CN108828408B - 无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置及方法 - Google Patents

无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置及方法，所述装置包括集肤电缆和微电位计，集肤电缆上方地面上沿集肤电缆走向铺设有双芯电缆，双芯电缆与集肤电缆等长；双芯电缆包括a芯线和b芯线，a芯线两端分别接入一个滑动变阻器，两个滑动变阻器的滑变端分别与a芯线两端相连接，两个滑动变阻器的固定端分别与集肤电缆两端相连接，b芯线一端与其中一个滑动变阻器的固定端相连接，b芯线另一端与另一个滑动变阻器的滑变固定端相连接，微电位计一端接地，另一端通过探针与其中一个滑动变阻器的滑变端挂接。本发明能够避免对上述电缆高阻故障采用的传统探测手段的不足，实现对埋地集肤电伴热系统的高阻故障的无损检测。

Description

无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种埋地液体介质传输管道电伴热故障探测分析装置及方法，具体涉及一种基于集肤效应的电伴热高阻接地故障的无损探测分析装置及方法。
背景技术
在石油化工领域的中长距离液体传输管道通常是埋地的(每中继站间距最长可达50公里)，目前中长距离管道的液体介质维温通常采用集肤效应电伴热系统。
常规集肤效应电伴热系统基本结构是：二相交流电源经变压器和配电控制柜将负载电压加到集肤加热电缆上；作为负载，集肤加热电缆串接在钢管内，在钢管末端将电缆和钢管牢固压接，当首端在电缆和钢管之间通以交流电后，电流沿电缆再经过钢管回到电源端。
负载(本体是集肤加热电缆和钢管)随工艺管道一起做保温后埋地，管道埋深取决于地形，当管道穿越河道和公路桥涵隧道时埋深局部将超过10米。
埋地集肤效应电伴热电缆故障类型分三类：埋地电缆直接对钢管短路和低电阻故障、电缆对钢管高电阻故障、电缆开路(断线)故障。
因集肤加热电缆和钢管结构类比于电力电缆芯线和电缆的金属铠装层，所以电力电缆故障探测方法可以套用到集肤电伴热系统测量中，即根据不同故障类型可采取以下几种手段进行探测：
(1)对集肤电缆对钢管金属短路和低电阻故障(小于150欧姆)，通常采用万用表初测和惠斯通电桥法判断故障部位；
(2)对集肤电缆开路(断线)故障，可采用低压脉冲结合示波器法和测电容电流法判断故障部位；
(3)对集肤电缆对钢管高电阻和故障点因碳化而似通未通现象，可采用高压闪络的反射波形判断和拾音法进行故障定位(上述第三种高阻接地故障如下附图1)。
以上三种故障处理方法中，前两种故障处理方式对集肤电缆来说是无损伤探测，对对第三种故障探测，则属于有损探测，即给集肤电缆施加高压脉冲在故障处击穿放电：每隔几秒钟就将脉冲高压注入电缆芯线和绝缘层之间；由于埋地集肤电缆有坚固的钢管、外面还用诸如聚氨酯发泡保温材料和聚乙烯类黑夹克防护，电缆故障处放电产生的机械冲击波能量90％以上将被松软的保温层吸收、余下的能量再经钢管和大地衰减，地面拾音将非常困难，特别是野外背景噪音会掩盖微弱放电声音；因此探测时只得升压加大放电强度，这样的探测方式对集肤电缆本身而言是有损探测：会造成集肤加热电缆绝缘层内脉冲冲击能量累积而产生树枝放电而造成电缆绝缘等级下降、缩短电缆使用寿命后果等。
目前还没有一种的测试装置可以实现对上述集肤电缆高阻故障进行无损检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种基于等电位法原理的无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置及方法，它能够避免对上述电缆高阻故障采用的传统探测手段(容易二次损坏电缆、扩大电缆故障)的不足，实现对埋地集肤电伴热系统的高阻故障的无损检测。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置，它包括集肤电缆，集肤电缆上方地面上沿集肤电缆走向铺设有双芯电缆，双芯电缆与集肤电缆等长；双芯电缆包括a芯线和b芯线，a芯线两端分别接入一个滑动变阻器，两个滑动变阻器的滑变端分别与a芯线两端相连接，两个滑动变阻器的固定端分别与集肤电缆两端相连接，b芯线一端与其中一个滑动变阻器的固定端相连接，b芯线另一端串入一个断路器和电池组后与另一个滑动变阻器的滑变固定端相连接；
所述装置还包括一微电位计，微电位计一端接地，另一端通过探针与其中一个滑动变阻器的滑变端挂接。
优选的，探针包括×1和×10档位，微电位计通过探针的×10档位与其中一个滑动变阻器的滑变端挂接。
优选的，双芯电缆的芯线截面不小于4mm2。
优选的，滑动变阻器的量程为0～20欧姆。
优选的，电池组的电压为1.5～12V。
优选的，电池组可通过拆分调节电压。
优选的，双芯电缆带绝缘护套。
一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、用一根不带接头的双芯电缆，沿有故障点的埋地钢管走向在其上方地面敷设，并与埋地钢管内的集肤电缆等长；
步骤二、在双芯电缆的a芯线两端各自接入一个的滑动变阻器，两个滑动变阻器的滑变端分别与a芯线两端相连接，两个滑动变阻器的固定端分别与集肤电缆两端相连接；
步骤三、把双芯电缆的b芯线一端与其中一个滑动变阻器的滑变端连接，b芯线另一端串入一个断路器和电池组后与另一个滑动变阻器的固定端相连接；
步骤四、合上开关K，电流从电源E正极经滑变电阻R3、a芯电缆R2、滑变电阻R1流过回到电源E负极，取一微电位计，将微电位计一端接地，另一端通过探针分别与两个滑动变阻器的滑变端挂接，将两个滑变电阻器分别从0欧滑到20欧，微电位计将分别记录到4个点P1\P2\P3\P4的不同偏置位置；
步骤五、由基尔霍夫定律，流经直流电阻的电压降随电阻值为线性变化，而滑变电阻值可测，电缆a芯电阻可测，按比例计算滑变电阻和电缆芯线的换长关系；
步骤六、将步骤五中四个点P1\P2\P3\P4的电阻和电压坐标绘制成线性外推三角形图，根据三角形的比例关系外推到坐标原点，计算出坐标原点的相对电阻总值；
步骤七、通过电阻比例关系，求得电缆换长比例关系，根据双芯电缆铺设长度，可计算得到零电位的位置。
更进一步的，步骤七计算得到零电位位置后，用探针挂接微电位计针刺双芯电缆对该位置电位进行验证，确认是否为故障点。
优选的，验证时探针用×1档。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明对长输管线埋地集肤电缆热系统(单通道回路长达12公里)所有故障均可采用无损检测手段完成，并且在常规无损的电桥法、低压脉冲法基础上，发明一种对高阻故障的等电位法，使得全系列电缆故障均可通过无损检测处理，并且该发明装置仅通过描图外推计算，不需复杂和危险的高压电容放电设备，不需沿途布设裸电线，测试期间不沿扰交通和施工，就可判断并验证故障部位。
本发明装置可推广到埋地铠装电力电缆高阻接地故障的探测。
附图说明
图1为本发明实施例中带高阻接地故障的埋地集肤效应电伴热管线路的示意图。
图2为本发明实施例的等电位接线示意图。
图3为本发明实施例的等效电路图。
图4为图3的线性外推三角形图。
图5为探针刺测试芯线验证地下电缆故障部位的示意图。
其中：
埋地钢管1、集肤电缆2、电缆接地故障点3、接线盒4、介质管5、防水保温层6、双芯电缆7、滑动变阻器8、电池组9、断路器10、微电位计11。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1、图2所示，本实施例中的一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置，它包括埋地钢管1，所述埋地钢管1内穿装有集肤电缆2，按地面相对标高为EL 0米，集肤电缆2在地下某处对埋地钢管1有高电阻接地故障(大于150欧姆)的电缆接地故障点3，用兆欧表摇测显示集肤电缆芯线对钢管短路；集肤电缆2左右两端设置有接线盒4，埋地钢管1上方设置有介质管5，埋地钢管1和介质管5外设置有防水保温层6；
埋地钢管1上方地面上沿埋地钢管1走向铺设有双芯电缆7，双芯电缆7与埋地管道1内的集肤电缆2等长；双芯电缆7包括a芯线和b芯线，a芯线两端分别接入一个滑动变阻器8，两个滑动变阻器8的滑变端分别与a芯线两端相连接，两个滑动变阻器8的固定端通过连接端子和连接铜管分别与集肤电缆2两端的接线盒4相连接，b芯线一端与其中一个滑动变阻器8的固定端相连接，b芯线另一端串入一个断路器10(即开关K)和电池组9后与另一个滑动变阻器8的滑变固定端相连接；
所述装置还包括一微电位计11，微电位计11一端接地，另一端通过探针与其中一个滑动变阻器8的滑变端挂接；
探针包括×1和×10档位，微电位计11通过探针的×10档位与其中一个滑动变阻器8的滑变端挂接；
双芯电缆7的芯线截面不小于4mm2；
滑动变阻器8的量程为0～20欧姆；
电池组9的电压为1.5～12V。
装置原理：
因有接地故障的集肤电缆和地面双芯电缆并联，并且两者走向和长度一致(不计标高升降带来的误差)，当在该并联两端加上直流电压后，那么，埋地集肤电缆上的每一处的电位必将和地面上测试辅助电缆芯线上有一个对应点电位相同，当推断出地面电缆故障为零电位部位，即可判断地下集肤电缆的对应部位是对地零电位，即故障点。
详细工作过程如下：
如图2所示，将双芯电缆(芯线截面不小于4mm2)沿埋地管道走向，在地面其上方部位铺设(最长有几公里)，不考虑地下标高升降带来的误差，则认为双芯电缆和埋地集肤电缆等长。然后将地面电缆两端各自剥开，其中的a芯线两端各自接入一个滑动变阻器(0～20欧姆量程)的滑变端，然后固定端和地下有接地故障的集肤电缆两端(接线盒内)用铜管压接。然后把双芯电缆的b芯线一端和固定端连接，另一端串入一个断路器(即单向断路开关)，紧接着串接1个干电池组(1.5～12V)，然后和滑动变阻器固定端连接；
如图3的等效电路图，将微电位计一端接地，另一端通过×10档位探针与其中一个电缆端点的滑变电阻器滑变端挂接；
对应图4，结合图3，合上开关K(即断路器)，电流从电源E(即干电池组)正极经滑变R3、a芯电缆R2、滑变R1流过回到电源E负极，将两边的滑变电阻分别从0欧滑到20欧，微电位计(通过10倍衰减)将分别记录到4个点P1\P2\P3\P4的不同偏置位置，因中间段为护套电缆微电位计只在滑变段测，上述4个点的电压偏置正好相反；
不断调整(减少电池电压)，在滑变段0欧姆附近固定(两边对称)，使得微电位计指针在满刻度以内(但方向相反)；在滑变20欧姆附近固定，会有2个方向相反但刻度不一致的2个电位，记录其中一个刻度小的数据，再在对称侧移动滑变，记录电位计方向相反但刻度值一样的数据；
由基尔霍夫定律，流经直流电阻的电压降随电阻值为线性变化的，而滑变电阻值可测，电缆a芯电阻可测，则滑变电阻和电缆芯线按比例可计算换长。则可两边数据设定一个未知变量后，可根据三角形的比例关系外推到坐标原点，计算出坐标原点的相对电阻总值(左右三角形不是同一个值)。
在极限情况下，比如滑变R1＝0，滑变R3＝量程内某数字时，微电位计有一个零位。
通过电阻比例关系，求得电缆换长比例关系，根据双芯电缆铺设长度，可计算得到零电位的位置。
参见图5，根据计算得到的零电位位置，用探针换×1档挂接微电位计，刺穿双芯电缆a芯看指针是否偏转0位，从而对该位置进行验证。
通过R1和R3的变换，在掌握滑变电阻和a芯线电阻比例关系和刻度对应地下集肤电缆长度对应长度位置后，仅仅在电缆两端的测量和外推，就可以绕过中间长距离a芯线的盲目刺穿电缆测试，获得电位计零电位位置，从而确定下电缆故障部位。
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置，其特征在于：它包括集肤电缆（2），集肤电缆（2）上方地面上沿集肤电缆（2）走向铺设有双芯电缆（7），双芯电缆（7）与集肤电缆（2）等长；双芯电缆（7）包括a芯线和b芯线，a芯线两端分别接入一个滑动变阻器（8），两个滑动变阻器（8）的滑变端分别与a芯线两端相连接，两个滑动变阻器（8）的固定端分别与集肤电缆（2）两端相连接，b芯线一端与其中一个滑动变阻器（8）的固定端相连接，b芯线另一端串入一个断路器（10）和电池组（9）后与另一个滑动变阻器（8）的滑变固定端相连接；
所述装置还包括一微电位计（11），微电位计（11）一端接地，另一端通过探针与其中一个滑动变阻器（8）的滑变端挂接；所述装置的测定方法包括以下步骤：
步骤一、用一根不带接头的双芯电缆，沿有故障点的埋地钢管走向在其上方地面敷设，并与埋地钢管内的集肤电缆等长；
步骤二、在双芯电缆的a芯线两端各自接入一个滑动变阻器，两个滑动变阻器的滑变端分别与a芯线两端相连接，两个滑动变阻器的固定端分别与集肤电缆两端相连接；
步骤三、把双芯电缆的b芯线一端与其中一个滑动变阻器的滑变端连接，b芯线另一端串入一个断路器和电池组后与另一个滑动变阻器的固定端相连接；
步骤四、合上开关K，电流从电源E正极经滑变电阻R3、a芯电缆R2、滑变电阻R1流过回到电源E负极，取一微电位计，将微电位计一端接地，另一端通过探针分别与两个滑动变阻器的滑变端挂接，将两个滑变电阻器分别从0欧滑到20欧，微电位计将分别记录到4个点P1P2P3P4 的不同偏置位置；
步骤五、由基尔霍夫定律，流经直流电阻的电压降随电阻值为线性变化，而滑变电阻值可测，电缆a芯电阻可测，按比例计算滑变电阻和电缆芯线的换长关系；
步骤六、将步骤五中四个点P1P2P3P4的电阻和电压坐标绘制成线性外推三角形图，根据三角形的比例关系外推到坐标原点，计算出坐标原点的相对电阻总值；
步骤七、通过电阻比例关系，求得电缆换长比例关系，根据双芯电缆铺设长度，可计算得到零电位的位置。
2.根据权利要求1所述的一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置，其特征在于：探针包括×1和×10档位，微电位计（11）通过探针的×10档位与其中一个滑动变阻器（8）的滑变端挂接。
3.根据权利要求1所述的一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置，其特征在于：双芯电缆（7）的芯线截面不小于4mm2。
4.根据权利要求1所述的一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置，其特征在于：滑动变阻器（8）的量程为0~20欧姆。
5.根据权利要求1所述的一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置，其特征在于：电池组（9）的电压为1.5~12V。
6.根据权利要求5所述的一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置，其特征在于：电池组（9）可通过拆分调节电压。
7.根据权利要求1所述的一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置，其特征在于：双芯电缆（7）带绝缘护套。
8.根据权利要求1所述一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置，其特征在于：步骤七计算得到零电位位置后，用探针挂接微电位计针刺双芯电缆对该位置电位进行验证，确认是否为故障点。
9.根据权利要求1所述一种无损测定埋地集肤效应电伴热高阻接地故障的装置，其特征在于：验证时探针用×1档。
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