论超高压电力线路故障检测方法与实际应用情况Word格式文档下载.docx
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目录
前言
1绪论
1.1电力电缆在电力系统中的地位及应用情况
1.2电力电缆的故障分析与故障定位研究的意义
1.3电力电缆故障检测研究现状
1.4国内外研究现状
1.4.1现有的电缆离线测距方法
1.4.2在线测距方法的研究现状
1.5研究内容
2电力电缆故障测寻的基本原理和方法
2.1故障测寻步骤
2.2110kV电缆故障现场预定位方法
2.2.1二次脉冲法
2.2.2脉冲电流法
2.2.3弧发射法
2.3110kV电缆故障现场精确定位方法
2.3.1声磁同步法
2.3.2音频感应法
2.3.3裸露电缆故障的特殊定点方法
3110kV电缆故障测寻的影响因素分析
3.1高压电缆常见故障部位分析
3.1.1绝缘问题
3.1.2附件问题
3.1.3电缆外护层问题
3.1.4电力电缆外护套故障测寻技术
3.2高压电缆的电气等效结构
3.3高压电缆线路典型敷设方式和护套接线方式
3.3.1高压电缆线路典型敷设方式
3.3.2高压电缆线路护套接线方式
3.4电缆外层护套的功能以及对故障检测时的影响
4结论与展望
参考文献
致谢
1.1电力电缆在电力系统中的地位及应用情况
从电荷刚开始被发现一直到目前的电力系统被广泛的使用为止，在全世界范围内，电力电缆正在逐渐在电力领域得到应用与发展。
刚开始时，由于技术条件的有限从而会限制电力的传送方法，以至于电能不能很好的推广。
在一百年前左右已经出现了电缆，这才能够使得电力快速发展。
由于电缆可以埋藏到地下而且不对交通出行等产生阻碍，所以它本身的优势很大，此外不受气候变化的而影响、成本低，所以能够广泛的应用到当今的电力系统中。
通过科学家在电力电缆方面的几十年的深入研究之后，逐渐提高了电缆的电压供电级别，从刚开始的低压上升到目前的超高压阶段，就从我国目前正在研发的电缆来看，能够实现三十五千伏、六十三千伏、一百一十千伏以及五百千伏的级别。
由于电缆本身具有众多的优势，从而能够得到广泛的推广，因此目前对于电缆的需求逐渐上升，从2000年开始，存在于我国国内的电缆线大概有两百条，每年的电缆长度有
，需求量越来越多。
1.2电力电缆的故障分析与故障定位研究的意义
由于当前经济的不断进步，使得电力电缆广泛应用到农业生产当中，在用途上增加了能源传输的作用，但是电缆作为电网连接设备的核心器件。
我国越来越重视电缆的建立问题，由于国家对于电力到的需求不断扩大，从而增大了电力电缆的适用范围。
不过，因为制作电缆的生产工艺、电缆的质量、老化程度、安装运行环境和外力等因素，会时常出现电缆问题。
一旦出现电缆问题就会导致一大篇地区停电甚至发生生产故障，造成严重过的经济损失，甚至造成不良的社会影响。
但是当电缆出现故障时，由于电缆的设立环境比较隐蔽，大多都是埋藏在地下，定位故障位置较困难，能够准确定位故障的位置至关重要，这样不仅能够减少维修的时间，而且能够快速有效的解决电缆问题，从而在一定程度上降低由于停电而造成的经济损失。
所以目前科研人员主要从电缆事故的检测手段着手分析，怎样能够迅速的定位出现故障的位置，减少搜寻时间，降低经济损失，这是目前科学家的主要目标。
如今，在生活中的各个领域都出现有电力电缆方面，检查电力电缆故障手段也在逐年提高。
因为电缆发生故障的原因各种各样，我国的科学家将该故障进行分类处理分析，从而研制出能够检测多种故障的设备，不过对于电缆的所有故障问题仍然不能通过一台设备检测完成]。
目前用于检测故障的方法非常丰富，大概能够将其划分成阻抗法以及行波法两种。
前者的出现是在欧姆定律中研制出来的，用于的方向主要是检查线路的阻抗从而达到测距的目的。
而后者的原理是建立在波的传播理论上。
由于支持两种方式离线法和在线法，所以可以先判断系统是否需要离线然后进行检测。
前者测量方式是当今比较流行的，而在线检测主要还是处在理论方面的研究上，这几年刚开始应用到实际领域。
当今发展迅速的计算机网络技术能够跟有线检测结合起来使用从而完成自动检测；
而且应用上光电传感器从而能够通过光纤完成检测；
新兴起的GPS定位系统也能够很好的应用到故障检测上。
在实际故障检测时，当电力电缆出现故障问题之后处理的常用方法就是进行断电操作，使得电缆整体停电，因此该方法用的是离线的方式。
目前专门检测电缆故障问题采用的方法大多为电桥法以及行波法。
旧有的故障查询方式为电桥法，因为电桥法本身成本低、操作容易、原理不复杂。
不过这用检测方法需要全面了解电缆全段，在短接电阻方面具有很高的要求，因此目前只能把电桥法应用到那些技术相对不发达的公司。
从附加的电压级别来看，行波法主要有电压和高压两部分，该检测方法的原理常用的是低压脉冲法实现。
该测量方法开始兴起的时间是第二次世界大战之后，因为当时雷达比较发达，从而使人们联想到了低压脉冲法检测，测量故障位置的原理是通过反射脉冲以及发射脉冲之间的时间差来判断。
通过这种检测手段能够精确定位到故障出现的具体位置以及详细故障问题，比如断线还是短路等，不过对于高阻故障的检测尚有难度。
目前该检测手段已经相对超前了]。
在检测高阻故障时可以使用声测法原理来测量，该检测手段的原理为把脉冲电压加到故障电缆上，从而是出现故障的位置能够穿过绝缘层放电，该能量能够瞬时爆发，从而产生巨大的爆炸声。
因此我们可以用仪器来判断爆炸的具体地点，发现故障问题。
此外也能够通过声磁法来完成测量，该测量方法的测量原理是通过音频发射工具将信号传送到故障点，将该信号传送给放大器，信号经过放大之后发送到相关仪器以及耳机中，从而把仪器中指示出来的数据进行判断出现故障的地方。
另外也可以通过音频感应法以及声磁传播时间差法。
当今电磁波不断进步，从而在检测电力电缆方面又出现了行波检测技术，在全球来说，尤其是在小波理论的探索上，越来越成为当今研究的主要方向。
小波理论采用的方法是小波奇异点的方法来金策出故障出现的时间跟两次发送行波之间的时间差，做出计算得到故障的具体方位，实现检测故障的目的。
目前由于刚开始将小波理论应用到电力检测系统中，科学技术逐渐进步，尤其在处理数字信号方面，能够看出在故障检测领域小波仍有很好的应用优势[10-11]。
1.4国内外研究现状
1.4.1现有的电缆离线测距方法
在进行检测故障时包括的步骤有:
先判断故障的性质、粗估计故障位置、完成精确定位等。
从以上3个步骤来看，相对来说第一步比较简单，而且在该领域的研究也相对成熟，而对于研究人员来说最大的难题是第二步，本文主要从第二步入手展开分析。
在进行故障检测时能够用上的预定位方法多种多样，大致能够分成阻抗法跟行波法。
（1）阻抗法
阻抗法的原理为从电路单端以及多端电压、电流与阻抗之间的联系入手，推导出他们之间的方程式，得出方程的解，从而达到精确定位。
单相线路内部故障
把M当成测量端口，那么能够把阻抗列成
（2-1）
根据上图能够列出电压关系式
（3-1）
因为能够得到M端电流的故障分量跟故障点之间的以下式子
（3-2）
把上式代到上上式得到
（3-3）
把上式等式左右乘上
的共轭复数
能够得到
（3-4）
把上式等式左右的虚部取出，得到
（3-5）
一般把电桥法应用到阻抗检测中，分析其具体原理:
经典电桥的工作原理为把出现故障的电缆跟没出现故障的一端直接连接，把他们分别接到电桥的两端，电桥两端都有一个可以调节的电阻器，调节该电阻器从而达到电桥平衡。
根据相关的资料以及所用的电缆长度就能够知道故障的位置。
进行电缆粗估计时，对于低阻击穿用到的方法为低压电桥法，对于开路性质的故障采用的是电容的方法。
由于电桥测量本身具有操作简单，测试准确的优势。
不过也存在一定的缺点比如测量时需要采用完整的线芯当成电路回路，只能用较低范围的电压供电。
此外，该测量方法的适用范围狭窄，对于那些电阻较大、电桥电流较小的电路故障无法完成测量。
而且，在进行电桥法测量时需要提前制度电缆的具体长度，若该测量电缆的材料不相同或者横截面积不同的话，需要通过相应的计算。
如果电缆的故障是三相短路，那么就不能通过该方法进行测量。
（2）行波法
行波法的工作原理为对故障点跟测量点之间的行波传送的来回时间来判断故障发生的具体位置，在这种测量方法上出现的测距方法大概有低压脉冲、脉冲电压、二次脉冲以及脉冲电流等，下面分析具体的检测与原理:
1）脉冲电压法是从1970年左右兴起的处理高阻泄露以及闪络性问题的检测手段。
这种方法的工作原理是通过一定程度的直流或者脉冲高压把出现故障的电缆击穿，并测量放电电压脉冲到达测量端的时间跟到达故障点之间的时间差来计算故障的位置。
因为采用这种方法可以不需要击穿故障电路，仅仅需要把相应的故障点击穿得到瞬时的爆炸信号，因此刚测量方法用时较短且测量原理不复杂，不过仍存在些许不足:
（a）设备进行电压脉冲信号测量的方法是电容电阻的分压器来完成，跟高压电路容易产生电祸合，而且把电路加上高压信号，对于仪器来讲破坏的几率较大，不具有可靠性;
（b）采用脉冲电压法完成粗估计位置时，要求串接电阻或者电感来形成电压信号，从而不只是增加了接线以及波形的复杂程度，从另一方面上增加了电容放电的相关电压，从而增大了故障点的击穿难度;
（c）在进行分压器祸合时所产生的故障变化不明显，所以不容易得到结果。
2）脉冲电流法
脉冲电流法的定义为如果故障电缆被击穿，经过线性的电流祸合器从而能够得出相应的电流信号，而且通过测试该信号经过测量位置以及故障发生位置的时间差来计算故障的位置。
从而使得高压回路跟仪器之间形成了磁祸合，避免了因为串联电阻以及电感方面的作用，此外在接线方面较容易，从而能够很好的判断出脉冲电流的波形。
3）低压脉冲反射法
低压脉冲反射法的工作原理为：
第一步将脉冲电压信号加到故障电缆的测试位置，在记录入射电压跟反射电压之间的时间差，从而得出故障点的具体位置。
该方法具有的优势为方法简单、容易上手，如果电缆没有记录下本来的参数，通过一定的脉冲波形也能够判断出相应的位置。
对于电缆电路中存在的低阻以及开路故障问题通常采用的是低压脉冲法检测，它能够工作在测量电缆的总长度上，测量效果比较明显，但是对于高阻或者闪络性故障时不能用该方法。
针对该故障问题需要把故障点少穿，从而使得电阻降低，再用该方法完成测量。
此过程的第一步比较麻烦，而且对于操作人员的要求较高。
4）二次脉冲法
详细分析二次脉冲发得知其工作原理：
第一步将低压脉冲发射到故障电缆中，该低压范围为二十伏到一百六十伏之间，如果故障点的电阻比电缆波阻抗的五倍还多时，就能够把该故障点当成低压脉冲的短路点，这样就能够从接收到收到一个正常的波形信号。
第二步将高压脉冲加到故障电缆中，该高压脉冲达到的效果是能够使故障点产生闪络，紧接着将低压脉冲再加入，当故障点中的电弧没有熄灭的情况下，对于故障点来说，能够将其看成低压脉冲的正常电路，从而在接收端收到的波形是正常电路的波形，把第一次跟第二次收到的电压信号波形叠加之后，从而看到显著的发散点，该点即为故障点。
二次脉冲发具有测量准确、低压脉冲宽度可调节、以及对于电磁干扰有很好的屏蔽效果等优点。
不过仍存在着缺点，比如需要使用的仪器种类繁多，而且对于电阻的降低来说比较麻烦，如果该故障处进入水分，那么就会增加击穿的时间，从而使得检测速度变慢。
因为不能明确故障点保持一定电阻的时间长短，所以进行二次脉冲测量时操作难度较大而且不易成功。
在当今的实际操作过程中，都广泛采用了以上列出的几种测量故障位置的方法。
比如英格兰的
企业做出的电缆故障定位仪
、德国的
企业的仪器、奥地利
企业的
回波仪器、发达国家生产的部分故障定位设备以及
生产的电缆故障检测车等采用的大多为脉冲法，仅仅不同是在表面操作上。
在现场测量时，进行离线检测故障的方法完成中低压电缆的故障问题时，采用的测试方法大多为以上所列出的几种，都能够取得很好的效果，不过由于电缆的应用领域扩大，出现了这几个方面的问题:
（1）电缆只要出现故障问题是由于高阻问题的占到了百分之六十左右，但是对于电桥法以及低压脉冲法等仅仅针对于低阻故障，而对于高压闪络法也只能通过击穿故障点，不能处理高阻故障。
（2）在进行测试时，用到的高压测试信号不利于人身安全，因此会伤害到测量人员以及工作人员，对于电缆也没有好处。
（3）对于那些远距离传输线路来说所采用的电缆大多是三相金属护套相互连接的方法，从而电桥法不能用于该线路测量，高压闪络法以及二次脉冲法、低压脉冲法在传输过程中会由于行波的不断折射反射不能完成检测。
即使能够通过解开交叉点然后进行测量，不过操作起来太麻烦，安全性能也不高。
（4）高压闪络法以及二次脉冲法、低压脉冲法在测量上都是通过单端行波的方法，所以在近区盲区都有些许不足。
（5）传统检测电缆故障的手段需要工作人员具备一定的工作经验，所以对于人员的要求比较高。
由于这些问题的存在，如今越来越多的科学家逐渐将研究的重点转移到在线测量手段上。
1.4.2在线测距方法的研究现状
从在线测距的原理出发来分析，它主要是收集电缆的电压信号电流信号以及温度信号等，经过某些运算干洗得到浪涌信号、故障方程以及温度信号从而得到有关于故障的位置信息。
目前已经具备的在线测距技术主要有:
（1）基于光电传感技术的双端在线测距法
双端在线测距的原理是根据B型行波预定位理论来实现的，主要是能够精确的检测出故障点在行波来回往返之间的时间差并根据已知数据推测行波波速。
这里面，时间差测得的准确性主要由波头时刻的准确位置以及时间记录准确性决定。
我国东边小国家的一个科学家
通过一些分析从而研发出用光电传感技术进行双端在线测距的故障检测系统。
这种测距方法首先让传感器将光信号发射到电缆的两个端口，然后把信号经过光电转换电路处理之后得到的信号发送到中央处理器中，然后按照B型行波的相关等式，将测距结果显示到液晶屏幕中。
我们取得测量距离是一千米，并取单项电路，得到的测距精度能够达到十米。
为了能够实现时间的统一性，从而在一台主机上进行收集处理。
不过针对那些长度长的光缆，存在成本高的劣势。
（2）基于分布式光纤温度传感器的单端在线测距法
参考文献的第七本跟第八本在电缆电路中应用上了光线分布式温度传感器，从而能够根据热电偶对温度的敏感程度来实现测量，将测得值显示在线路的首端，从而确定故障的位置。
就算由于故障而使得光缆断路，通过这种方法也能很好的找到故障点。
而且光线温度传感器能够抵抗电磁方面的干扰，该传感器的工作原理为，通过激光脉冲把光纤带进去从而形成拉曼散射光，而光强的不同对应于不同的温度。
通过相关的实际操作得知，光纤传感器的测距精度较高而且可靠性好，不过由于精度比较高从而成本高，而且光纤不耐用。
（3）应用GPS技术的在线定位技术
之所以采用GPS技术是想精确的自动确定电力电缆出故障的位置和达到瞬时收集到电缆信息，通过研究第九个文献得知，GPS被广泛的安装到电缆故障检测系统里面，从而可以准确的两者之间的时间差值。
中国东边的国家研发出一个采用
技术的电缆故障测距体系
.
工作的基本原理是双端行波，该系统中应用了
的光线电流传感器以及达到四十兆赫兹的采样率，所以能够将精度精确到十米之内。
体系通过GPS定位系统经过天空中的卫星不断的像地球传送一定频率的脉冲信号。
此外，把计数器安放到测距终端，从而能够经过高精度的晶振以及脉冲信号完成每个终端的时间的同步性。
由于电缆本身存在阻抗效应，从而当信号传输过程中，会造成浪涌电流的变形。
不过因为该系统可以自动的弥补，从而能够实现更高的精度。
（4）应用小波分析的电力电缆故障测距
平时使用的浪涌测量方法的原理是大于固定阀值的基础上实现对于第一个行波是否到达的判断。
因为可能会受到外界电磁以及色散后者衰减等干扰作用，当行波浪涌在传输时，有时会有浪涌波头变平或者延迟到来的现象，如果让两端检测浪涌波头的门槛值相等，那么将会大大减少此误差的出现。
因为以上这些问题的存在从而使得小波分析得到迅速的发展，而且对于信号的表征能力很明显，通过分析尺度有差异的小波变换时，小波变换能够完成干扰分析、抑制或者把相关参数提取出来，达到电缆故障的粗略估计。
小波分析能够精确的判断行波到来的时间，从而广泛的应用到故障检测系统中。
针对电缆电路故障的在线测距问题，英格兰科学家
提出了
同步技术、行波测距以及小波测距分析等。
在
所提出的测距原理中使用的是D型双端行波测距的原理而且将交叉连接的形式考虑在内。
通过
仿真实验得知，这种方法能够达到的精度为测量总距离的百分之二，不过要想将其广泛的应用还需要更深入的研究。
英格兰科学家
这几个人对远距离的高压电缆的行波测距方法做出了分析。
这种工作原理是通过单端采集信号的方法实现故障检测，从而通过静态小波分析对检测信号分解，通过尺度差异的不同的相关度特点来屏蔽反射信号里面的噪声。
通过具体的仿真实验得知，该试验方法能够很好的屏蔽掉噪声，不过因为没有将交叉连接以及行波的反射性考虑进去，所以需要对该方法作些许调整。
美利坚的科学家
为了避免由于高压闪络法而将二次伤害带给电路中，从而研发了一套在线故障检
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