脉冲电流法-电力电缆故障测试仪

第四章脉冲电流法

§4-1 脉冲电流法与线性电流耦合器

电缆的高阻与闪络性故障由于故障点电阻较大（大于10倍的电缆波阻抗），低压脉冲在故障点没有明显的反射（反射脉冲幅度小于5%），故不能用低压脉冲反射法测距。脉冲电流法是将电缆故障点用高电压击穿，使用仪器采集并记录下故障点击穿产生的电流行波信号，通过分析判断电流行波信号在测量端与故障点往返一趟的时间来计算故障距离。脉冲电流法采用线性电流耦合器采集电缆中的电流行波信号。

图4.1 线性电流耦合器应用示意图

图4.1是冲击高压闪络测试的接线示意图，线性电流耦合器L放置在储能电容C接电缆外皮的接地引线旁。L实际上是一个空心线圈，与地线中电流产生的磁场相匝链。设时间t2与t1时电流分别为i2与i1,t1小于t2但接近t2,根据电磁感应定律求出线圈的输出电压：

V＝K(i2－i1)/(t2－t1)＝KΔi/Δt (4.1) 其中参数K是一取决于线圈匝数、形状及与地线相对位置的常数，电流变化量:

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Δi＝i2－i1，

时间变化量:

Δt＝t2－t1。

式（4.1）说明，线性电流耦合器的输出电压与地线电流的变化率成正比，而不是与地线中电流本身成正比。

(a)

(b)

图4.2 a.地线中的电流

b. 线性电流耦合器的输出

图4.2给出了地线中的电流与对应的线性电流耦合器的输出，可以看出线性电流耦合器在地线中电流开始上升时，输出是一个尖脉冲，而在地线中电流趋于平稳后，输出为零。因此，在故障点击穿产生的电流行波到达后，线性电流耦合器输出一脉冲信号，可以从线性电流耦合器有无脉冲信号输出，判断测量点是否有电流行波出现。

与脉冲电压法使用电阻、电容分压器进行电压取样

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不同，脉冲电流法使用的线性电流耦合器平行地放置在低压侧地线旁，与高压回路无直接的电气连接，对记录仪器与操作人员来说，特别安全、方便。

脉冲电流分直流高压闪络与冲击高压闪络两种测试方法，下面将分别予以介绍。

§4-2 直流高压闪络测试法

1. 应用范围

直流高压闪络测试法（简称直闪法）用于测量闪络击穿性故障，即故障点电阻极高，在用高压试验设备把电压升到一定值时就产生闪络击穿的故障。

据统计，能用直闪法测量的电缆故障，约占电缆故障总数的20%，在预防性试验中出现的电缆故障多属于该类故障。直闪法获得的波形简单、容易理解。而一些故障点在几次闪络放电之后，往往造成故障点电阻下降，以致不能再用直闪法测试，故实际工作中应珍惜能够进行直闪测试的机会。

2. 接线

直闪法接线如图4.3所示，T1为调压器、T2为高压试验变压器，容量在0.5～1.0千伏安之间，输出电压在30～60千伏之间；C为储能电容器；L为线性电流耦合器。

线性电流耦合器L的输出经屏蔽电缆接测距仪器的输入端子。注意：一般线性电流耦合器L的正面标有放置方向，应将电流耦合器按标示的方向放置，否则，输出的波形极性会不正确。

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图4.3 直闪法测试接线 储能电容C 对高频行波信号呈短路状态，在故障点击穿产生的电压、电流行波到达后，起产生电流信号的作用，可选用脉冲电容器，也可使用6千伏（直流高压在30千伏以下时）或10千伏（直流高压在30～50千伏之间时）电力电容器，电容容量宜选在1～4微法。实际测试中，应尽可能使电容容量大一些，这有助于使故障点充分放电，获得的脉冲电流波形规范，容易识别。

在实际测试中，往往出现因接线或线性电流耦合器L 放置不当而造成的波形不规范，不容易识别故障点距离。应严格按图4.3接线，把高压发生器接地线与电容器低压侧出线连接在一起后接电缆的外皮。图4.4是一种不正确的接线方法，操作人员往往图方便，把电容低压侧出线接在接地网上，通过接地网与电缆外皮相接。行波经过接地网传播，可能因传输距离较长，造成脉冲电流波形不规范。应尽量缩短电容与电缆之间的连线，以避免因导引线过长造成波形失真。线性电流耦合器L 应放在电容器低压侧出线上。

为安全起见，高压设备、电容器的外壳、电缆的完好线芯一定要就近接电站的接地网。

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图4.4 不正确的接地

图4.3是相对地故障的接线，对于相对相故障来说，可把其中一个故障芯线与地接在一起后进行测试。其故障点击穿产生的电流波过程与相对地类似，故不再单独叙述。

3. 故障点击穿与否的判断

逐渐升高加在电缆上的直流电压，当电压超过故障间隙击穿电压时，故障点击穿放电。

故障点击穿，除了测量仪器被触发显示出波形外，还可通过以下现象判断：

(1) 电压突然下降（电压表指针向刻度零点摆动）；

(2) 直流泄漏电流突然增大（微安表指针突然向上摆动）；

(3) 过电流继电器动作；

(4) 与试验设备相接的地线处出现“回火”，听到“啪，啪”的响声。

4. 直闪脉冲电流波形

设时间t ＝0时，电缆故障点在外加电压-E 作用下击穿，形成短路电弧，从而使故障点电压突跳为零。此时，在故障点处产生一个与-E 相反的正突跳电压E 0以及相应的电流i 0＝-E/Z 0（规定电流从测量点流向电缆为正，因

52 突跳电压E 产生的电流是从故障点流向测量点的，故为负，Z 0为电缆波阻抗）向电缆两端传送，见图4.5。在时间t ＝τ时，电流波i 0到达测量端，而电容对高频行波信号呈短路状态，根据2.4节介绍，电流在测量端被全部地反射回故障点；而在故障点由于电弧短路又被完全反射回来；在t ＝3τ的时刻到达测量点，产生第二次反射；这样来回反射，直到整个瞬态过程结束。

图4.5 直流闪络电流行波网格图 测量点的电流是所有电流波的和，把图4.5时间轴上的电流波逐点相加，可得到如图4.6.a 所示的电流，电流的初始值为2i 0，即电流入射波i 0到达测量点后，产生了电流加倍现象，而线性电流耦合器的输出则只反映电流的突变成分，如图4.6.b 所示。