HDDL-I电缆故障测试仪波形分析

 

波形分析
1、根据波形分析测试数据
    波形测出后，如果想对测试波形进行进一步分析计算，可以根据波形上显示点数计算出任两点间代表距离，基中标尺每格代表时间为测试仪自动计算给定。
计算距离的方法如下：
    两点间距离＝两点间实际格数×时间/格×速度÷2（米）
具体步骤如下：
    （1）计算每点代表距离：每点代表距离计算公式为：S＝V∕2f，其中V为电波传输速度（根据电缆类型自定），f为采样频率，默认选25MHz。例如，油浸纸电缆V＝160m∕µs，当f=25MHz时，每点代表距离S＝160/2×25＝3.2（米）。
    （2）计算两点间总点数：波形上显示出每大格多少个测试点，根据两点间的格数，就可计算出两点间总点数。例如测试波形显示“每格5点”，所计算的两点间为4.3大格，则两点产间总点数为4.3×5＝21.5点（小数点为不满一格比例长度）。
    （3）计算距离：分别计算出每点代表距离及总点数后，就可以计算出两点间距离来。例如：前面已经计算出每点代表距离为3.2米，总点数为21.5点，则计算距离为3.2×21.5＝60.8（米）。
针对疑难故障，测试完毕后，可拍照测试波形，仔细分析波形特点，对找出故障点，提高测试效率会起到事半功倍作用。
2、测试波形分析与定标
电缆故障探测时，首先必须熟练掌握设备操作方法；其次，必须能对各种测试波形进行分析，准确确定光标起点、终点。下面就对各种测试波形特点及定标方法做简要介绍。
2.1低压脉冲法测试开路故障（测全长、测速度）波形
低压脉冲法测开路断线故障，或者用电缆好相测全长、测速度（相线开路）时，

测试波形如图19所示。

图19 低压脉冲测全长波形
    波形特点：发射脉冲与一次反射，二次反射等各反射波形都为正脉冲波形。
定光标方法：光标起点定在发射脉冲上升沿与基线交点处，光标终点定在一次反射脉冲上升沿与基线交点处。
2.2 低压脉冲法测低阻短路故障波形
脉冲法测低阻短路故障，或者将好相非测试端与铠装短接测全长、测速度时，测试波形如图20所示

图20 低压脉冲测低阻短路故障波形
波形特点：发射脉冲为正脉冲波形，一次反射为负脉冲波形，二次反射为正脉冲波形，三次反射又为负脉冲波形，依次类推。
定光标方法：发射脉冲上升沿与基线交点定为起点，一次反射脉冲下降沿与基线交点定为终点。
2.3 闪络法电流取样测试波形
高压闪络法测试电缆故障时，其波形变化较大，但大部分测试波形都有共同点，及各类性质的故障反射波形全为正波形，且前沿有负反冲，以电流取样为例，闪络法测试时其测试波形如图21所示

图20 低压脉冲测低阻短路故障波形
波形特点：发射脉冲为正脉冲波形，一次反射为负脉冲波形，二次反射为正脉冲波形，三次反射又为负脉冲波形，依次类推。
定光标方法：发射脉冲上升沿与基线交点定为起点，一次反射脉冲下降沿与基线交点定为终点。
2.3 闪络法电流取样测试波形
高压闪络法测试电缆故障时，其波形变化较大，但大部分测试波形都有共同点，及各类性质的故障反射波形全为正波形，且前沿有负反冲，以电流取样为例，闪络法测试时其测试波形如图21所示

 

图21 闪络法电流取样测试波形
波形特点：发射波形为正脉冲波形，反射波形为正脉冲波形，但脉冲前沿有一个向下的负反冲，随故障不同，负反冲大小有较大差别。
定光标方法：在发射脉冲上升沿与基线交点处定光标起点，在反射脉冲负反冲下降前沿与基线交点处，定光标终点。若在测试时反射脉冲无前沿负反冲，终点光标定在反射脉冲上升沿与基线交点处。
2.4 闪络法测试时故障点不放电波形
对于有些高阻故障，加高压冲击时，虽然球间隙放电，并且有时放电声还较大（清脆），但故障点实际上并未形成闪络放电，而是将电能缓慢释放掉，这时，显示波形就无法确定故障点。故障点不放电时，从波形上可显示出来，从而可以采取其它测试方法迫使故障点放电。闪络测试故障点不放电波形如图22所示。

图22 闪络测试故障点不放电波形
波形特点：故障点不放电波形特点为发射脉冲为正波形，一次反射脉冲为负波形，二次反射波形又为正波形，以此类推。同时，发射波形同反射波形间距离等于电缆全长。
遇到故障点不放电波形时，可按以下几种方法迫使故障点闪络放电：一是加大放电球隙，提高冲击电压；二是加大电容容量，增加冲击能量；对于疑难故障，可长时间施加冲击高压，迫使故障点形成固定放电通道，然后进行测试。
2.5 冲闪法测试纯短路故障波形
对于纯短路故障（如直接将相地短接），可用冲闪法测试（如用冲闪法测电缆全长、测速度）。短路是低阻故障的一个特例，用冲闪法测试纯短路故障时，波形反射有其特殊性，例如用冲闪法测相地短接电缆时测试波形如图23所示。

图23 冲闪法测试纯短路故障波形
波形特点：纯短路故障测试时，其波形特点为发射波形和反射波形都为正脉冲波形，这与低压脉冲测试终端开路故障波形相似。
定标方法：分别用发射脉冲波形及反射脉冲波形上升沿与基线交点定光标起点、终点。若是测故障，其测试距离就为故障距离；若是用好相终端短接测全长，则二波形间距离就为电缆全长。
了解纯短路故障测试波形特点，有助于我们分析理解各种故障实测波形。在特殊情况下，也可用此种方法测电缆全长或者测电波传输速度。
2.6 冲闪测试时故障点二次击穿放电波形
对于个别阻值较高的高阻故障，不是一下子故障点击穿闪络放电，而是冲击电压越过故障点，先传到终端，再从终端返回过程中、电压叠加，然后故障点才闪络放电，此后在测试端和故障点之间来回反射，显示故障点二次击穿放电波形。冲闪法电流取样测试时，故障点二次击穿放电波形如图24所示。图24 故障点二次击穿测试波形
波形特点：二次击穿波形特点为发射脉冲为正脉冲波形，一次反射为负脉冲波形，并且二次波形间距离为电缆全长（同故障点不放电波形）。从第三个波形开始，测试波形与冲闪测试标准波形一致，其间距代表故障距离。
定光标方法：二次击穿波形同时具有故障点不放电波形及正常放电波形特点。定光标时，先定前面二波形，看是否与电缆全长一致，然后再观察后面几个反射波形，看是否具有前面讲的冲闪波形特点（正脉冲前沿有负反冲，且各反射波形间距一致）。若具有二次击穿波形特点，则按后面具有故障点闪络击穿特点的二波形分别定光标起点、终点，就可确定故障点距离。
实际测试时须注意，由于故障性质及测试条件不同，二次击穿波形也变化较大，有时第二个波形（终端不放电反射波形）与第三个波形间距较大（延时击穿时间较长），有时间距小，甚至合二为一（延时较小）。定光标时，不管前面几个波形多么复杂，只要后面有正常放电波形，就按后面波形定光标起点、终点，确定故障距离。
对于故障点二次击穿波形，测试时可以加大球间隙，增加电容容量，提高冲击电压，一般就可以测出正常闪络放电波形。
2.7 冲闪测试时近端故障测试波形
若故障点距测试端很近（15－20米以下），冲闪测试时，测试波形如图25所示。

 

图25 近端故障冲闪测试波形
波形特点：近端故障用闪络法测试时，其波形特点为；测试波形为正负交替的余弦大振荡波形，并且二波形间距离大于电缆全长，为电缆全长数倍。
遇到近端反射波形时，说明故障点离测试端不远。要精确测试，有以下几种方法：一是到另一端测试；二是用标准长度电缆（如50米或100米）与被测电缆相连接测试，在测试距离后，测试距离减去所加电缆长度，即为故障点至测试端距离；三是用好相与故障相在远端相接，将测试信号加在好相进行测试。
总之，对各种电缆故障测试过程中，正确地分析波形，是快速完成出测定点的关键。不论故障波形多么复杂，归纳起来，不外乎上面讲到的各种测试波形的变形。
3、高压发生器及测试附件说明

 

冲闪法接线如图26所示，原理是将220V的市电通过操作箱调压为0-220V，经过直流升压变压器输出高压脉动直流给脉冲电容充电，当脉冲电容的电压足够高时击穿球隙同时击穿故障点，电容放电。然后电容继续充电，如此循环……
图26 冲闪法测试高压发生器接线图
图26示意说明：T1.3kVA/0.22kV调压器
               T2.3kVA/50kV交直流高压变压器
               D.高压整流硅堆，大于150kV/0.2A                                      
               C.高压脉冲电容，容量1～8μF，耐压大于10kV
V.电压表
B.电流采样盒
               J.高压球隙（选配附件）

4、测试说明
    （1）电力电缆的高阻故障（高阻故障：故障点的直流电阻大于该电缆的特性阻抗的故障为高阻故障）几乎占全部故障率的90%以上。冲闪方式用于测试高阻泄漏性故障及高阻闪络性故障，大部分电缆高阻故障都可以使用冲闪方式测试。
（2）冲闪方式测试故障，采用电流取样法，电流取样接线简单，安全性高，波形易于识别。
（3）调整球隙（若放电，放电球隙清脆响亮，操作箱电流大于10A-15A，否则视为未放电，请重新调整球隙，提高冲闪电压），电压升到一定值，故障点发生闪络放电，仪器记录下波形。根据波形大小可重新调整输入振幅，重复采样，直到采到相对标准的波
形。
（4）调整球隙一般1mm大约代表3kV，请根据被测电缆电压等级适当调整。高压闪络测试时，由于工作电压极高，稍有不慎就会对人身及设备造成损失。
（5）不同性质的电缆故障要用不同的测试方法，不同介质的电缆有不同的电波传播速度，不同耐压等级的电缆则有不同的耐压要求，而被测试电缆的接头位置及最近是否在电缆上方进行施工
作业，这些在测试前都最好做到心中有数。
（6）用测试主机的低压脉冲法测试电缆长度，校对电缆的电波传输速度。
    （7）测试电缆全长可以让我们更加了解故障电缆的具体情况，判断是高阻还是低阻故障，判断电波速度的准确性（准确的电波传输速度是提高测试精度的保证，当速度不准确时，可反算速度）。这些都可以用低压脉冲测试方法来解决。
   （8）对不同电缆故障要用不同的方法，低阻故障（开路、短路等）要用低压脉冲法测试；而高阻故障（泄漏、闪络等）则要用闪络法方法测试。选择合适的测试方法，用测试仪主机对电缆进行故障距离粗测。低阻故障用低压脉冲法测量，高阻故障用高压闪络法测量。
（9）电缆仪（又称闪测仪）设定的四种电缆的波速为：
   油浸纸电缆：V=160m/µs
   不滴流电缆：V=144m/µs           
   聚氯乙烯电缆：V=184m/µs
       交联聚乙烯电缆：V=172m/µs  

故障性质	绝缘电阻	故障的击穿情况
开路	¥	在直流高压脉冲下击穿
低阻	小于10分之一特性阻抗	绝缘电阻不是太低时，可用高压脉冲击穿
高阻	大于10倍特性阻抗	高压脉冲击穿
闪络	¥	直流或高压脉冲作用下击穿

注意：电力电缆的特性阻抗一般为10—40之间。是由电缆的单位长度的电阻，电感，电容决定的特性参数，不要将特性阻抗与绝缘电阻，以及电缆的直流电阻混淆。
低压脉冲法测试比较简单，直接测试。而高压闪络法测量则需要注意接线及所加直流电压的高低。10kV油浸纸电缆和交联乙烯电缆的最高耐压分别为50kV和35kV，一般不得超过电缆的最高耐压，高压设备的地线必须与被测电缆的铅包接地良好连接。
    （10）精确定点前首先必须知道电缆的路径，若已知路径可省去此步骤。
（11）接好高压设备，根据电缆的性质及电缆的耐压等级来决定升压程度，保证故障点充分击穿。然后用定点仪对电缆故障点进行精确定位，最后确定在1米范围内。