WO2012162862A1

WO2012162862A1 - 用冲击振荡波原理检测电缆故障点和路径的装置及应用方法

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Publication number: WO2012162862A1
Application number: PCT/CN2011/001395
Authority: WO
Inventors: 王学义; 陆正弦; 杨唯物; 郑建康; 梁懿; 段玉杰
Original assignee: 西安福润德电子科技有限公司
Priority date: 2011-06-03
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2012-12-06
Also published as: CN102305901A; CN102305901B

Abstract

一种用冲击振荡波原理检测电缆故障点和路径的装置及方法。在该装置中，高压振荡波发生器（1）接地输出端（lb）连接待测故障电缆（3）的始端接地线（4）；发生器（1）高压输出端（la）连接电缆故障相（7）；故障相终端（14）接终端高压阻尼负载（15）；阻尼负载（15）的另一端接电缆终端接地线（6）；发生器（1）给电缆故障相（7）施加脉冲信号，使故障点（5）形成瞬间短路电弧，故障点前后形成两个频率相异的阻尼振荡波形并沿电缆辐射磁场信号（13）；检测该磁场信号（13），电缆故障点之前左侧有反映故障点前磁场信号变化的阻尼振荡波形（11），故障点之后右侧是故障点后磁场信号变化的阻尼振荡波形（12），二者频率不同，频率变化之处所对应的电缆位置就是故障点（5）所在位置。适应各种敷设状况下电缆故障检测，结构简单，使用方便，广泛用于电力系统。

Description

用冲击振荡波原理检测电缆故障点和路径的装置及应用方法

技术领域

本发明涉及一种电缆故障定位方法，具体涉及是一种用冲击振荡说

波原理检测电缆故障点和路径的装置及应用方法。背景技术

城镇化快速发展，为了美化环境和国防的需要，将大量架空的电书

力线路改为埋地电缆，使电缆的使用量迅速增加，而由于频繁的市政施工等原因又造成了大量的电缆故障发生，为了快速准确地找到地下电缆故障点，成为电缆抢修恢复送电的难题。尤其是面对越来越多的分支电缆、穿管电缆，传统检测电缆故障点方法多少存在一定的缺陷，目前主要方法有：

1、传统的声测法，及后续改进的声、磁同歩声测法，声、磁时差法，声、磁波形时差法均由于易受定位现场音频噪声干扰而难于有效正常工作。

2、跨步电压法，由于只能用于直埋电缆接地故障的定位而在现场应用中仅能适应少部分的故障，目前主要用于直埋超高压电缆金属外护套接地故障的定位。

3、音频感应法，只能用于特殊的金属性短路及开路故障定位，这种故障在大量发生的电缆故障中仅属特例。

4、钢铠电流磁场探测法有公开的专利，但仅理论可行，受电缆现场敷设状况的限制并不实用，其申请单位已将按其原理研制的产品从公司的宣传网页中撤除。

5、低压脉冲法、高压脉冲法（闪络法）、二次脉冲法、多次脉冲法，它们都仅能用于电缆故障的预定位，而非准确定位。

发明内容

本发明的目的是提供一种可对穿管、直埋、沟道、隧道敷设的电缆的主缆以及分支电缆的绝缘故障进行故障点定位的用冲击振荡波原理检测电缆故障点、路径的装置。

本发明的另一目的是利用该装置检测电缆故障点、路径应用方法。

为了克服现有技术的不足，本发明的技术方案是这样解决的：一种用冲击振荡波检测电缆故障点的装置，该装置包括一个高压振荡波发生器、待测故障电缆、磁场信号检测装置、显示单元、感应接收线圈、终端高压阻尼负载，本发明的特殊之处在于所述高压振荡波发生器由一个普通高压冲击脉冲信号源和一个高压谐振电抗器组成，其中所述普通高压冲击脉冲信号源的高压输出端与高压谐振电抗器的一端连接，所述高压谐振电抗器的另一端做为高压振荡波发生器的高压输出端与待测故障电缆的故障相连接；所述高压振荡波发生器的接地输出端与待测故障电缆的始端接地线连接；所述终端高压阻尼负载一端与待测故障电缆的终端故障相连接，所述终端高压阻尼负载接地端与待测故障电缆的终端接地线连接，所述磁场信号检测装置与感应接收线圈连接，所述在故障电缆上产生阻尼振荡波沿故障电缆传输并向外辐射磁场信号，用感应接收线圈接收该磁场信号输入给检测装置，检测装置接收的磁场信号由显示单元显示，人工观察显示单元上显示的阻尼震荡波的频率变化点来直观判断电缆故障点的位置。一种所述的装置检测电缆故障点、路径应用方法，按下述步骤进行：

1 )、高压振荡波发生器给待测故障电缆施加周期性的 5〜30kV高压冲击脉冲信号，使故障点形成瞬间短路电弧；

2 )、在故障电缆上产生两个频率相异的阻尼振荡波沿故障电缆传输并向外辐射磁场信号；

3 )、磁场信号检测装置与磁场信号感应接收线圈连接，磁场信号感应接收线圈沿故障电缆检测磁场信号的变化；

4 )、在电缆故障点之前的左侧有一个反映故障点前磁场信号变化的阻尼振荡波形，该阻尼振荡波形显示在磁场信号检测装置的显示单元上；

5 )、在电缆故障点之后的右侧，则是反映故障点后磁场信号变化的阻尼振荡波形，该阻尼振荡波形显示在磁场信号检测装置的显示单元上；

6 )、电缆故障点前、后波形频率变化其位置对应待测故障电缆的故障点所发生位置，即磁场信号从故障点前的较低频率到故障点之后的较高频率变化点所对应的电缆位置就是电缆故障点所在的位置，故障点前的频率取决于高压振荡波发生器及待测电缆的 LC参数，故障点后的频率取决于终端高压阻尼负载及待测电缆的 LC参数，设计高压振荡波发生器及终端高压阻尼负载使故障点后的阻尼振荡波频率是故障点前频率的 2倍以上则判断频率变化更直观，也就是判断故障点位置更直观。

本发明与现有技术相比，本发明的优点为：

1、故障检测时彻底不受故障检测现场音频噪声干扰的影响，判断直观简单；

2、适应穿管、直埋、沟道、隧道各种电缆敷设状况下的电缆故障检测；

3、可以边检测故障边查电缆路径走向；

4、可以迅速分辨多分支电缆中故障点发生在那个分支上。结构简单，使用方便，广泛用于电力系统、各企事业单位。附图说明

图 1为本发明检测方法的应用结构示意框图；

图 2为图 1的磁场信号感应接收线圈及故障电缆 3示意图；图 3 为图 1 的磁场信号检测装置显示的故障点前检测波形曲线图；

图 4为图 1 的磁场信号检测装置显示的故障点后检测波形曲线图。

图中， 1为本发明的高压振荡波发生器， la是其高压输出端， lb 是其接地输出端； 2是高压振荡波发生器中的高压谐振电抗器； 3是待测故障电缆； 4是待测故障电缆 3始端接地线； 5是故障点； 6是待测故障电缆 3终端接地线； 7是待测故障电缆 3故障相； 8是磁场信号检测装置； 9是磁场信号检测装置 8的波形显示单元； 10是磁场信号检测装置 8的磁场信号感应接收线圈； 11是磁场信号检测装置 8 在故障点前的检测波形； 12是磁场信号检测装置 8在故障点后的检测波形； 13是故障电缆 3的磁场信号示意； 14是待测电缆 3故障相的终端； 15是本发明的终端高压阻尼负载。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。实施例 1

参照图 1所示，一种用冲击振荡波检测电缆故障点的装置包括一个高压振荡波发生器 1、待测故障电缆 3、磁场信号检测装置 8、显示单元 9、感应接收线圈 10、终端高压阻尼负载 15，所述高压振荡波发生器 1由一个普通高压冲击脉冲信号源和一个高压谐振电抗器 2 组成，其中所述普通高压冲击脉冲信号源的高压输出端与高压谐振电抗器 2的一端连接，所述高压谐振电抗器 2的另一端做为高压振荡波发生器的高压输出端 la与待测故障电缆的故障相 7连接；所述高压振荡波发生器 1的接地输出端 lb与待测故障电缆 3的始端接地线 4 连接；所述终端高压阻尼负载 15—端与待测故障电缆 3的终端故障相 14连接，所述终端高压阻尼负载 15接地端与待测故障电缆 3的终端接地线 6连接，所述磁场信号检测装置 8与感应接收线圈 10连接，所述在故障电缆 3上产生阻尼振荡波沿故障电缆 3传输并向外辐射磁场信号 13，用感应接收线圈 10接收该磁场信号输入给检测装置 8，检测装置 8接收的磁场信号 13由显示单元 9显示，人工观察显示单元上显示的阻尼震荡波的频率变化点来直观判断电缆故障点的位置。实施例 2

一种所述的装置检测电缆故障点、路径应用方法，按下述步骤进行：

1 )、高压振荡波发生器 1给待测故障电缆 3施加周期性的 5〜30kV 高压冲击脉冲信号，使故障点 5形成瞬间短路电弧；

2 )、在故障电缆 3上产生两个频率相异的阻尼振荡波沿故障电缆 3传输并向外辐射磁场信号 13;

3 )、磁场信号检测装置 8与磁场信号感应接收线圈 10连接，磁场信号感应接收线圈 10沿故障电缆 3检测磁场信号的变化；

4 )、在电缆 3故障点 5之前的左侧有一个反映故障点前磁场信号变化的阻尼振荡波形 11，该阻尼振荡波形 11显示在磁场信号检测装置 8的显示单元 9上；

5 )、在电缆 3故障点 5之后的右侧，则是反映故障点后磁场信号变化的阻尼振荡波形 12，该阻尼振荡波形 12显示在磁场信号检测装置 8的显示单元 9上；

6 )、电缆 3故障点 5前、后波形频率变化其位置对应待测故障电缆 3的故障点 5所发生位置，即磁场信号 13从故障点 5前的较低频率到故障点 5之后的较高频率变化点所对应的电缆 3位置就是电缆 3 故障点所在的位置，故障点 5前的频率取决于高压振荡波发生器 1及待测电缆 3的 LC参数，故障点 5后的频率取决于终端高压阻尼负载 15及待测电缆 3的 LC参数，设计高压振荡波发生器 1及终端高压阻尼负载 15使故障点 5后的阻尼振荡波频率是故障点 5前频率的 2倍以上则判断频率变化更直观，也就是判断故障点位置更直观。

图 1中的磁场信号检测装置 8包括显示单元 9、感应接收线圈 10，该装置如果用于检测电缆 3故障点时，其显示单元 9开始显示的为故障点 5之前检测磁场信号 13的阻尼振荡波形 11，当装置沿电缆 3路径走向移动到达故障点 5之后，显示单元 9此时显示的为故障点 5之后检测磁场信号 13的阻尼振荡波形 12，为了清楚显示两个频率相异的阻尼振荡波形 11、 12 , 图 1中高压振荡波发生器 1、终端高压阻尼负载 15及待测电缆 3的 LC参数决定了故障点 5后的阻尼振荡波频率是故障点 5之前的 2倍以上，磁场信号检测装置 8的显示单元 9所显示的阻尼振荡波形频率变化时其磁场信号感应接收线圈位置对应了待测电缆 3的故障点 5的位置，显示单元 9在故障点 5作为分界点前后显示两种不同频率的阻尼振荡波形 11、 12。当装置用于检测电缆 3 路径走向时，显示单元 9也是在故障点 5前显示显示阻尼振荡波形 11，在故障点 5之后显示阻尼振荡波形 12。

图 2、给出了磁场信号感应接收线圈 10检测磁场信号 13时与待测故障电缆 3的相对位置。

图 3、给出了磁场信号检测装置 8在电缆 3的故障点 5之前检测磁场信号 13时显示的波形 11，该波形为一个阻尼振荡波形，当磁场信号检测装置 8沿故障电缆 3往前移动，磁场信号检测装置 8始终有波形 11显示，过了故障点 5的位置之后磁场信号检测装置 8显示的波形由 11变为波形 12显示，此时此地波形频率的变化处即为电缆 3 的故障点 5所在位置。

图 4、给出了磁场信号检测装置 8在电缆 3的故障点 5之后检测磁场信号 13时显示的波形 12，该波形也是一个阻尼振荡波形但其频率是波形 11阻尼振荡波形频率的 2倍以上，当磁场信号检测装置 8 沿故障电缆 3再往后继续移动，磁场信号检测装置 8显示的波形 12 一直存在。

故障定位时，在待测电缆 3的故障相与屏蔽层或另一故障相之间施加周期性的高压冲击脉冲信号，由于电缆 3自身的分布参数特性且电缆 3的平衡是相对的，它对于高压冲击脉冲信号的响应必然是在信号源与故障点以及故障点与终端高压阻尼负载之间的电缆 3 中形成各自频率相异的阻尼振荡波沿电缆 3传输并向外辐射产生磁场信号，故障点前后沿电缆 3均可收到此磁场信号；用可以检测该磁场信号变化的磁场信号检测装置从高压振荡波发生器端开始沿电缆 3 检测磁场信号的变化，至故障点前均应能收到阻尼振荡波产生的波磁场信号，而故障点后收到另一个更高频率的阻尼振荡产生的磁场信号，磁场信号频率变化的地方所对应的电缆 3位置就是电缆 3故障点所在的位置。

其中，考虑到电缆 3故障可能发生在电缆 3的任何位置，如果发生在电缆 3的始端，电缆 3分布参数中的电感、电容很小不足以产生明显的阻尼振荡波，故本发明所述的高压振荡波发生器是由常用的普通高压冲击脉冲信号源串接高压谐振电抗器组成，常用的高压冲击脉冲信号源内均有脉冲电容，只要增加高压谐振电抗器即可用。

为了产生故障点后更高频率的阻尼振荡波，本发明须在待测电缆 3故障相的终端与终端地线之间连接终端高压阻尼负载 15。

所述的磁场信号检测装置的磁场信号感应接收线圈 10必须是空心线圈，一个就可以检测，两个可以比较的检测，还可以测电缆 3走向路径，但绝对不可以使用带铁芯或磁芯的磁场信号感应接收线圈，否则会自己产生阻尼振荡造成误判。

所述的磁场信号检测装置的磁场信号感应接收线圈 10使用时其线圈平面应平行于待测电缆 3，保证表征磁场信号的磁力线穿过磁场信号感应接收线圈 10。

实施例 3

本发明的磁场信号检测装置 8还可以用来检测电缆 3路径，当磁场信号感应接收线圈 10置于待测电缆 3位置之上，在故障点 5之前则波形 11幅度最大，此时再沿地面往前走，检测装置始终有波形 11 显示，若检测装置 8没有波形 11显示，说明检测装置 8与电缆 3路径偏斜，应调整检测装置 8 (或左或右）选择电缆 3路径的方向，波形 11幅度最大时磁场感应接收线圈 10在地面的路径其下面对应的就是地下电缆 3在故障点 5之前的路径；在电缆 3故障点 5之后的电缆 3附近磁场信号检测装置 8应始终都有波形 12显示，其幅度最大时磁场信号感应接收线圈 10在地面的路径其下面对应的就是地下电缆 3在故障点 5之后的路径。

Claims

1、一种用冲击振荡波检测电缆故障点的装置，该装置包括一个高压振荡波发生器（1)、待测故障电缆（3)、磁场信号检测装置（8)、显示单元（9)、感应接收线圈（10)、终端高压阻尼负载（15)，其特征在于所述高压振荡波发生器（1) 由一个普通高压冲击脉冲信号源和一个高压谐振电抗器（2) 组成，其中所述普通高压冲击脉冲信号源的高压输出端与高压谐振电抗器（2) 的一端连接，所述高压谐振电抗器（2) 的另一端做为高压振荡波发生器的高压输出端（la) 与待测故障电缆的故障相（7)连接；所述高压振荡波发生器（1) 的接地输出端（lb) 与待测故障电缆（3) 的始端接地线（4)连接；所述终端高压阻尼负载（15)—端与待测故障电缆（3)的终端故障相（14) 连接，所述终端高压阻尼负载（15) 接地端与待测故障电缆（3) 的终端接地线（6)连接，所述磁场信号检测装置（8) 与感应接收线圈

(10)连接，所述在故障电缆（3)上产生阻尼振荡波沿故障电缆（3) 传输并向外辐射磁场信号（13)，用感应接收线圈（10) 接收该磁场信号并输入给检测装置（8)，检测装置（8) 接收的磁场信号由显示单元（9)显示，人工观察显示单元（9)上显示的阻尼震荡波的频率变化点来直观判断电缆故障点（5) 的位置。

2、一种如权利要求 1所述的装置检测电缆故障点、路径应用方法，其特征在于按下述步骤进行：

1)、高压振荡波发生器（1)给待测故障电缆（3)施加周期性的 5〜30kV高压冲击脉冲信号，使故障点（5) 形成瞬间短路电弧；

2)、在故障电缆（3) 上产生两个频率相异的阻尼振荡波沿故障电缆（3) 传输并向外辐射磁场信号（13);

3)、磁场信号检测装置（8) 与磁场信号感应接收线圈（10) 连接，磁场信号感应接收线圈（10) 沿故障电缆（3) 检测磁场信号的变化；

4)、在电缆（3)故障点（5)之前的左侧有一个反映故障点前磁场信号变化的阻尼振荡波形（11)，该阻尼振荡波形（11) 显示在磁场信号检测装置（8) 的显示单元（9) 上；

5)、在电缆（3) 故障点（5)之后的右侧，则是反映故障点后磁场信号变化的阻尼振荡波形（12)，该阻尼振荡波形（12) 显示在磁场信号检测装置（8) 的显示单元（9) 上；

6)、电缆（3) 故障点（5)前、后波形频率变化其位置对应待测故障电缆（3) 的故障点（5)所发生位置，即磁场信号（13) 从故障点（5)前的较低频率到故障点（5)之后的较高频率变化点所对应的电缆（3) 位置就是电缆（3) 故障点所在的位置，故障点（5) 前的频率取决于高压振荡波发生器（1)及待测电缆（3) 自身的 LC参数，故障点（5)后的频率取决于终端高压阻尼负载（15)及待测电缆（3) 自身的 LC参数，设计高压振荡波发生器（1)及终端高压阻尼负载（15) 使故障点（5)后的阻尼振荡波频率是故障点（5)前频率的 2倍以上则判断频率变化更直观，也就是判断故障点位置更直观。