波形分析
1、根據波形分析測試數據
波形測出后,如果想對測試波形進行進一步分析計算,可以根據波形上顯示點數計算出任兩點間代表距離,基中標尺每格代表時間為測試儀自動計算給定。
計算距離的方法如下:
兩點間距離=兩點間實際格數×時間/格×速度÷2(米)
具體步驟如下:
(1)計算每點代表距離:每點代表距離計算公式為:S=V∕2f,其中V為電波傳輸速度(根據電纜類型自定),f為采樣頻率,默認選25MHz。例如,油浸紙電纜V=160m∕μs,當f=25MHz時,每點代表距離S=160/2×25=3.2(米)。
(2)計算兩點間總點數:波形上顯示出每大格多少個測試點,根據兩點間的格數,就可計算出兩點間總點數。例如測試波形顯示“每格5點”,所計算的兩點間為4.3大格,則兩點產間總點數為4.3×5=21.5點(小數點為不滿一格比例長度)。
(3)計算距離:分別計算出每點代表距離及總點數后,就可以計算出兩點間距離來。例如:前面已經計算出每點代表距離為3.2米,總點數為21.5點,則計算距離為3.2×21.5=60.8(米)。
針對疑難故障,測試完畢后,可拍照測試波形,仔細分析波形特點,對找出故障點,提高測試效率會起到事半功倍作用。
2、測試波形分析與定標
電纜故障探測時,首先必須熟練掌握設備操作方法;其次,必須能對各種測試波形進行分析,準確確定光標起點、終點。下面就對各種測試波形特點及定標方法做簡要介紹。
2.1低壓脈沖法測試開路故障(測全長、測速度)波形
低壓脈沖法測開路斷線故障,或者用電纜好相測全長、測速度(相線開路)時,
測試波形如圖19所示。
圖19 低壓脈沖測全長波形
波形特點:發射脈沖與一次反射,二次反射等各反射波形都為正脈沖波形。
定光標方法:光標起點定在發射脈沖上升沿與基線交點處,光標終點定在一次反射脈沖上升沿與基線交點處。
2.2 低壓脈沖法測低阻短路故障波形
脈沖法測低阻短路故障,或者將好相非測試端與鎧裝短接測全長、測速度時,測試波形如圖20所示
圖20 低壓脈沖測低阻短路故障波形
波形特點:發射脈沖為正脈沖波形,一次反射為負脈沖波形,二次反射為正脈沖波形,三次反射又為負脈沖波形,依次類推。
定光標方法:發射脈沖上升沿與基線交點定為起點,一次反射脈沖下降沿與基線交點定為終點。
2.3 閃絡法電流取樣測試波形
高壓閃絡法測試電纜故障時,其波形變化較大,但大部分測試波形都有共同點,及各類性質的故障反射波形全為正波形,且前沿有負反沖,以電流取樣為例,閃絡法測試時其測試波形如圖21所示
圖20 低壓脈沖測低阻短路故障波形
波形特點:發射脈沖為正脈沖波形,一次反射為負脈沖波形,二次反射為正脈沖波形,三次反射又為負脈沖波形,依次類推。
定光標方法:發射脈沖上升沿與基線交點定為起點,一次反射脈沖下降沿與基線交點定為終點。
2.3 閃絡法電流取樣測試波形
高壓閃絡法測試電纜故障時,其波形變化較大,但大部分測試波形都有共同點,及各類性質的故障反射波形全為正波形,且前沿有負反沖,以電流取樣為例,閃絡法測試時其測試波形如圖21所示
圖21 閃絡法電流取樣測試波形
波形特點:發射波形為正脈沖波形,反射波形為正脈沖波形,但脈沖前沿有一個向下的負反沖,隨故障不同,負反沖大小有較大差別。
定光標方法:在發射脈沖上升沿與基線交點處定光標起點,在反射脈沖負反沖下降前沿與基線交點處,定光標終點。若在測試時反射脈沖無前沿負反沖,終點光標定在反射脈沖上升沿與基線交點處。
2.4 閃絡法測試時故障點不放電波形
對于有些高阻故障,加高壓沖擊時,雖然球間隙放電,并且有時放電聲還較大(清脆),但故障點實際上并未形成閃絡放電,而是將電能緩慢釋放掉,這時,顯示波形就無法確定故障點。故障點不放電時,從波形上可顯示出來,從而可以采取其它測試方法迫使故障點放電。閃絡測試故障點不放電波形如圖22所示。
圖22 閃絡測試故障點不放電波形
波形特點:故障點不放電波形特點為發射脈沖為正波形,一次反射脈沖為負波形,二次反射波形又為正波形,以此類推。同時,發射波形同反射波形間距離等于電纜全長。
遇到故障點不放電波形時,可按以下幾種方法迫使故障點閃絡放電:一是加大放電球隙,提高沖擊電壓;二是加大電容容量,增加沖擊能量;對于疑難故障,可長時間施加沖擊高壓,迫使故障點形成固定放電通道,然后進行測試。
2.5 沖閃法測試純短路故障波形
對于純短路故障(如直接將相地短接),可用沖閃法測試(如用沖閃法測電纜全長、測速度)。短路是低阻故障的一個特例,用沖閃法測試純短路故障時,波形反射有其特殊性,例如用沖閃法測相地短接電纜時測試波形如圖23所示。
圖23 沖閃法測試純短路故障波形
波形特點:純短路故障測試時,其波形特點為發射波形和反射波形都為正脈沖波形,這與低壓脈沖測試終端開路故障波形相似。
定標方法:分別用發射脈沖波形及反射脈沖波形上升沿與基線交點定光標起點、終點。若是測故障,其測試距離就為故障距離;若是用好相終端短接測全長,則二波形間距離就為電纜全長。
了解純短路故障測試波形特點,有助于我們分析理解各種故障實測波形。在特殊情況下,也可用此種方法測電纜全長或者測電波傳輸速度。
2.6 沖閃測試時故障點二次擊穿放電波形
對于個別阻值較高的高阻故障,不是一下子故障點擊穿閃絡放電,而是沖擊電壓越過故障點,先傳到終端,再從終端返回過程中、電壓疊加,然后故障點才閃絡放電,此后在測試端和故障點之間來回反射,顯示故障點二次擊穿放電波形。沖閃法電流取樣測試時,故障點二次擊穿放電波形如圖24所示。圖24 故障點二次擊穿測試波形
波形特點:二次擊穿波形特點為發射脈沖為正脈沖波形,一次反射為負脈沖波形,并且二次波形間距離為電纜全長(同故障點不放電波形)。從第三個波形開始,測試波形與沖閃測試標準波形一致,其間距代表故障距離。
定光標方法:二次擊穿波形同時具有故障點不放電波形及正常放電波形特點。定光標時,先定前面二波形,看是否與電纜全長一致,然后再觀察后面幾個反射波形,看是否具有前面講的沖閃波形特點(正脈沖前沿有負反沖,且各反射波形間距一致)。若具有二次擊穿波形特點,則按后面具有故障點閃絡擊穿特點的二波形分別定光標起點、終點,就可確定故障點距離。
實際測試時須注意,由于故障性質及測試條件不同,二次擊穿波形也變化較大,有時第二個波形(終端不放電反射波形)與第三個波形間距較大(延時擊穿時間較長),有時間距小,甚至合二為一(延時較小)。定光標時,不管前面幾個波形多么復雜,只要后面有正常放電波形,就按后面波形定光標起點、終點,確定故障距離。
對于故障點二次擊穿波形,測試時可以加大球間隙,增加電容容量,提高沖擊電壓,一般就可以測出正常閃絡放電波形。
2.7 沖閃測試時近端故障測試波形
若故障點距測試端很近(15-20米以下),沖閃測試時,測試波形如圖25所示。
圖25 近端故障沖閃測試波形
波形特點:近端故障用閃絡法測試時,其波形特點為;測試波形為正負交替的余弦大振蕩波形,并且二波形間距離大于電纜全長,為電纜全長數倍。
遇到近端反射波形時,說明故障點離測試端不遠。要精確測試,有以下幾種方法:一是到另一端測試;二是用標準長度電纜(如50米或100米)與被測電纜相連接測試,在測試距離后,測試距離減去所加電纜長度,即為故障點至測試端距離;三是用好相與故障相在遠端相接,將測試信號加在好相進行測試。
總之,對各種電纜故障測試過程中,正確地分析波形,是快速完成出測定點的關鍵。不論故障波形多么復雜,歸納起來,不外乎上面講到的各種測試波形的變形。
3、高壓發生器及測試附件說明
沖閃法接線如圖26所示,原理是將220V的市電通過操作箱調壓為0-220V,經過直流升壓變壓器輸出高壓脈動直流給脈沖電容充電,當脈沖電容的電壓足夠高時擊穿球隙同時擊穿故障點,電容放電。然后電容繼續充電,如此循環……
圖26 沖閃法測試高壓發生器接線圖
圖26示意說明:T1.3kVA/0.22kV調壓器
T2.3kVA/50kV交直流高壓變壓器
D.高壓整流硅堆,大于150kV/0.2A
C.高壓脈沖電容,容量1~8μF,耐壓大于10kV
V.電壓表
B.電流采樣盒
J.高壓球隙(選配附件)
4、測試說明
(1)電力電纜的高阻故障(高阻故障:故障點的直流電阻大于該電纜的特性阻抗的故障為高阻故障)幾乎占全部故障率的90%以上。沖閃方式用于測試高阻泄漏性故障及高阻閃絡性故障,大部分電纜高阻故障都可以使用沖閃方式測試。
(2)沖閃方式測試故障,采用電流取樣法,電流取樣接線簡單,安全性高,波形易于識別。
(3)調整球隙(若放電,放電球隙清脆響亮,操作箱電流大于10A-15A,否則視為未放電,請重新調整球隙,提高沖閃電壓),電壓升到一定值,故障點發生閃絡放電,儀器記錄下波形。根據波形大小可重新調整輸入振幅,重復采樣,直到采到相對標準的波
形。
(4)調整球隙一般1mm大約代表3kV,請根據被測電纜電壓等級適當調整。高壓閃絡測試時,由于工作電壓極高,稍有不慎就會對人身及設備造成損失。
(5)不同性質的電纜故障要用不同的測試方法,不同介質的電纜有不同的電波傳播速度,不同耐壓等級的電纜則有不同的耐壓要求,而被測試電纜的接頭位置及最近是否在電纜上方進行施工
作業,這些在測試前都最好做到心中有數。
(6)用測試主機的低壓脈沖法測試電纜長度,校對電纜的電波傳輸速度。
(7)測試電纜全長可以讓我們更加了解故障電纜的具體情況,判斷是高阻還是低阻故障,判斷電波速度的準確性(準確的電波傳輸速度是提高測試精度的保證,當速度不準確時,可反算速度)。這些都可以用低壓脈沖測試方法來解決。
(8)對不同電纜故障要用不同的方法,低阻故障(開路、短路等)要用低壓脈沖法測試;而高阻故障(泄漏、閃絡等)則要用閃絡法方法測試。選擇合適的測試方法,用測試儀主機對電纜進行故障距離粗測。低阻故障用低壓脈沖法測量,高阻故障用高壓閃絡法測量。
(9)電纜儀(又稱閃測儀)設定的四種電纜的波速為:
油浸紙電纜:V=160m/μs
不滴流電纜:V=144m/μs
聚氯乙烯電纜:V=184m/μs
交聯聚乙烯電纜:V=172m/μs
故障性質 | 絕緣電阻 | 故障的擊穿情況 |
開路 | ¥ | 在直流高壓脈沖下擊穿 |
低阻 | 小于10分之一特性阻抗 | 絕緣電阻不是太低時,可用高壓脈沖擊穿 |
高阻 | 大于10倍特性阻抗 | 高壓脈沖擊穿 |
閃絡 | ¥ | 直流或高壓脈沖作用下擊穿 |
注意:電力電纜的特性阻抗一般為10—40?之間。是由電纜的單位長度的電阻,電感,電容決定的特性參數,不要將特性阻抗與絕緣電阻,以及電纜的直流電阻混淆。
低壓脈沖法測試比較簡單,直接測試。而高壓閃絡法測量則需要注意接線及所加直流電壓的高低。10kV油浸紙電纜和交聯乙烯電纜的最高耐壓分別為50kV和35kV,一般不得超過電纜的最高耐壓,高壓設備的地線必須與被測電纜的鉛包接地良好連接。
(10)精確定點前首先必須知道電纜的路徑,若已知路徑可省去此步驟。
(11)接好高壓設備,根據電纜的性質及電纜的耐壓等級來決定升壓程度,保證故障點充分擊穿。然后用定點儀對電纜故障點進行精確定位,最后確定在1米范圍內。
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