電力電纜故障測量中接地電流消除方法的研究

1 引言

　　電力電纜作為電力系統(tǒng)的重要設(shè)備，其安全運(yùn)行具有重要意義。一旦發(fā)生故障將直接影響設(shè)備的安全運(yùn)行，可能引發(fā)火災(zāi)事故，擴(kuò)大事故范圍，導(dǎo)致大面積停電。尤其是在多雨、潮濕季節(jié)，電纜容易受潮，導(dǎo)致電纜發(fā)生故障。但由于電力電纜(以下簡稱電纜)大多埋于地下，一旦發(fā)生故障，查找十分困難。因此研究一種快速、準(zhǔn)確、方便查找電纜接地故障和斷相故障的方法，快速排除電纜故障，將給電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行以強(qiáng)力支援。

　　倒置電橋法作為經(jīng)典電橋法的改進(jìn)方法，對電纜長度沒有限制、制成裝置體積小易使用．且在故障點(diǎn)的接地電阻低于1 MΩ時，能得到誤差為1％高精度的檢測結(jié)果。而消除接地電流是倒置電橋法實(shí)現(xiàn)的前提，在倒置電橋法的基礎(chǔ)上，本文詳細(xì)分析了消除接地電流原理，并通過模擬試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。

2 電橋法

　　電橋法的理論基礎(chǔ)是電橋平衡原理，即在電橋平衡時，利用故障電纜接線端和故障點(diǎn)之間的電阻與無故障電纜電阻之比對應(yīng)于故障距離與總長度之比，確定故障點(diǎn)。直流電橋法是最早采用的探測電纜故障方法，多應(yīng)用于低阻接地和相間短路故障中，且精確度較高，但一般要求故障點(diǎn)電阻不超過10 kΩ，通常選取2 kΩ以下為宜。

　　傳統(tǒng)電橋法是將被測電纜末端與無故障相末端短接，電橋兩端分別與被測相和無故障相連接，如圖1所示，其等效圖如圖2所示。

　　圖2中，RX是接線端到故障點(diǎn)的電阻，R0是無故障相電阻。根據(jù)電橋平衡，可得：

　　計算RX阻值，利用RX的阻值與電纜長度成正比，確定故障點(diǎn)的距離。

　　由于傳統(tǒng)電橋法受故障點(diǎn)電阻影響，因此測量誤差大，對無故障相的要求較高。

3倒置電橋法的基本原理

　　倒置電橋法電路圖如圖3所示，其等效圖如圖4所示。圖4中，設(shè)可調(diào)電阻Rf調(diào)節(jié)點(diǎn)左端的電阻為Rm。通過調(diào)節(jié)Rf使檢流計G中無電流通過，從而使電橋達(dá)到平衡?？傻茫?br />  
 

　　因此，倒置電橋具有如下特點(diǎn)：

　　將故障相電阻轉(zhuǎn)移到電橋，當(dāng)電橋達(dá)到平衡后，理想狀態(tài)下故障電阻對測量精度無任何影響；

　　待測電阻RX與R0+(R0-RX)串聯(lián)，由式(3)得出可調(diào)電阻的檔位就是故障點(diǎn)距離與故障相總長之比。因此，這種接線對故障電纜總長度無任何限制。

4消除接地電流

　　故障檢測時，接地電流對測量精度有很大影響。因此，在施加電橋電源之前消除接地電流有助于提高測量精度。倒置電橋法主要是利用基爾霍夫定理消除接地電流，其原理圖如圖5所示，等效電路圖如圖6所示。

　　　　圖6中，假設(shè)無外接電源時流經(jīng)檢流計G的接地電流為I地，則流經(jīng)檢流計G的電流電源來自于E1、E2和I地，根據(jù)電流電源不同圖6可分解為3個獨(dú)立電路，如圖7所示。

 
　　其中r1，r2分別為電源1和電源2的內(nèi)阻，令

5模擬實(shí)驗(yàn)

　　為了驗(yàn)證該方法的有效性，設(shè)計了如圖8所示的實(shí)驗(yàn)電路。圖中接地電流消除接線如圖5所示，其中選取100 m試驗(yàn)電纜，并在分別總長的1／5、2／5、3／5、4／5處人為制造絕緣故障點(diǎn)，無故障測量電纜選取為50 m，采用阻值為2 kΩ的可調(diào)電阻器。當(dāng)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻器至適當(dāng)位置時，在多種情況下靈敏電流計讀數(shù)均為零，說明接地電流已消除。

6 結(jié)束語

　　介紹了倒置電橋法測量電力電纜故障的基本原理，詳細(xì)分析了在倒置電橋法接線方式下消除接地電流消除的方法，給出了分解電路及其公式。并通過實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ万?yàn)證了在實(shí)際情況下倒置電橋法對消除接地電流的有效性。