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二次脉冲法查寻电缆故障在宝钢的应用 热 ★★★ 二次脉冲法查寻电缆故障在宝钢的应用
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二次脉冲法查寻电缆故障在宝钢的应用 宝钢股份公司设备部 王彦伟
[摘要] 文章对电缆故障的类型、二次脉冲法的测量原理以及主要试验设备（脉冲反射测试装置IRG 90、浪涌电压发生器SSG
1100/19〞、声频接收器UL7）进行了介绍，并列举了使用二次脉冲法粗测故障点、利用声磁同步法精确定点的实例。
[关键词] 二次脉冲法 声磁同步法 精确定点 1. 概述
随着国民经济的高速发展，交联塑料电缆在全国的工矿企事业单位以及公用事业中得到广泛的应用。
由于供电安全和城市建设的需要，目前大部分电缆均采用直埋式敷设。这种敷设方式的优点显而易见，但一旦发生故障，
很难快速的寻测出故障点的确切位置，不能及时恢复送电，将给生产带来巨大的损失，也给人民生活带来不便。
宝钢供电系统有交联塑料电力电缆上千公里，因电缆故障导致的停电也给生产带来过巨大的损失。因此，当电力电缆发生故障时，
如何迅速、准确地判定故障性质和位置，及时排除故障是多年来困扰宝钢供电部门的主要问题之一。
本文对宝钢常见的电缆故障性质进行了分析，列举了电力电缆故障发生的原因，重点介绍了二次脉冲法查寻电缆故障的测试设备及在实际中的应用。 电力电缆的故障性质分析
电力电缆的故障一般可分为低阻故障和高阻故障两大类。电缆故障点的直流电阻小于电缆特性阻抗的故障为低阻故障，反之则为高阻故障。
低阻故障一般为直流电阻为零的完全短路故障和直流电阻不为零但小于
电缆特性阻抗的故障。
高阻故障一般为直流电阻大于电缆特性阻抗的故障，主要有以下两种情况：
1.
高阻泄漏：在做电缆高压试验时，泄漏电流会随试验电压的增加而增加，当试验电压升到额定值时，
泄漏电流超过允许值，称为高阻泄漏故障。
2.
闪络型故障：当试验电压升到某一值时，电缆泄漏电流突然升高，并且测量表针呈规律性摆动，电压稍下降时，
此现象消失，但电缆绝缘仍有极高的阻值，表明电缆存在故障，但该故障点没有形成电阻通道，
只有放电间隙或闪络表面的故障称为闪络性故障。
电力电缆发生故障的原因很多，在宝钢常见有以下几种主要原因： 1.
机械损伤：很多故障是由于电缆安装时不小心造成的机械损伤或靠近电缆施工造成的机械损伤而直接引起的，
有时如果损伤不严重，要几个月甚至几年才会导致损伤部位彻底击穿形成故障。
化学腐蚀：电缆路径在有酸碱作业的地区通过，这些往往会造成电缆的铠装和铅皮被腐蚀。
地面下沉：当电缆穿越公路、铁路时，由于地面的下沉而造成电缆垂直受力变形，
导致电缆铠装、铅皮破坏而造成各种类型的故障。
长期过荷运行：由于过荷运行，电缆的温度会随之上升，尤其在炎热的夏季，
电缆的稳升常常导致电缆薄弱处首先被击穿，在夏季，电缆的故障也就特别多。
接头不合格：不合格的电缆接头和不按要求敷设电缆往往是形成电缆故障的主要原因，
在潮湿的气候条件下做接头，会使接头的封装物混入水蒸汽而耐不住电压，往往形成闪络性故障。
当电缆发生故障后，首先应判定电缆的故障性质，将电缆脱离供电系统后，用兆欧表测量每相对地绝缘电阻，
如果绝缘电阻为零，可用万用表或电桥进行测量，以判断是高阻还是低阻故障，然后测量相间绝缘电阻，判断是否存在相间短路，
有了准确的故障性质判定结论后，便可选择合适的探测仪器和确定寻测方法。常用的方法有：电桥法、二次脉冲法、压降法等，下面主要对二次脉冲法进行介绍。
1. 二次脉冲法测试原理及主要测试设备 1. 测量原理（如图1）
图1
浪涌电压发生器SSG传输一个高电压脉冲到故障电缆的芯线，高电压脉冲在故障点燃弧，高电阻电缆故障在瞬时内
被烧成低电阻状态。IRG90通过触发时间延迟发出一个传输脉冲，此脉冲在故障点处由于阻抗的变化而被反射。
二次脉冲法可用于查寻高阻故障、间歇性故障、击穿故障。其所需主要设备有：
脉冲反射测试装置IRG90（回波仪）、浪涌电压发生器SSG
1100/19〞、SA32为连接IRG90与SSG的接口。 脉冲反射测试装置IRG90 · 技术参数 传输脉冲电平：60V。
传输脉冲宽度：100ns-8000ns。
测量量程范围：200m、400m、800m、1.6km、3.2km等。 回波仪采样率：100MHZ。
回波仪精度：0.8m在V/2＝80 m/us。 脉冲传播速度：30 m/us～150 m/us。
· 二次脉冲法的设置、测量及波形分析 a. 选择二次脉冲法测量模式。
进行回波图参数的设置，包括设定波速度（一般设置为165m/us）、电缆的长度即量程范围、
高压脉冲SSG和IRG90的传输触发时间的触发延时（电缆越长，设定的延时时间也越长，一般1km/1ms）。 触发浪涌发生器SSG高压脉冲，得到如下回波图（图2、图3），通过游标的测量得到故障点的位置。
图2
在图2中，所显示的1代表传输脉冲，2代表从测量线到被检测电缆端头的阻抗变化，3代表电缆末端开路的正反射。
在图3中，无故障的正常波形与故障波形同时显示，给判断带来了极大的方便。图3中4代表电缆故障点处的负反射。通过游动游标，
可以确定电缆的总长度及故障点的位置。对采样到的回波图可以通过打印机进行屏幕的打印或者使用软盘进行波形的保存，便于对资料的归档和数据的积累。
图3
3. 浪涌电压发生器SSG 1100/19〞 原理图如图4：
图4
高电压回路主要由4个高压源产生，4个并联产生8kV，2个并联、2个串联产生16kV，4个串联产生32kV。
每个等级的电压均连续可调，用作直流发生器时对应8kV、16kV、32kV电流连续输出160mA、80mA、40mA。
通过高压量程转换开关来选择合适的量程范围。每一个发生器都包含有一个变压器（此变压器被设计为高漏抗的变压器，用来保护装置与主电源免受过大电流）、一个高压整流器、一个电抗线圈和一个冲击电容器。
冲击放电间隙通过一个同步马达将装置产生的电荷加给电缆。SSG
1100/19〞可以产生每分钟10次或20次脉冲，另外也可以选择单次脉冲释放或作为直流源使用。
脉冲能量的计算使用如下公式：W＝U2C/2，W为储存的能量（J），C为电容器的电容量（F），U为外加电压值（V），8kV时能量为1100J，
同时由公式可以看出，脉冲能量的大小与施加电压的平方成正比。 UL7声频接收器
故障精确定点装置UL7与浪涌电压发生器SSG结合使用，由SSG发出信号，UL7通过不同的传感器对声音和磁场信号
分别进行接收。磁场感应器IP8接收磁场信号，地面接收器BM8接收声音信号其灵敏度为1uV，增益大于100dB且可调。磁场信号由指针表指示，
声音信号通过耳机监听。由于现场噪声很大，UL7有内置的可调滤波器，可有效减轻环境噪声的影响。只有同时接收到磁场信号和声音信号时，才能确定是电缆的故障点发生的闪络。
4. 二次脉冲法应用实例及总结 1. 应用实例
1999年1月23日，能源部西区变Tr-4#变压器塔电缆发生三相短路接地故障，绝缘电阻R相0 MW ，S相0.6MW ，T相1MW
，用二次脉冲法粗测，故障点在距西区变210米处，用声磁同步法进行定点，经反复测试,粗测点处磁场信号与声音信号
均很明显,确定了故障点位置，开挖后发现一电缆头，外皮未破，剖开后发现电缆头进水受潮，三相短路绝缘击穿。
1999年2月4日，能源部轧板变板2－新果园变电缆跳电，现场测试后发现T相绝缘电阻为零，属于单相接地故障，
电缆总长2900米，用二次脉冲法进行粗测，回波图显示在距轧板变1300米处，有一明显负反射，粗测此处是电缆接地故障点,
到现场发现1300米左右的电缆路径上曾打入一根铁桩,挖开后发现铁桩将T相主绝缘损坏,电缆运行一段时间后,发生对地短路导致跳电。
1999年11月15日73BE/R到86AE/R联络电缆进行0.1HZ试验时，介损数据均符合标准，在6根电缆同时进行耐压时，
电压升至26KV，在进行了45分钟49秒时高压跳闸并显示电缆在-32.7KV时击穿，电缆在86AE/R的一头有火花和放电声。
经检查电缆两端绝缘距离均符合要求，在使用2500V摇表对每一根电缆测试绝缘电阻时，均
在100000
MΩ以上。重新进行耐压试验，结果在10.2KV时2秒钟就击穿了。于是，使用10000V摇表重新测试绝缘电阻，
发现S相内档的电缆在电压升至5200V时绝缘突然下降到零，然后又缓慢恢复，达到5200V时，又降为零，而其他相电缆绝缘均好，
确定S相内档电缆击穿。由于在电缆的另一头有火花和放电声，因此怀疑电缆另一头接头处击穿，使用二次脉冲法粗测故障，
却没有发现典型的负反射故障波形。升高电压测试，也无典型波形出现。其中有一个波形显示故障在160米处。由于电缆在槽架中，
便于听出声音，于是进行冲闪放电，派两批人在电缆沟中听声音，结果160米处未发现异常，在多次冲闪后，
在距73B电气室约10米处听到放电声，并有火花放出，查找出故障位置。分析没有典型波形的原因是故障位置发生二次脉冲法的盲区中，
无法辨识出故障的位置所在。应在电缆的另一端进行测量。
2000年3月4日，在能源部炼铁变进行电缆的0.1HZ低频介损试验，R、S、T三相的tgd
在9kV、18kV及2Uo与1Uo的差值均超出正常值的范围。对其进行耐压试验，在进行到18分18秒时，显示电缆击穿。
使用10000V摇表测试绝缘电阻，R、S正常，T相绝缘仅有20KΩ，确定T相电缆击穿。使用二次脉冲法进行粗测，
由回波图上可以看出明显的负反射（故障点）位置在距15＃原料E/R
50米处。在8kV进行冲闪放电，电缆沿线均有声音。使用声磁同步法在现场查寻，沿仪器指示方向，
在粗测故障点附近发现一电缆井，有明显声音传出。打开井盖确认故障点就在此处。 使用总结
·
使用二次脉冲法粗测，波形不明显。此时，可以听出球隙放电的声音不清脆，应该用浪涌法进行多次充放电，
一般为5～10分钟，在听到放电声清脆后，立即使用二次脉冲法，此时的波形一般较为典型，如还未出现典型波形，可重复几次。
·
测出典型的回波图后，使用游标测量故障点〔下降沿〕距离，一定要以起始点为零点，这样测量误差为±δ％。
如使用两个游标，测出故障点〔下降沿〕到电缆另一终端头〔上升沿〕的绝对距离，此种测量误差为±2δ％，使精确定点工作量加大，给精确定点带来困难。
·
在精确定点时，要充分利用各种试验设备与身体感官。使用声磁同步法时，要在粗测点的±δ％范围内反复进行查找。
侦听耳机中声音，要仔细分辨故障点处声音与金属屏蔽层上传输声音的差别，积累经验。 ·
在放电精确定点时，电缆车应该停在距故障点近的一端，这样能量沿电缆衰减较小，便于声磁同步法的定点，快速查出故障点。
4. 结束语
宝钢96年引进该设备至今，在现场进行了很多次的应用，效果明显，其性能优于国内的同类产品。
但这套故障检测装置也有其缺点所在，对有些电缆故障无法查寻或效果很差。由于这套装置价格昂贵，目前国内使用者较少。
而且该装置已经更新换代，功能更为强大、测试更加精确。写这篇文章的目的有两个，一是与国内搞电缆方面的专家和有经验的同行们交流，
共同提高我们在工作中的水平；二是呼吁国内的大专院校、科研院所尽快研制出查寻电缆故障的多功能、高精度的产品，
赶上和超过国外的水平，树立我们自己的民族品牌。
[VIP专享]二次脉冲法查寻电缆故障在宝钢的应用
