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弧反射法

(二次脈沖法)在電纜故障定位中的應(yīng)用的工作原理:首先使用一定電壓等級、一定能量的高壓脈沖在電纜的測試端施加給故障電纜,讓電纜的高阻故障點發(fā)生擊穿燃弧。同時,在測試端加入測量用的低壓脈沖,測量脈沖到達電纜的高阻故障點時,遇到電弧,在電弧的表面發(fā)生反射。由于燃弧時,高阻故障變成了瞬間的短路故障,低壓測量脈沖將發(fā)生明顯的阻抗特征變化,使得閃絡(luò)測量的波形變?yōu)榈蛪好}沖短路波形,使得波形判別特別簡單清晰。這就是我們稱之為的"二次脈沖法"。接收到的低壓脈沖反射波形相當于一個線芯對地完全短路的波形。將釋放高壓脈沖時與未釋放高壓脈沖時所得到的低壓脈沖波形進行疊加,2個波形會有一個發(fā)散點,這發(fā)散點就是故障點的反射波形點。這種方法把低壓脈沖法和高壓閃絡(luò)技術(shù)結(jié)合在一起,使測試人員更容易判斷出故障點的位置。與傳統(tǒng)的測試方法相比,二次脈沖法的先進之處,是將沖擊高壓閃絡(luò)法中的復(fù)雜波形簡化為最簡單的低壓脈沖短路故障波形,所以判讀極為簡單,可準確標定故障距離。

三次脈沖法

采用雙沖擊方法延長燃弧時間并穩(wěn)弧,能夠輕易地定位高阻故障和閃絡(luò)性故障。三次脈沖法技術(shù)先進,操作簡單,波形清晰,定位快速準確,已經(jīng)成為高阻故障和閃絡(luò)性故障的主流定位方法。三次脈沖法是二次脈沖法的升級,其方法是首先在不擊穿被測電纜故障點的情況下,測得低壓脈沖的反射波形,緊接著用高壓脈沖擊穿電纜的故障點產(chǎn)生電弧,在電弧電壓降到一定值時觸發(fā)中壓脈沖來穩(wěn)定和延長電弧時間,之后再發(fā)出低壓脈沖,從而得到故障點的反射波形,兩條波形疊加后同樣可以發(fā)現(xiàn)發(fā)散點就是故障點對應(yīng)的位置。由于采用了中壓脈沖來穩(wěn)定和延長電弧時間,它比二次脈沖法更容易得到故障點波形。相對于二次脈沖法由于三次脈沖法不用選擇燃弧的同步時長,操作起來也跟加簡便。

直埋電纜

在地下直埋電纜和地下住宅配電(URD)系統(tǒng)中探測故障是一件非常費時的事,并且會對用戶引起十分不便的停電,某些技術(shù)還可能會損壞電纜。而對一些技術(shù)要求高的設(shè)備,其操作較為復(fù)雜,只有受過嚴格培訓(xùn)的操作人員才能使用,這給這類技術(shù)設(shè)備的推廣應(yīng)用帶來了許多不便。因此,選擇合適的技術(shù),部分地取決于故障探測器的設(shè)計人員了解的電纜系統(tǒng)設(shè)計的知識,也部分地取決于設(shè)備和操作人員對這方面的專業(yè)技術(shù)知識的了解。有了合適的設(shè)備和在現(xiàn)場工作的專業(yè)技術(shù),是快速有效地探測故障的第一步。

錘擊(脈沖)法

許多電力公司采用錘擊(脈沖)法。這種技術(shù)在一個簡單的電纜系統(tǒng)中探測高阻故障是最有效的。錘擊法包括采用一個脈沖或沖擊電壓來沖擊停電的電纜,當一個有效的高壓脈沖擊中故障區(qū)域時,故障點就閃絡(luò),并產(chǎn)生一個操作人員可聽見的沿電纜表面?zhèn)鬏數(shù)腻N擊聲。但探測電纜故障往往需要幾次錘擊,多次重復(fù)沖擊可能會損壞電纜。

不過據(jù)美國西雅圖市照明公司負責(zé)電氣安裝和維修的治理人員 Dennis Minier說,由于這種方法簡便易行,因此他們一直采用錘擊法來探測電纜故障。

時域反射測量法

(TDR)是一種在電纜結(jié)構(gòu)上通過改變所產(chǎn)生的脈沖反射來顯示的低壓電弧反射技術(shù)。這種脈沖反射是記錄在TDR的屏幕上,并且同特性圖形(在故障前進行和記錄的特性圖形)相比較,或者與同一條電纜線路上的健全相所作出的特性圖形相比較。故障點的距離是由圖形散射點來確定的。TDR法是探測低阻故障最有效的方法之一。問題是TDR的圖形分析需要經(jīng)培訓(xùn)過的和有經(jīng)驗的操作員來進行分析操作。

高阻故障和復(fù)雜的系統(tǒng),就要求設(shè)備具有更高的能量等級。高壓電弧反射的一些方法,例如數(shù)字式電弧反射法和差異電弧反射法,均要求非凡的設(shè)備和經(jīng)嚴格培訓(xùn)過的操作員操作。

電弧反射法

由于電弧反射法十分復(fù)雜,使得錘擊法仍然是最通用的應(yīng)用技術(shù)。這種技術(shù)比較簡單,無需非凡的儀器,也不要求熟練的分析人員。而新儀器具有多功能性,用于錘擊法可以使電纜的潛在損壞減少到最小。

在電纜上使用脈沖的時間盡量短,且能提高故障探測效率,是許多電力公司共同追求的目標。在地下直埋電纜和簡單的地下住宅配電系統(tǒng)中,有兩種裝置可以達到以上兩個目標。

快速故障探測器

一種裝置是由美國加州帕洛阿爾托市的美國電力研究協(xié)會開發(fā)的,叫做快速故障探測器(FFF)。這種FFF可探測回路斷電之前,當電纜第一次燃弧時由故障發(fā)射出的波形,而被捕捉的波形,經(jīng)處理儲存在FFF監(jiān)視器中,而監(jiān)視器是連接在URD系統(tǒng)中通常的斷開點。這種裝置有兩個傳感器,以便監(jiān)視一個回路兩半邊的暫態(tài)故障。當故障發(fā)生時,兩個暫態(tài)峰值之間的時間間隔給出了到故障點的距離。FFF能自動地工作,并且無需嚴格培訓(xùn)的操作人員。這種廉價的裝置,完全可以安裝在URD回路中,作為永久性的監(jiān)測儀器,以探查所發(fā)生的故障。或者說在故障發(fā)生之后,該裝置可以作為探測工具使用。由于該裝置在故障之后采用電纜額定值或低于額定值的電壓脈沖進行一次性的沖擊,而且放電只進行一次,因此對電纜損壞的機會最小。

每一單相的開式輻射形或環(huán)形回路,僅需要一臺FFF,而3相系統(tǒng)則每相均需安裝一臺裝置,通過RS-232接口可把故障位置信息發(fā)送到電力公司總部快速響應(yīng)的遙控通信計算機中心。

第一響應(yīng)

另一種裝置叫做第一響應(yīng)(First Response)裝置,是一種電池供電的錘擊物高壓耦合器同一種單錘擊來組成隔離變壓器之間故障電纜段的電纜雷達系統(tǒng),并能測量到故障點的距離。該裝置采用數(shù)字式電弧反射技術(shù),探測時需要高能量的濾波器。在復(fù)雜系統(tǒng)中的高阻故障,常產(chǎn)生干擾信號,這些信號通過一些接頭和星形連接的分接頭,干擾探測,因此需要更高的能量來快速而準確地查明故障。專用的送電線路和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),通常設(shè)有人孔和管道,而這些人孔和管道可能積聚大量的水,因而在城市和工業(yè)區(qū)里,這些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)往往產(chǎn)生許多由水導(dǎo)致的電纜故障。由于水的特性象緣絕體,因此探測水故障是很困難的,也就是說要探測到閃絡(luò)的準確故障點是困難的。為了探測閃絡(luò),其電壓能級或脈沖發(fā)生器的電容必須提高到能引起擊穿為止。要查明紙絕緣的鉛包電纜(PILC)和擠壓絕緣電纜的水故障,使其引起閃絡(luò)的能級就需要高達5400J,這比探測URN故障所需能量高好幾倍。這就相應(yīng)地要求裝設(shè)濾波器以便有效地保護儀器和操作人員免受來自高壓的危險。

位于美國馬里蘭州中部的巴爾的摩市煤氣和電力公司(BGE),正在應(yīng)用一種由AVO公司制造的先進的故障/電纜分析系統(tǒng)——Biddle DART-6000,獲得了十分顯著的成效。該裝置可應(yīng)用于許多種類型電纜中,能十分有效地提高故障探測效率,并可使沖擊時間最短。

BGE公司自1963年以來,已應(yīng)用了雷達技術(shù)。對直線電纜的低阻故障、斷線故障及短路故障和許多干紙/鉛包電纜故障,采用TDR法均能清楚地探明故障點。但是,TDR法有某些固有的限制,并且不能始終作為單獨的儀器和方法來探測擠壓絕緣電纜的高阻故障,及紙絕緣鉛包電纜的高阻水故障。另外,在探測多種星形連接的饋電線和充油輸電電纜的一些故障時,TDR的操作員也面臨著一些難以判定的問題。

早期的電弧反射技術(shù),由于對電離故障僅要求低能脈沖,因此反射技術(shù)似乎符合探測URD系統(tǒng)的高阻擠壓電纜故障的要求。但是,當故障特性表明需要更高能級來擊穿故障時,就必須有一種更大和更好的濾波器,以保護儀器和操作員免遭高壓的危險。

Biddle DART-6000采用計算機分析數(shù)據(jù),用雷達探測,可適用常規(guī)的TDR法、電弧反射法、沖擊法(電流沖擊)和衰減法(電壓沖擊)等探測方法。差異電弧反射技術(shù)是由AVO公司的首席科學(xué)家JP Steiner提出的,用來幫助操作員作出判定。DART技術(shù)通過沖擊前和沖擊時,凍結(jié)TDR的一些軌跡(圖形)來提高標準的電弧反射法的探測能力。這一技術(shù)排除了那些無關(guān)的和干擾的反射,僅留下由故障引起的TDR反射。這種探測方法可應(yīng)用于探測復(fù)雜系統(tǒng),并且簡化了TDR的信號判定過程。

DART-6000系統(tǒng)配有大功率濾波器,可承受3000000J/h的沖擊,完全能與大型脈沖發(fā)生器相匹配。該設(shè)備答應(yīng)把高達1000A的電流輸送到故障點。Biddle濾波器對BGE公司所用脈沖發(fā)生器(錘擊器)無非凡限制。因此該設(shè)備為使用者提供了在探測各種電纜故障狀態(tài)時,僅需一臺設(shè)備就能完成多種工作的可能性。

自DART-6000投入市場以來,逐漸顯出它的優(yōu)越性能。在探測地埋擠壓絕緣電纜故障時,其成功率高達99.5。在探測其他電纜系統(tǒng)的故障時,例如電網(wǎng)饋電線、配電饋電線、PILC故障和某些水故障方面,其探測成功率也達70以上。DART-6000與BGE公司制造的20kV/30-Mfd、40kV/12-Mfd及25kV/12-Mfd的錘擊器(脈沖發(fā)生器)相結(jié)合的探測設(shè)備,相繼投入了市場,獲得了較高的市場占有率。