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一、 高壓脈沖電流法（也叫高壓閃絡(luò)法－電流取樣）介紹
       電纜的高阻泄漏性故障與高阻閃絡(luò)性故障，由于故障點(diǎn)電阻較大（大于10倍的電纜特性阻抗），低壓脈沖在故障點(diǎn)沒(méi)有明顯的反射（反射脈沖幅度小于5%），故不能用低壓脈沖反射法測(cè)距。
       高壓脈沖電流法，是將電纜故障點(diǎn)用高電壓擊穿，使用儀器采集并記錄下故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電流行波信號(hào)，通過(guò)分析判斷電流行波信號(hào)在測(cè)量端與故障點(diǎn)往返一趟的時(shí)間來(lái)計(jì)算故障距離。脈沖電流法采用線性電流耦合器采集電纜中的電流行波信號(hào)。

      
圖1    沖擊高壓閃絡(luò)測(cè)試的接線示意圖 

     圖1是沖擊高壓閃絡(luò)測(cè)試的接線示意圖，電流耦合器L放置在儲(chǔ)能電容C接電纜外皮的接地引線旁。L實(shí)際上是一個(gè)空心線圈，與地線中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相匝鏈。設(shè)時(shí)間t2與t1時(shí)電流分別為i2與i1,t1小于t2但接近t2,根據(jù)電磁感應(yīng)定律求出線圈的輸出電壓：

             V＝K(i2－i1)/(t2－t1)＝KΔi/Δt 

    其中參數(shù)K是一取決于線圈匝數(shù)、形狀及與地線相對(duì)位置的常數(shù)，電流變化量:

Δi＝i2－i1，時(shí)間變化量:Δt＝t2－t1。通過(guò)計(jì)算公式說(shuō)明，線性電流耦合器的輸出電壓與地線電流的變化率成正比，而不是與地線中電流本身成正比。

             圖2 a.地線中的電流  b. 電流取樣合器的輸出

    圖2給出了地線中的電流與對(duì)應(yīng)的電流取樣器的輸出，可以看出電流取樣器在地線中電流開(kāi)始上升時(shí)，輸出是一個(gè)尖脈沖，而在地線中電流趨于平穩(wěn)后，輸出為零。因此，在故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電流行波到達(dá)后，線性電流耦合器輸出一脈沖信號(hào)，可以從電流耦合取樣器有無(wú)脈沖信號(hào)輸出，判斷測(cè)量點(diǎn)是否有電流行波出現(xiàn)。

與脈沖電壓法使用電阻、電容分壓器進(jìn)行電壓取樣不同，脈沖電流法使用的電流耦合取樣器平行地放置在低壓側(cè)地線旁，與高壓回路無(wú)直接的電氣連接，對(duì)記錄儀器與操作人員來(lái)說(shuō)，特別安全、方便。
    實(shí)際測(cè)試中，電流取樣器有采用空心線圈的，放置在地線旁邊，優(yōu)點(diǎn)是方便，缺點(diǎn)是放置的位置，遠(yuǎn)近影響成采集脈沖波形的大小。也有采用高頻磁芯的電流取樣器，直接串接在地線中， 優(yōu)點(diǎn)是采集波形穩(wěn)定，缺點(diǎn)是接線稍微比空心線圈的復(fù)雜一些。圖3是幾種電流取樣耦合器的外型圖：

      
           圖3a 感應(yīng)式空心線圈取樣器   b  高頻磁芯串接式取樣器
    圖4是高頻磁芯串接式取樣器與高壓脈沖電容器的連接圖，圖中，將取樣器與放電間隙直接與脈沖電容器連接，簡(jiǎn)化了高壓接線，高壓脈沖波形比較正規(guī)容易識(shí)別，本培訓(xùn)教程中的實(shí)測(cè)波形，大都是用這種取樣方式取得的。

   
圖4  串接式取樣器連接示意圖

   二、 沖擊高壓閃絡(luò)測(cè)試法（簡(jiǎn)稱(chēng) 沖閃法）
      1、沖閃法 應(yīng)用范圍：
       在故障點(diǎn)電阻不很高時(shí)，因直流泄漏電流較大，電壓幾乎全降到了高壓試驗(yàn)設(shè)備的內(nèi)阻上去了，電纜上電壓很小，故障點(diǎn)形不成閃絡(luò)，必須使用沖擊高壓閃絡(luò)測(cè)試法，簡(jiǎn)稱(chēng)沖閃法。沖閃法亦適用于測(cè)試大部分閃絡(luò)性故障。當(dāng)然，由于直閃法波形相對(duì)簡(jiǎn)單，容易獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果，有使用條件時(shí)，應(yīng)盡量使用直閃法測(cè)試。
       在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作中，符合直閃法使用條件的機(jī)會(huì)很少，我們一般都是在電壓脈沖測(cè)試完畢后，直接用沖閃法測(cè)試 。
      2. 沖閃法接線：

      沖閃法接法如圖5所示，它與直閃法接線基本相同，不同的是在儲(chǔ)能電容C與電纜之間串入一球形間隙G。首先，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)壓升壓器對(duì)電容C充電，當(dāng)電容C上電壓足夠高時(shí)，球形間隙G擊穿，電容C對(duì)電纜放電，這一過(guò)程相當(dāng)于把直流電源電壓突然加到電纜上去。

圖5    沖閃法測(cè)試接線（感應(yīng)式取樣器)

        圖6是一款電纜故障閃絡(luò)測(cè)試儀說(shuō)明書(shū)中，使用串接式電流取樣器時(shí)，沖閃法接線圖：

圖6      電流取樣沖閃法接線圖（取樣器串接）

   從圖5、圖6看，接線基本相同，就是取樣器接線方法不同。還有，就是圖6沒(méi)有標(biāo)示大功率限流電阻R以及毫安表。 實(shí)際測(cè)試工作中，由于使用的交直流試驗(yàn)變壓器過(guò)負(fù)荷能力高，控制操作箱低壓測(cè)也有電流表顯示，所以限流電阻、毫安表大都可以不接進(jìn)行沖閃法測(cè)試。

      3、故障點(diǎn)擊穿與否的判斷
      沖閃法的一個(gè)關(guān)鍵是判斷故障點(diǎn)是否擊穿放電。一些經(jīng)驗(yàn)不足的測(cè)試人員往往認(rèn)為，只要球間隙放電了，故障點(diǎn)就擊穿了，顯然這種想法是不正確的。

       球間隙擊穿與否與間隙距離及所加電壓幅值有關(guān)，距離越大，間隙擊穿所需電壓越高，通過(guò)球間隙加到電纜上的電壓越高。而電纜故障點(diǎn)能否擊穿取決于故障點(diǎn)電壓是否超過(guò)臨界擊穿電壓，如果球間隙調(diào)整較小，電纜上得到的沖擊高壓小于故障點(diǎn)擊穿電壓，故障點(diǎn)就不會(huì)出現(xiàn)擊穿。

      除了根據(jù)儀器記錄波形判斷故障點(diǎn)是否擊穿之外，還可通過(guò)以下現(xiàn)象來(lái)判斷故障點(diǎn)是否擊穿：

      (1) 電纜故障點(diǎn)沒(méi)擊穿時(shí)，一般球間隙放電聲嘶啞，不清脆，而且火花較弱。而故障點(diǎn)擊穿時(shí)，球間隙放電聲清脆響亮，火花較大（這點(diǎn)需要有測(cè)試經(jīng)驗(yàn)）。

     (2) 電纜故障點(diǎn)未擊穿時(shí)，電流表擺動(dòng)較?。ㄒ话愕蛪簻y(cè)電流表小于)，而故障點(diǎn)擊穿時(shí)，電流表指針擺動(dòng)范圍較大（一般低壓測(cè)電流表大于)。

     4. 故障點(diǎn)不擊穿時(shí)的脈沖電流波形分析：

     圖7給出了故障點(diǎn)不擊穿時(shí)的沖閃測(cè)試行波傳播網(wǎng)格圖、電流波形以及電流取樣耦合器的輸出。

 圖7     故障點(diǎn)不擊穿時(shí)脈沖電流波形分析

     下面分析一下電流波形的產(chǎn)生過(guò)程。首先說(shuō)明，球間隙放電后，即被電弧短路，儲(chǔ)能電容相當(dāng)于直流電源，對(duì)高頻行波信號(hào)呈短路狀態(tài)，電流波反射系數(shù)ρ＝+1；而電纜遠(yuǎn)端開(kāi)路，電流波反射系數(shù)ρ＝-1。

      假設(shè)在t＝0，電容上電壓為-E時(shí)，球間隙擊穿，產(chǎn)生沿電纜向前運(yùn)動(dòng)的電流波i0＝-E/Z0，電流波在電纜遠(yuǎn)端產(chǎn)生負(fù)的反射波ρi0=-i0，返回測(cè)量端，遠(yuǎn)端反射電流波在測(cè)量端產(chǎn)生正的全反射，運(yùn)動(dòng)到遠(yuǎn)端后，又被倒相反射回來(lái)??，電流波將如此來(lái)回反射，直到能量全部消耗掉。把測(cè)量端所有電流行波相加后，可得到如圖7.b所示的電流波形，圖7.c對(duì)應(yīng)的是電流取樣耦合器輸出?？梢?jiàn)，故障點(diǎn)未擊穿時(shí)，脈沖電流波形是交替變化極性的脈沖，相鄰脈沖之間的距離對(duì)應(yīng)電纜長(zhǎng)度。
       需要說(shuō)明的是，上面波形是基于對(duì)反射原理的描述，實(shí)際使用的測(cè)試儀器－閃測(cè)儀，標(biāo)定的脈沖波形，有負(fù)脈沖觸發(fā)、正脈沖觸發(fā)之分，所以閃測(cè)儀顯示的波形極性會(huì)*相反。圖7c波形是負(fù)脈沖觸發(fā)波形，本系列培訓(xùn)教程中的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試波形，均是正脈沖觸發(fā)波形，二者極性不同，讀者分析波形時(shí)要注意區(qū)別。
       圖8是我們的一款電纜故障閃測(cè)儀說(shuō)明書(shū)中，對(duì)故障點(diǎn)不擊穿放電時(shí)波形以及說(shuō)明：  

 
圖8   閃測(cè)儀描述的的故障點(diǎn)不放電波形 

     4. 故障點(diǎn)直接擊穿的脈沖電流波形：

      在高壓設(shè)備通過(guò)球間隙加到電纜上的高壓信號(hào)幅值大于故障點(diǎn)臨界擊穿電壓時(shí)，電壓波穿過(guò)故障點(diǎn)一定時(shí)間后，故障點(diǎn)電離，擊穿放電，這種情況叫高壓脈沖直接擊穿。

 圖9   故障點(diǎn)直接擊穿的脈沖電流波形分析

      如圖9.a行波網(wǎng)格圖所示，球間隙擊穿后，高電壓波-E沿電纜向前運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的電流波為i0＝-E/Z0，經(jīng)時(shí)間τ后，高電壓波到達(dá)故障點(diǎn)，故障點(diǎn)開(kāi)始電離，在經(jīng)放電延時(shí)td后，擊穿放電。電壓從-E突跳到0，產(chǎn)生如直閃法擊穿類(lèi)似的行波過(guò)程，相應(yīng)的電流波形與電流取樣耦合器的輸出分別見(jiàn)圖9.b與9.c 。

      脈沖電流波形的*個(gè)脈沖是球間隙擊穿時(shí)電容對(duì)電纜放電引起的，第二個(gè)脈沖則是由故障點(diǎn)傳來(lái)的故障點(diǎn)放電電流脈沖，以及在測(cè)量點(diǎn)反射脈沖迭加的結(jié)果，幅值是故障點(diǎn)放電電流脈沖的兩倍，即為2E/Z0（考慮傳播損耗，實(shí)際值要?。?，以后的脈沖則是電流行波在故障點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)之間來(lái)回反射造成的。波形上第二個(gè)負(fù)脈沖與第三個(gè)負(fù)脈沖之間的時(shí)間差Δt＝2τ，對(duì)應(yīng)于電流脈沖在故障點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)之間往返一次所需的時(shí)間，可用來(lái)計(jì)算故障點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)間的距離。

       需要注意，不要把電容對(duì)電纜的放電脈沖與故障點(diǎn)放電脈沖的時(shí)間差，即波形上*個(gè)與第二個(gè)負(fù)脈沖之間的時(shí)間，誤認(rèn)為是脈沖在故障點(diǎn)與測(cè)量點(diǎn)往返一次的時(shí)間2τ，由圖8看出，它比2τ多出了放電延時(shí)時(shí)間td，而td是不確定的，它與施加到故障點(diǎn)上的電壓、故障點(diǎn)破壞程度、電纜絕緣材料等因素有關(guān)。
       也就是說(shuō)，圖9c中，*個(gè)波形與第二個(gè)波形之間，時(shí)間差稍微大一些，第二個(gè)波形與第三個(gè)波形之間，測(cè)試數(shù)據(jù)相對(duì)準(zhǔn)確。 實(shí)際測(cè)試工作中，有時(shí)反射波形比較復(fù)雜時(shí)，對(duì)波形分析原理不是非常熟悉時(shí)，我們就直接分析后面有規(guī)律的反射波形，可以不管前面的自己不會(huì)分析的波形。
        除了故障點(diǎn)不擊穿波形，故障點(diǎn)正常擊穿波形，實(shí)際測(cè)試工作中，還有近端故障測(cè)試波形，故障點(diǎn)二次擊穿波形 ，詳見(jiàn)電纜故障測(cè)試儀使用說(shuō)明書(shū)第八章。
        三、直流高壓閃絡(luò)測(cè)試法（直閃法）

    高壓閃絡(luò)法，按測(cè)試方法分為直閃法、沖閃法，下面介紹直閃法 

    1. 直閃法應(yīng)用范圍

    直流高壓閃絡(luò)測(cè)試法（簡(jiǎn)稱(chēng)直閃法）用于測(cè)量閃絡(luò)擊穿性故障，即故障點(diǎn)電阻*，在用高壓試驗(yàn)設(shè)備把電壓升到一定值時(shí)就產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿的故障。

    據(jù)統(tǒng)計(jì)，能用直閃法測(cè)量的電纜故障，約占電纜故障總數(shù)的不到20%，在預(yù)防性試驗(yàn)中出現(xiàn)的電纜故障多屬于該類(lèi)故障。直閃法獲得的波形簡(jiǎn)單、容易理解。而一些故障點(diǎn)在幾次閃絡(luò)放電之后，往往造成故障點(diǎn)電阻下降，以致不能再用直閃法測(cè)試，故實(shí)際工作中應(yīng)珍惜能夠進(jìn)行直閃測(cè)試的機(jī)會(huì)。

    2. 接線

    直閃法接線如圖5所示，T1為調(diào)壓器、T2為高壓試驗(yàn)變壓器，容量在1～5千伏安之間，輸出電壓在10～50千伏之間；C為儲(chǔ)能電容器；L為線電流取樣耦合器。電流取樣耦合器L的輸出經(jīng)屏蔽電纜接測(cè)距儀器（閃測(cè)儀）的輸入端子。注意：一般感應(yīng)式電流取樣耦合器L的正面標(biāo)有放置方向，應(yīng)將電流耦合器按標(biāo)示的方向放置，否則，輸出的波形極性會(huì)不正確。

                          圖10   直閃法測(cè)試接線

    儲(chǔ)能電容C對(duì)高頻行波信號(hào)呈短路狀態(tài)，在故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電壓、電流行波到達(dá)后，起產(chǎn)生電流信號(hào)的作用，脈沖電容器，也可使用6千伏－40千伏（根據(jù)電纜電壓等級(jí)確定）的電力電容器，電容容量宜選在1～8微法。實(shí)際測(cè)試中，應(yīng)盡可能使電容容量大一些，這有助于使故障點(diǎn)充分放電，獲得的脈沖電流波形規(guī)范，容易識(shí)別。

     在實(shí)際測(cè)試中，往往出現(xiàn)因接線或電流取樣耦合器L放置不當(dāng)而造成的波形不規(guī)范，不容易識(shí)別故障點(diǎn)距離。應(yīng)嚴(yán)格按圖10接線，把高壓發(fā)生器接地線與電容器

低壓側(cè)出線連接在一起后接電纜的外皮。圖11是一種不正確的接線方法，操作人員往往圖方便，把電容低壓側(cè)出線接在接地網(wǎng)上，通過(guò)接地網(wǎng)與電纜外皮相接。行波經(jīng)過(guò)接地網(wǎng)傳播，可能因傳輸距離較長(zhǎng)，造成脈沖電流波形不規(guī)范。應(yīng)盡量縮短電容與電纜之間的連線，以避免因?qū)б€過(guò)長(zhǎng)造成波形失真。電流取樣耦合器L應(yīng)放在

電容器低壓側(cè)出線上。

                          圖11   不正確的接地

    為安全起見(jiàn)，高壓設(shè)備、電容器的外殼、電纜的完好線芯一定要就近接電站的接地網(wǎng)。

    圖10是相對(duì)地故障的接線，對(duì)于相對(duì)相故障來(lái)說(shuō)，可把其中一個(gè)故障芯線與地接在一起后進(jìn)行測(cè)試。其故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電流波過(guò)程與相對(duì)地類(lèi)似，故不再單獨(dú)

敘述。
    實(shí)際測(cè)試中，我們對(duì)其中一根故障相加壓，其余相不管有*，都可以直接與電纜鎧裝相連后接地，如圖12所示：

 
圖12  高壓閃絡(luò)法電纜接線示意圖 

     3. 故障點(diǎn)擊穿與否的判斷

     逐漸升高加在電纜上的直流電壓，當(dāng)電壓超過(guò)故障間隙擊穿電壓時(shí)，故障點(diǎn)擊穿放電。故障點(diǎn)擊穿，除了測(cè)量?jī)x器被觸發(fā)顯示出波形外，還可通過(guò)以下現(xiàn)象判斷：

    (1) 電壓突然下降（操作箱電壓表指針向刻度零點(diǎn)擺動(dòng)）；

    (2) 直流泄漏電流突然增大（微安表指針突然向上擺動(dòng)）；

    (3) 過(guò)電流繼電器動(dòng)作（使用直閃法，操作箱過(guò)流保護(hù)一定要打開(kāi)）；

    (4) 與試驗(yàn)設(shè)備相接的地線處出現(xiàn)“回火”，聽(tīng)到“啪，啪”的響聲。

   4. 直閃法測(cè)試脈沖電流波形
     直閃法，沖閃法兩種測(cè)試方法，只是接線方式有所區(qū)別，脈沖反射的原理形同，所以，波形分析的方法與前面講過(guò)的沖閃法相同。