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電力電纜故障測(cè)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(jiǎn)稱(chēng)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(duì)電纜長(zhǎng)度沒(méi)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 M? 時(shí)，能得到誤差為 1％高精度的檢測(cè)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(guò)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(shí)，利用故障電纜接線(xiàn)端和故障點(diǎn)之間的電阻與無(wú)故障電纜電阻之比對(duì)應(yīng)于故障距離與總長(zhǎng)度之比，確定故障點(diǎn)。直流電橋法是最早采用的探測(cè)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(guò) 10 k?，通常選取 2 k? 以下為宜。

傳統(tǒng)電橋法是將被測(cè)電纜末端與無(wú)故障相末端短接，電橋兩端分別與被測(cè)相和無(wú)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(xiàn)端到故障點(diǎn)的電阻，R0 是無(wú)故障相電阻。根據(jù)電橋平衡，可得：

計(jì)算 RX 阻值，利用 RX 的阻值與電纜長(zhǎng)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(cè)量誤差大，對(duì)無(wú)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(guò)調(diào)節(jié) Rf 使檢流計(jì) G 中無(wú)電流通過(guò)，從而使電橋達(dá)到平衡。可得：

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(duì)測(cè)量精度無(wú)任何影響；待測(cè)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(zhǎng)之比。

因此，這種接線(xiàn)對(duì)故障電纜總長(zhǎng)度無(wú)任何限制。

4 消除接地電流

故障檢測(cè)時(shí)，接地電流對(duì)測(cè)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(cè)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(wú)外接電源時(shí)流經(jīng)檢流計(jì) G 的接地電流為 I 地，則流經(jīng)檢流計(jì) G 的電流電源來(lái)自于 E1、E2 和 I 地，根據(jù)電流電源不同圖 6 可分解為 3 個(gè)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(jì)了如圖 8 所示的實(shí)驗(yàn)電路。圖中接地電流消除接線(xiàn)如圖 5 所示，其中選取 100 m 試驗(yàn)電纜，并在分別總長(zhǎng)的 1／5、2／5、3／5、4／5 處人為制造絕緣故障點(diǎn)，無(wú)故障測(cè)量電纜選取為 50 m，采用阻值為 2 k? 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(shí)，在多種情況下靈敏電流計(jì)讀數(shù)均為零，說(shuō)明接地電流已消除。

6 結(jié)束語(yǔ)

介紹了倒置電橋法測(cè)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(xiàn)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(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ万?yàn)證了在實(shí)際情況下倒置電橋法對(duì)消除接地電流的有效性。

—— 信息源自： chinaaet