阻值，推算出故障点距离，即：

其中：R1、R2为已知电阻，高压电桥法测电缆故障连线图与低压电阻电桥法相同。此种方法的优点是再也不用“烧穿”法先降低故障相绝缘电阻，使其变成低阻才能测试，即大家常形容的“边烧穿边粗测”。


四、电缆故障检测仪

通过前面的分析，我们了解到电桥法实质上只能解决电缆部分故障的测试。而电缆的故障千奇百怪，三相全坏的情况常有发生。为了解决诸多难题，同时也为了方便各种故障的测试，因此，通过西安电子科技大学(原西北电讯工程学院)和西安供电局科研人员的合作攻关，我国才有了真正意义上的电缆故障检测仪。 仪器的基本原理应用了微波传输(雷达测距)理论，即脉冲法。无论低压脉冲法还是高压脉冲法均是依据微波在“均匀长线（电缆）”传输中，因其某处(故障点)特性阻抗发生变化对电波的影响来微观地分析电波相位、极性及幅度等物理量的变化，来测得电波传输到故障点的时间再计算出故障点的距离。即：

其中：v-电波在不同介质电缆中的传输速度。

          t-电波从始端到故障点再返回始端的时间。

上世纪90年代初期，国内电缆故障检测仪在电路设计中大多采用了 CPU处理器、高速的A/D转换器、单片机编程控制等新技术，初步实现了半自动化。与第一代电缆故障测试仪相比，此阶段电缆故障检测仪在信号处理技术上是一个大的飞跃。它充分利用微处理器庞大的数据处理功能及丰富的软件，彻底改变了原来用贮存示波管观察瞬态模拟波形，用人工估读故障波形距离的传统方法，做到了一次采样获得的瞬态波形可以永远显示、保存，并且用光游标自动跟踪故障特征波形，自动换算故障点距离，自动数字显示，自动打印等。还可以根据不同种类的电缆电波传输速度自动修正测试距离。可以说基本上实现了电缆故障测试半自动化、半智能化，提高了仪器的可靠性、稳定性。读数误差减小，测试精度明显提高。


五、结束语

总之，随着计算机技术、网络技术、微电子技术、大规模集成电路技术的迅猛发展和笔记本电脑的广泛应用，出现了数字化仪器和智能仪器，国外提出了“虚拟仪器”的设计思路。大家知道，传统仪器一般是一***立的装置。所谓虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的功能，用户操作计算机的同时就是在使用一台专门的电子仪器。虚拟仪器以计算机为核心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能，使电力电缆故障分析更加准确、迅速。