高壓電纜主絕緣故障預定位、精確定位方法、典型故障波形、檢測與定位測試記錄

附錄.A（資料性附錄）主絕緣故障預定位方法A.1 電橋法 測試設備要求最高輸出電壓：不低于10kV。短路電流：短路電流不低于10mA。預定位精度：±（0.2%·L+1）m，L為電纜全長。 測試設備要求在測試端，將電橋測量首端接故障相導體X，測量末端接非故障相導體M（絕緣良好相），在電纜末端將故障相導體Y端與非故障相導體N端用低阻短接線短接，如圖A.1所示。ZGH—直流高壓恒流源； r—比例臂電阻； G—檢流計；F—故障點；TA-測量首端；TB-測量末端；LRSL-低阻短接線；圖A.1電橋法接線及原理示意圖工作時，ZGH輸出高壓，待電流穩(wěn)定后打開電橋，調節(jié)電橋平衡。電橋平衡時，與故障相串接的平衡橋臂電阻值為??，與非故障相串接的平衡橋臂電阻值為??，r1可由設備千分度盤（與比例臂電12r1 r2阻連動）讀取。故障點到測試端的距離為：r1Lx 2L 2L P‰r1 r2式中：L為電纜全長，因非故障相參與電橋平衡，計算中要 2倍電纜長度；P‰為電橋平衡時千分度盤讀數(shù)；??為測試端到故障點的距離。??注意：對于同溝多回路電纜，該方法會受到臨近回路運行電纜感應電壓干擾，不易平衡，甚至無法定位。A.2 電壓降法 測試設備要求最高輸出電壓：不低于3kV。短路電流：不低于100mA。預定位精度：±（0.2%·L+1）m，L為電纜全長。 測試原理與電橋法相比， 電壓降法可以避免工頻感應電壓的干擾， 特別適合于高電壓、大截面、 大長度輸電復雜電纜系統(tǒng)的主絕緣故障定位。電壓降法分兩步進行，如圖 A.2（a）和（b）所示。設備測量首端接故障相導體 X，測量末端接非故障相導體 M端（絕緣良好相）。（a）電壓降法第一步（b）電壓降法第二步ZGH—高壓恒流源； R—限流電阻；K1、K2為繼電器；ISAM-電流采集單元； USAM—電壓降采集單元；M-中央處理單元； TA-測量首端；TB-測量末端；SL-短接線；EL-接地線圖A.2電壓降法接線及原理示意圖第一步K12SL連接，故障相導體線芯通過接地線EL接地斷開，K閉合、遠端導體線芯通過短接線（注意SL、EL與故障相導體遠端Y的接觸點必須分開）。加壓測得U2、I2，計算電纜全長電阻；第二步K1斷開、K2閉合、接地線EL懸空或拆除，加壓測得U1、I1，計算故障相測試端到故障點的導體電阻。電阻值正比于電纜長度，可得故障距離為：U1LxI1L（I1I2）U2I2或LxU1L（I1I2）U2式中：U1、I1為測試端到故障點的電壓降及電流；U2、I2為電纜全長對應的電壓降及電流；為電纜全長；Lx為電纜始端到故障點距離。A.3 截面法 測試設備要求最高輸出電壓：不低于3kV。短路電流：不低于100mA。預定位精度：±（3%·L）m，L為電纜全長。 測試原理。以5.2電壓降法計算測量首端到故障點的導體電阻，選取電纜導體截面標稱值，通過電阻直接計算故障距離。測試原理及接線如圖5-2（b）。截面法故障距離計算公式：U1 SLxI1式中：U1、I1為測試端到故障點的電壓降及電流；S為被測電纜導體截面積；為被測電纜導體材料電阻率。A.4 基于電壓降的電橋法 測試設備要求最高輸出電壓：不低于3kV。短路電流：不低于100mA。預定位精度：±（0.2%·L+1）m，L為電纜全長。

測試原理當遠端方便將兩相電纜導體短接時，可采用基于電壓降的電橋法，只需測試一次。如圖A.3所示。設備測量首端接故障相導體X，測量末端接非故障相導體M（絕緣良好相）。通過低阻短接線將故障相和非故障相導體短接；或利用銅排通過GIS地刀接線端將故障相和非故障相電纜導體短接。圖A.3基于電壓降的電橋法接線及原理示意圖工作時，K21斷開，測得U1、I1，計算故障相測試端到故障點的導體電阻；21閉合，KK斷開，K閉合，測得U2、I2，計算非故障相測試端經遠端短接線到故障點的導體電阻。電阻值正比于電纜長度，可得故障距離為：U1LxI12L（I1I2）U1U2I1I2或LxU12L（I1I2）U1U2式中：U1、I1為故障相導體測試端到故障點的電壓降及電流；U2、I2為非故障相導體測試端經遠端短接線到故障點的電壓降及電流；為電纜全長；Lx為測試端到故障點距離。A.5 低壓脈沖法 測試設備要求發(fā)射脈沖輸出電壓幅值：不低于30V。發(fā)射脈沖脈寬：50ns-10μs隨測量范圍自動變化，也可手動選擇。最大測量范圍：50km（v=160m/μs）。預定位精度：±(0.2%L+移動光標步長）m(v=160m/μs)。實時采樣率：不低于100MHz。 測試原理將電纜金屬套全線分相連通再按技術要求接地。被測電纜注入低壓脈沖信號，發(fā)射脈沖以恒定速度沿電纜傳播，遇到阻抗突變點，如短路、開路、中間接頭等等，脈沖產生反射，傳播到測試端，儀器記錄下發(fā)射脈沖與反射脈沖波形并自動計算二者之間的時間 Δt，Δt的一半乘以脈沖在電纜傳播的速度 （行波速度），計算出故障點距測試端的距離。測試時 TDR設備測量端接故障相導體，屏蔽端接金屬套（所測線路的金屬套首尾分相連通） ，測試低壓脈沖波形。原理如圖 A.4。圖A.4低壓脈沖法接線及測量示意圖1x t2式中 ：c行波速度， ；rc—光速，c=300m/μs；—材料的相對介電常數(shù)。A.6 直閃法（衰減法） 測試設備要求電源最高輸出電壓：不低于30kV。限流保護：有。TDR預定位精度：±(0.2%L+移動光標步長）m(v=160m/μs)。d) TDR實時采樣頻率：不低于 100MHz。TDR最大測量范圍：50km（v=160m/μs）。 測試原理直閃法（衰減法）只能測試閃絡性故障， 一般用于測量高殘壓的閃絡性擊穿故障， 即故障點電阻極高，脈沖電壓下很難擊穿的故障。一些故障點經幾次閃絡放電后， 故障點電阻下降，不能再用直閃法測試。在電纜故障相導體與金屬套之間施加直流高壓， 使故障點擊穿。故障點擊穿產生的電壓、 電流行波，在測量端與故障點之間來回反射， 并在測量端產生電流行波信號， 使用線性電流耦合器獲取該電流行波信號，并用儀器采集、記錄下來，通過測量擊穿脈沖在測試端與故障點之間時間差 Δt，根據(jù)公式x1A.5。tv，可得出故障點距測試端的距離。測試及接線原理如圖2T1—自耦調壓器； T2—升壓變壓器； R—限流電阻； D—高壓整流硅堆；C—高壓脈沖電容器； LH—線性電流耦合器； G—放電裝置（處于閉合狀態(tài)） ；TDR—脈沖電流采集器圖A.5直閃法接線及測試原理示意圖A.7 沖閃法（脈沖電流法） 測試設備要求電源最高輸出電壓：不低于30kV。限流保護：有。電源最大脈沖能量：不低于1800J。TDR預定位精度：±(0.2%L+移動光標步長）m(v=160m/μs)。e) TDR實時采樣頻率：不低于 100MHz。f) TDR最大測量范圍： 50km（v=160m/μs）。 測試原理沖閃法（脈沖電流法）一般用于高阻故障和能形成擊穿的閃絡性故障。 在電纜故障相導體與金屬套之間施加脈沖高壓， 使故障點擊穿。 故障點擊穿產生的電流行波， 在測量端與故障點之間來回反射， 使用線性電流耦合器獲取該電流行波信號， 并用儀器采集、記錄下來，通過測量擊穿脈沖在測量端與故障點之間時間差t，根據(jù)公式x1tv，可得出測試端到故障點的距離，如圖A.6。2圖A.6沖閃法接線及測試原理示意圖A.8 二次脈沖法/多次脈沖法/穩(wěn)定電弧法 測試設備要求電源最高輸出電壓：不低于30kV。限流保護：有。電源最大脈沖能量：不低于1800J。TDR預定位精度：±(0.2%L+移動光標步長）m(V=160m/μ。s)e) TDR實時采樣頻率：不低于 100MHz。TDR最大測量范圍：50km（V=160m/μ）s。 測試原理故障定位電源給高阻或閃絡性故障施加脈沖高壓， 使故障點燃弧放電，此時故障性質變成低阻短路。在燃弧同時，通過耦合器向故障電纜注入低壓脈沖信號， 記錄故障點低阻反射脈沖信號。 在故障電弧熄滅后，再次記錄低壓脈沖反射波形 （無放電時的波形），將2個波形重疊比較，在故障點處有明顯分叉，軟件自動計算波形分叉點到測試端時間Δt，根據(jù)公式x1tv，可得出故障點距測試端的距離。2利用兩次波形比較，故障點容易判別。二次脈沖法、多次脈沖法和穩(wěn)定電弧法的區(qū)別在于其燃弧時間的原理不同。

如圖

A.7為穩(wěn)定電弧法的原理示意圖。AD—穩(wěn)弧延弧裝置； CP—脈沖耦合裝置圖A.7穩(wěn)定電弧法接線及原理示意圖A.9 燒弧降阻法 測試設備要求最高輸出電壓：不低于60kV。短路電流：不低于500mA。c) 最大輸出功率：不低于

600W。

測試原理當故障點殘壓（擊穿電壓）高于電纜故障定位電源的最高輸出電壓時， 需要更高電壓的電源設備進行燒弧降阻。燒穿電源采用高、低壓關聯(lián)輸出，高壓輸出起到點火作用，擊穿故障點，以形成電流通路，開始燃弧，故障點發(fā)熱并逐漸形成碳化通道，故障點殘壓逐漸降低； 當殘壓降低到低壓輸出的電壓值時， 低壓大電流輸出回路開始工作，快速將故障電阻燒成低阻，如圖 A.8。圖A.8燃弧降阻法接線示意圖A.10電橋法測護層故障 測試設備要求最高輸出電壓：不低于10kV。短路電流：不低于10mA。預定位精度：±（0.2%·L+1）m，L為該段電纜長度。 測試原理采用電橋法預定位護層故障的原理與主絕緣故障定位類似。 被測電纜和輔助電纜的導體線芯均接地，設備測量首端接故障相金屬套， 測量末端接非故障相金屬套（護層絕緣良好相）， 故障相與非故障相金屬套的末端用低阻短接線短接，如圖 9所示。圖A.9電橋法護層故障預定位接線原理示意圖同理，故障點到測試端的距離為：r1Lx 2L 2L P‰r1 r2式中：為電纜全長；‰為電橋平衡時千分度盤讀數(shù)；??為故障點工程到測試端距離。??注意：對于同溝多回路電纜， 該方法同樣會受到臨近回路運行電纜感應電壓干擾，不易平衡，甚至無法定位。A.11電壓降法測護層故障 測試設備要求最高輸出電壓：不低于5kV。短路電流：不低于100mA。預定位精度：±（0.2%·L+1）m，L為該段電纜長度。 測試原理與電橋法相比，電壓降法可以避免工頻感應電壓的干擾。被測電纜和輔助電纜的導體線芯均接地，設備測量首端接故障相金屬套 X，測量末端接非故障相金屬套 M（護層絕緣良好相），故障相與非故障相金屬套的末端（Y和N）用低阻短接線短接。工作時，K閉合，K打開，測得U1、I1；K打開，K2121閉合，測得U2、I2，如圖10所示。圖A.10基于電壓降法的電橋法護層故障預定位接線原理示意圖根據(jù)電纜長度與金屬套電阻成正比，可得故障距離為：U1LxI12L（I1I2）U1U2I1I2或LxU12L（I1I2）U1U2儀器自動根據(jù)電壓、電流計算并顯示故障距離百分比和故障點距離測試端距離。附錄.B（資料性附錄）故障精確定位方法B.1

聲磁同步法

測試設備要求聲磁信號時間差精度：

0.1ms。

測試原理采用電纜故障定位電源對故障相施加高壓脈沖， 使故障點放電而產生聲音信號與磁場信號。 沿電纜路徑使用定點儀以接收磁場信號為基準， 同步接收并記錄故障點放電產生的聲音信號， 測出兩者之間的時間差，時間差最小點即為故障點位置，如圖 B.1。圖B.1 聲磁同步法故障定點試驗示意圖B.2 跨步電壓法 測試設備要求測量靈敏度： 0.10μV未(放大)；0.30μV（放大）。

測試原理在金屬套和大地間注入脈動電流，當金屬套對大地產生泄漏時，會在地面上故障點周圍產生漏斗狀電位分布。沿電纜路徑用電位差計可測得信號的幅度和方向，在故障點前后，電位差計指針所指的方向相反，當電位差計剛好跨在故障點兩側，電位差計指示值幾乎為零，找到電纜的故障點，實現(xiàn)精確定位。由于測量的是地面兩點間的電位差，通常稱跨步電壓。加大脈動電流信號可有效提高電位差計的抗干擾性能?？绮诫妷悍ü收隙c試驗示意如圖B.2。圖B.2跨步電壓法故障定點試驗示意圖B.3 磁場法(音頻法) 測試設備要求定點精度：電纜敷設深度的 50%。 測試原理通過電纜故障定位電源對故障電纜施加脈沖信號，攜定點儀器沿電纜路徑正上方移動，在擊穿點前，由于來回電流大小相同，方向相反，溢出的磁場很小；至擊穿點，為電流的折返點，有徑向大電流，產生放射狀磁場，磁場信號增大，跨過擊穿點，信號明顯減小。而在臨近電纜的平行線上，沿電纜路徑巡測時，磁場信號幅值較小，數(shù)值變化不明顯，如圖 B.3。圖B.3被測電纜及臨近電纜的磁場分布B.4 溫升法 測試設備要求溫度測量分辨力：0.1℃溫度測量范圍：0-120℃

測試原理對電纜故障相施加較大電流，的地方，則可能是電纜故障點。使用。如圖B.4所示

令故障點發(fā)熱，采用紅外熱像儀查找故障電纜表面溫度高于其他區(qū)域該方法須排除由于其他原因引起的溫升， 并且在電纜可見的情況下才能IR-紅外熱成像儀圖B.4 溫升法確定可見電纜故障點示意圖附錄.C（資料性附錄）典型故障波形C.1 低壓脈沖法典型測試波形（a）完好電纜終端開路波形（b）并聯(lián)故障中間低阻波形（c）并聯(lián)故障中間短路波形（d）開路故障中間低阻波形（e）開路故障中間開路（f）中間接頭圖C.1低壓脈沖法典型測試波形C.2 直閃法典型測試波形圖C.2直閃法脈沖電流波形C.3 沖閃法典型測試波形（a）沖閃法脈沖電流波形（b）故障點未擊穿脈沖電流波形 （c）長放電延時脈沖電流波形（d）脈沖電流波形（設置采樣延時）

（e）短電纜脈沖電流波形圖C.3沖閃法脈沖電流波形圖C.3（a）沖閃法脈沖電流波形，第一