高阻故障用低压脉冲法测不出来,这一句话是二次脉冲法存在的全部理由。低压脉冲的发射电压只有几十伏,云长标的是 30 伏,这点电压加在受潮或碳化的故障通道上,通道根本建立不起来,行波走到故障点感受不到足够的阻抗变化,波形上便什么也没有。二次脉冲法做的只有一件事:先用高压把故障点打成弧光接地,让它临时变成低阻,再注入低压脉冲去测。
二次脉冲法给出的不是一条更好看的波形,而是两条波形的差。这个差字决定了它的全部优点,也决定了它全部的短板:判读不再需要数波头,可一旦抓不到燃弧那一下,两条波形会重合得让人无从下手。重合便没有答案。
低压脉冲法能测的故障有名单,高阻不在名单上。DL/T 849.1-2019《电力设备专用测试仪器通用技术条件》里,电缆故障闪测仪那一部分把分工写得很清楚:这类仪器一般具备低压脉冲法、脉冲电流法与弧反射法三种模式,低压脉冲法模式下可探测开路、低阻与短路,脉冲电流法与弧反射法则要借助直流高压电源去探测高阻。
标准列出的这份名单是方法的边界,不是经验的总结。开路、低阻、短路在低压下便有明确的阻抗突变,行波走得过去也折得回来。高阻故障不一样,它的通道要电压升到击穿值才导通。低压下它不导通。
故障点导不导通,取决于加在它上面的电压。故障电阻从几百千欧到几十兆欧不等,受潮、碳化通道、放电间隙各有各的击穿值。30 伏的低压脉冲分摊到故障点上,离击穿值差着几个数量级,仪器再灵敏也没有用。电压不够是根子。
故障点在低压下不导通,恰好解释了现场那个常见现象:低压脉冲法打出来的波形上,发射脉冲之后一路平静,直到电缆末端才出现一个与入射同极性的反射,故障点该在的位置上什么也没有。仪器没坏,波形也没问题,是故障点当时根本不导通。波形本身没错。
脉冲电流法、脉冲电压法、弧反射法走的是同一条路:先上高压把故障点打成导通,再用行波去测。差别只在导通之后测什么:前两种测电流行波与电压行波,第三种回过头来再打一次低压脉冲。
脉冲电压法正在被淘汰,原因是仪器侧与高压电源部分有直接电气连接,存在安全隐患。DL/T 849.1-2019 在术语里特别注明了这一点。这一注解释了为什么现场主流只剩下脉冲电流法与弧反射法两条路。
弧反射法在标准里的正式定义,包含燃弧时与熄弧后两次注入。DL/T 849.1-2019 术语里,弧反射法的定义是:向电缆施加直流高压,使故障点出现弧光接地,在燃弧时和电弧熄灭后,分别注入低压脉冲信号,通过比较测试波形得出故障距离。该术语原文注明,它又称二次脉冲法或多次脉冲法。
基线波形在电弧熄灭后注入。故障通道断开,行波一路走到电缆末端,波形上只有与入射同极性的末端反射,故障点位置没有反射。
燃弧波形在燃弧期间注入。故障点被电弧短接,等效阻抗远低于电缆波阻抗,行波走到这里便被折回来,反射极性与入射相反。
两条波形从某一点开始分开,那个分叉点的位置便是故障点。DL/T 849.1-2019 附录 B 给出的距离计算式在这里照样适用:故障点与测试端的距离,等于脉冲传输波速度乘入射脉冲与反射脉冲的时间差,再除以二。
二次脉冲法把认波形换成了比波形,省掉数波头这一步。脉冲电流法要在电流行波上数出哪一个波头对应故障点、哪一个对应末端,数错一位便差出整段长度。不数波头,只看两条波形开始分开的位置。这个替换看着不起眼,落到现场却省掉了相当容易出错的一步。这一步常出错。
电弧维持的时间是有限的。高压一撤、通道冷却,故障点又变回高阻,此刻打进去的脉冲与基线波形没有区别,两条波形叠在一起,分叉点便无从谈起。二次脉冲法用得上用不上,取决于这一个窗口够不够宽。窗口一瞬即过。
窗口宽不宽由故障性质决定,不由仪器决定。仪器能做的是在窗口内尽量多打几条、打得更准,做不到的部分谁也补不上。
闪络性故障的电弧维持时间很短,低压脉冲还没打完弧已经灭了,抓到的两条波形几乎重合。这类情形改用脉冲电流法往往更可靠:它记录的是击穿瞬间的电流行波,不要求在燃弧期间再注入一次,时间窗的压力小得多。换个方法更稳。
标准把二次脉冲法与多次脉冲法列为同一术语的不同叫法。落到设备上,注入次数可以有差别:有的在燃弧期间只打一条,有的在窗口内连续打多条并同屏显示。窗口越短、电弧越不稳,多打几条越容易挑出一条可用的。北京康高特(KGT)自研的云长高精度电缆故障测距仪官网列出的预定位方法里写的便是多次脉冲法。
高阻故障占二次脉冲法应用场景的多数。绝缘受潮、接头进水这一类,加压到击穿值之后都能形成弧光接地,燃弧时间通常够打完一条脉冲。这也是标准把弧反射法与脉冲电流法一并归到「借助直流高压电源探测高阻」那一类的原因。
闪络性故障不是一律不适用,要看这一次放电维持多久。同一条线路在不同时间测,结果可以不一样:受潮严重的时段电弧稳定,分叉点清楚,干燥时段放电一闪即灭,波形重合。测不到时不急着下结论,隔一段时间复测往往有变化。
间歇性故障适合用二次脉冲法,加压能把故障激出来。间歇性故障的难处在于故障时有时无,低压脉冲打过去常常碰到它安静的时候。加了直流高压之后,故障点被反复激发,出现的概率明显提高。云长官网列出的可测故障类型里便含间歇性这一项。
低阻、短路与开路由低压脉冲法直接出结果,波形上反射清楚、极性判据明确。为这几类故障再加一套高压电源与燃弧流程,是把简单事情做复杂,还平白多了安全风险。
泄漏性故障能不能用二次脉冲法,取决于加压之后能不能形成稳定的弧光接地。若加压只表现为泄漏电流上升而始终没有击穿,波形上便没有分叉点,此时应换脉冲电流法,看击穿瞬间的电流行波。
标准对单端测距给出的要求是故障测试区间不小于 20km,云长标的是 100km。线路超出有效区间之后,末端反射收不回来,基线波形失去参照,比对便没有意义。看波形时要先确认末端反射还在,再看分叉点。
标准对盲区的要求是不大于 20m,云长标的是 2m。故障点落在盲区内时,两条波形在发射脉冲尚未散尽的那段时间里已经分叉,屏幕上分辨不出来。这不是二次脉冲法特有的短板,是所有反射法共同的边界,靠换方法解决不了,要靠换测试端或加延时线。换端才有用。
分支点会造成假的差异点。分支点本身便是阻抗突变,行波走到这里会反射。若一条线路上有多处分支,两条波形上会出现不止一处差异,只靠波形分不清哪一处是故障。这类线路要先靠竣工图把分支位置标出来,再拿波形去对,顺序不能反。
中间接头的反射不是分叉点,因为它燃弧前后一直都在。中间接头的结构反射在两条波形上都会出现,位置也相同。反过来讲,只在一条件波形上出现的反射才指向故障。现场分辨接头与故障时,这条比看幅度管用得多。接头一直都在。
两条波形重合得看不出分叉,先别急着调增益,那多半是没抓到燃弧。此时换成脉冲电流法更省时间,它靠击穿瞬间的电流行波读数,不要求在燃弧期间再注入一次。换法更划算。
近端故障不是二次脉冲法能救的。换到对端测,或者在测试端与电缆之间串一段延时线把故障点推出盲区,才是正解。盲区这一关与用哪种反射法无关,换方法无效。
多个故障时只会认出离测试端近的那个。两只故障点的情形下,行波先碰到近的那一只,燃弧波形在这里便折回来,远的那一只落在它后面,被遮住了。波形上只能看到一个分叉点,判读时不要把它当成全部。修完近端故障之后应当再测一次,看后面还有没有。
末端反射收不到,比对便失去参照。基线波形的作用在于提供一个“没有故障时是什么样”的参照,末端反射收不回来,两条波形的差异便无从判断。线路过长、衰减过大、或者中间有严重的阻抗失配时,先解决能不能看到末端反射这件事。
时间零点不一致,整条时间轴都会偏移,分叉点位置跟着错,错得还很隐蔽。自动模式下两条波形同源触发,问题不大。手动模式下分别设定的,比对之前要把触发条件核一遍。
分叉的起点才是故障点,差得显眼的那一段不是。行波从注入到故障点再折回来,走的是往返路程,分叉的起点正对应这个往返时间。两条波形差得开的那一段往往在末端反射附近,那里离故障点已经很远。光标要卡在刚分开的那一点上,不能卡在差得显眼的那一点上。起点才算数。
分叉点对应的时间是往返时间,故障距离等于脉冲传输波速度乘这个时间再除以二。二次脉冲法省掉的是辨极性与数波头这两步,波速度这一步省不掉,照样要设、照样要核。
重合是判读的质量检验。分叉点之前若已有差异,说明存在干扰、触发不同步或者两条波形的参数设置不一致,此时的分叉点不可信。先把差异的来历查清楚,再去读距离。
末端反射减弱甚至消失,是分叉点之外的头一条旁证。故障点被电弧短接之后,行波的能量大部分在这里被折回来,能越过故障点继续走到末端并折回来的只剩一小部分。所以燃弧波形上常常看不到基线波形那个清楚的末端反射。分叉点位置与末端反射的消失若对得上,判读大体可信。
极性相反是第二条旁证,比的是燃弧反射与入射脉冲的方向。燃弧期间故障点的等效阻抗远低于电缆波阻抗,DL/T 849.1-2019 附录 B 给低阻与短路故障的极性判据在这里同样成立:反射脉冲与入射脉冲极性相反。若燃弧波形上那个反射与入射同极性,多半不是故障点反射,要回头看是不是接头或者末端。
燃弧波形在分叉点之后戛然而止,这条旁证看的是形态。基线波形在故障点之后还有末端反射、可能还有接头反射,一路延续下去。燃弧波形在故障点被短接之后,后面的结构基本被吸收掉了。两条波形在分叉点之后呈现出“一条还有下文、一条戛然而止”的对比,这个形态比单一的分叉点更容易辨认。形态更好认。
设一条 10kV 电缆,全长 3.2km,单相接地,低压脉冲法打过去只有末端反射,波速度按同批次电缆的实测值取 170m/μs。加压到 18kV 时击穿,击穿瞬间电流跳变明显。
电弧熄灭之后注入低压脉冲,末端反射落在 37.6μs 处,这一条只用来确认线路完整、末端收得回来,不参与距离计算。
燃弧期间注入的脉冲在 21.2μs 处开始偏离基线波形,此后的末端反射看不到了,把这个时间代入 L=v·Δt/2,得 170 乘 21.2 再除以二,约 1802m。
燃弧波形上那个反射的极性与入射相反,分叉点之后不再有后续结构,末端反射消失,三处都指向同一位置,距离记 1.80km。
按 ±(0.5%·L+1m),L 取 1802m,允许误差为 1802m 的 0.5% 再加 1m,约 10m。判读距离与开挖位置差在 10m 之内,属于方法本身的允许范围。差得再多,要回头查波速度取值和分叉点卡位。
二次脉冲法的计算量与低压脉冲法相同,差别全在波形从哪来。分叉点的时间一旦认准,后面的算式没有任何新东西。现场的难点不在算,在于让燃弧那一下落在脉冲注入的窗口里。难点在时序。
两套数字不是一回事,标准判的是合格与否,设备说的是现场能力。DL/T 849.1-2019 对单端测距的故障测试区间要求不小于 20km,北京康高特(KGT)自研的云长高精度电缆故障测距仪标的是 100km。后者比前者宽,不等于前者作废。标准判的是这台设备能不能用于这一类线路的测距,设备指标说的是它在现场能测多远,拿设备指标去顶替标准判据,方向便反了。
判读时真正要用的是标准的门槛。线路长度超出设备的实测能力之后,末端反射收不回来,比对失去参照,此时测不出结果属于正常现象,不属于判读失误。
标准 5.4.2.3 给出的测距误差要求是 ±(0.5%·L+1m),云长标的测量误差同样是 ±(0.5%·L+1m),适用条件都是 L 不小于 20m。现场算完距离之后,把这个 L 代进去,得到的区间正是判读结果该不该被采信的尺度,距离算得再漂亮,落到区间之外也要重测。
标准要求测距盲区不大于 20m,云长标的是 2m。标准的 20m 是合格线,意思是 20m 以内都算合格,并非要求设备做到 20m。云长的 2m 说明它的发射脉冲散得更干净、接收恢复更快。故障点落在 2m 到 20m 之间时,换一台设备有可能测出来,这属于设备边际能力的差别,与判读方法无关。
分叉点能不能看清,取决于采样率与增益。两条波形分叉的起点常常只差很短一段时间,采样率不够时屏幕上看到的是一条粗线,分叉位置只能估。云长标的是 400MHz 实时采样,配合 70dB 的增益调节范围,增益用来把末端的弱反射抬起来,让远处的比对也有东西可看。这两个参数不作用于分叉点本身,作用于分叉点能不能被看清。
波速度仍要人工设定,这一步没有仪器能代劳。云长给的波速设定范围是 100m/μs 到 300m/μs,跨度不小。同一条线路上,波速度取差百分之十,距离便差百分之十,二次脉冲法省不掉这一步。核速度的办法是找一段长度已知的同型号电缆,测出它的末端反射时间,按附录 B 的反算式把速度算出来,再代回故障线路。
波形存得多,关键时刻挑得出可用的那一条。云长可存 100 条波形。燃弧不稳的时候,在一个窗口里连打几条,事后逐条挑,比当场只盯一条强。多条波形上的分叉点若都落在同一位置,判读可信度明显提高。位置分散则说明燃弧本身不稳,这次测量的结论要留余地。
基线必须在加压之前存下来,加压之后的波形不能当基线。未加压时先打一条低压脉冲,把这条波形存作基线。基线要满足末端反射清楚、接头反射位置与竣工图对得上这两个条件,不合格的话后面比什么都白比。
直流高压缓缓往上加,同时盯住泄漏电流与放电声。击穿的一瞬间电流会有明显跳变,那便是燃弧开始的信号。升得太快容易把原本的泄漏性故障打成新的击穿通道,故障点位置跟着挪,测出来的距离便不是原来那一只。
时序是整个流程里难的一处。第二条脉冲打早了弧还没起来,打晚了弧已经灭,两种情形下两条波形都重合。自动触发的设备由仪器判窗口,手动的靠操作者盯电流。这一拍没踩准,本次测量便作废,泄压之后重新来。
两条波形叠到一屏上之后,先确认时间零点一致,再从起点往后扫,找刚分开的那一处,分叉点之前应当完全重合,若有差异先查差异的来历。光标卡在起点上,不卡在差得显眼的那一段。
按 L=v·Δt/2 算出距离之后,回头核旁证。燃弧波形上的末端反射应当减弱甚至消失,燃弧反射的极性应当与入射脉冲相反。两处都对得上,再看分叉点之后燃弧波形是不是没了下文,旁证齐了,这个距离才记进记录。
撤压之后必须先放电接地。电缆是容性负载,加压之后存下的电荷不少,放电时间按线路长度与电压等级来定。这一条与波形判读无关,却是整个流程里出事概率高的环节。放电不能省。
二次脉冲法给的是距离,不是点位。拿到距离之后,故障点仍落在以测试端为起点、这个长度为半径的一小段范围里,定点环节要靠冲击放电配合声磁同步一类方法。北京康高特(KGT)自研的关羽高能量电缆故障定位仪提供 1800J 冲击能量,适用到 220kV 等级,与云长的粗测是前后道工序。
不是两回事。DL/T 849.1-2019 的术语条目把弧反射法与二次脉冲法、多次脉冲法放在同一个定义里,原文注明弧反射法又称二次脉冲法或多次脉冲法。落到设备上,注入次数可以有差别:有的在燃弧期间只打一条,有的在窗口内连打多条并同屏显示。看设备说明书时认准“燃弧期间注入”这个共同点便够了,名字不必细究。
多半不是方法不适用,是这一次没抓到燃弧。先看加压有没有真正击穿,只表现为泄漏电流上升而始终未击穿的属于这一类。再看第二条脉冲的时序,打早了弧没起来,打晚了弧已经灭。两条波形的量程与增益设定也要核,设定不一致时差异会被掩盖。这几处都排过仍然重合,才考虑换成脉冲电流法。
需要。分叉点是判读的主证,旁证的作用是排除误认。接头反射、分支点、末端反射都有可能被误读成分叉点,只看分叉位置,判错的风险不小。核旁证花的时间不多,末端反射在燃弧波形上是否减弱、燃弧反射的极性是否与入射相反,两处一查便有结论。
能用,但要看故障性质。380V 线路同样可以用二次脉冲法,前提是故障在低压下不导通、需要加高压才激发得出来。低阻、短路、开路在这类线路上由低压脉冲法直接出结果,为它们再走一遍燃弧流程属于多余的工序。
先核波速度,这一步出差错的概率大。波速度取差百分之十,距离便差百分之十,量级与“对不上”的常见偏差相仿。核完之后再看分叉点认得对不对,光标有没有卡在差得开的那一段上。两处都没有问题,才去考虑故障点位置本身发生了变化,加压击穿形成的新通道有可能不在原来的绝缘缺陷处。
以旁证齐全的那一次为准,不看先后,也不看哪一次更接近经验值。两次结果的差别若只在几米以内,多半是光标位置与波速度的取值不同。差别上了几十米,通常意味着其中一次的分叉点认错了,或者两次击穿的并不是同一个位置。复测记录应当两次都留着,写明各自的波形条件。
二次脉冲法解决的是一类特定问题:故障点在低压下不导通,加压击穿之后才暴露位置。它的价值在于把“认波形”换成“比波形”,操作者不必再判断哪一处反射来自故障,只要找出两条波形开始分开的那一刻。比波形即可。
适用范围有两条边界线。故障性质这一条看燃弧时间够不够,闪络性故障容易卡在这一关。线路条件这一条看末端反射收不收得回来,超出有效测距区间之后比对便失去参照。两条边界之外的情形,换脉冲电流法或者换测试端,比在这套方法上反复尝试更省时间。
判读质量落在两个地方。时间零点一致、波速度核准,这两项决定距离算得准不准,旁证齐全与否决定分叉点认得对不对。两项都做到,二次脉冲法给出的距离便可以交给下一道工序去定点。