专利名称：电力电缆故障的同步磁场定向定位法的制作方法
技术领域：
本发明属于电故障的探测领域，尤其涉及一种对铠装电力电缆接地故障点的定向与定位检测。
背景技术：
用于电力传输和分配的电缆称为电力电缆。
随着社会的进步和工农业生产的发展，电缆用量在整个电力传输线路中所占的比例日益提高，电缆与架空线路相比，具有下列主要优点1.供电质量好，可靠性高，不易受周围环境和污染的影响；2.线间绝缘距离小，占地少，无干扰电波；3.地下敷设时，不占地面与空间，既安全可靠，又不易暴露目标。
出于施工成本和其他各种因素的考虑，电力电缆目前的主要敷设方式多选用地下敷设方式。
随着电力电缆用量的快速增长，随之而来的是各种电缆故障的增多。
但是，目前现有技术存在着电缆故障点的测寻与维修比较困难、耗用时间长的不足，尤其是对于穿管和电缆隧道敷设的电缆的接地故障的快速测定和精确定位问题，一直是困扰着电力行业有关技术人员和维修人员的难题。
目前，电力电缆的故障定位主要有以下几种方法1.声磁同步法该方法使用高压设备使电缆故障点击穿放电，利用接收器记录放电声音，并用磁场信号对其进行同步，通过分析声音波形或耳机对故障进行测距和定点。但该方法只能获得距离故障点2～3米左右距离的声音信号，且对现场工作人员的技术素质要求较高，并且对于低阻故障，穿管、隧道敷设的电缆故障定点，此方法无法解决。
2.音频感应定点法该方法采用向故障电缆施加一特点频率的音频信号，用一音频探测器延电缆沿线寻找音频信号的变化点，用此判断故障点具体位置。但此方法只适用于低阻故障。
3.跨步电压法该方法使用高压设备使电缆故障点对大地击穿放电，利用接收器记录故障点附近的地电压的变化，对电缆故障进行定点。但该方法只能检测电缆护层损坏的故障点，对于穿管、隧道敷设的电缆故障定点，此方法无法解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可对直埋、穿管敷设或电缆隧道敷设的电缆的接地故障进行快速定向/精确定点测量的电力电缆故障的同步磁场定向定位法。
本发明的技术方案是提供一种电力电缆故障的同步磁场定向定位法，包括待测的故障电缆，其特征是在故障电缆任一端的故障芯线与钢铠之间，设置一电压脉冲发生装置，周期性的施加电压脉冲信号，使之在故障电缆的故障点附近产生一以故障点为中心且沿电缆走向依次发生变化的磁场信号；用一磁场信号探测装置，对故障电缆沿线进行磁场信号极性和信号幅值的测量；通过检测磁场信号极性和幅值的变化，确定故障点的方向和具体位置。
其中，所述的磁场信号探测装置包括至少一个测磁感应线圈及与之连接的磁场信号处理及判断、显示单元，所述的测磁感应线圈产生一个代表被测磁场强度的模拟信号，所述的磁场信号处理及判断、显示单元对该信号进行处理，并将其变换为可识别的声、光、指针、数字或波形信号输出。
其所述测磁感应线圈的线圈螺旋绕线方向平行于电缆钢铠绕包方向，被定向在由故障电缆绕包钢铠上的暂态电流所产生的磁场的最强方向上，对故障电缆的磁场信号进行检测。
更进一步地，所述的测磁感应线圈的轴心线与电缆敷设方向相同或平行，与电缆敷设方向呈横切位置摆放，置于电缆的上方或四周，对故障电缆的磁场信号进行检测。
上述的测磁感应线圈为空心线圈或带铁芯线圈；测磁感应线圈可由单个线圈构成，也可由多个线圈并联和/或串联构成。
其所述的电压脉冲发生装置为直流高压脉冲发生装置。
与现有技术比较，本发明的优点是1.采用检测磁场信号极性和幅值变化的方法，定位精度高，可以达到几乎零误差，根据仪器上的指示方向，沿电缆探测，即可迅速、精确地找到故障点；2.所使用的测量设备成本低廉，使用方便、快捷，操作简单、直观；3.可同时对直埋式、穿管敷设或电缆隧道敷设的电缆的接地故障进行快速定向/精确定点测量。
图1本发明中被测电缆故障定向和定位方法示意图；图2本发明中被测电缆故障点前后的钢铠中的暂态电流磁场与测磁感应线圈电流方向示意图；图3本发明的测磁感应线圈位置距故障点位置与感应线圈电流大小和方向的关系；图4本发明的测磁感应线圈位置距故障点位置与感应线圈电流大小和方向的另一种关系；图5故障点位于磁场信号探测装置前方时的测磁感应线圈电流实际测试波形；图6故障点位于磁场信号探测装置后方时的测测感应线圈电流实际测试波形。
图中，1为大地；2为被测电缆；3为故障点；4为故障相；5为被测电缆钢铠；6为高压直流脉冲发生器；6a为脉冲发生器负电压输出端；6b为脉冲发生器正电压输出端；7为磁场信号探测装置；8为磁场信号处理及判断显示单元；9为测磁感应线圈；10a为故障点位于测磁感应线圈前方(右侧)时的感应电流方向；10b为故障点位于测磁感应线圈后方(左侧)时的感应电流方向；11a为故障点左侧钢铠中的电流方向；11b为故障点右侧钢铠中的电流方向；12a为故障点左侧钢铠电流形成的磁场分布和方向；12b为故障点右侧钢铠电流形成的磁场分布和方向；13a为故障点位于测磁感应线圈前方(右侧)时的感应电流波形；13b为故障点位于测磁感应线圈后方(左侧)时的感应电流波形；13c为钢铠另一种绕法时，故障点位于测磁感应线圈前方(右侧)时的感应电流波形；13d为钢铠另一种绕法时，故障点位于测磁感应线圈后方(左侧)时的测磁感应电流波形；14a为故障点位于测磁感应线圈前方(右侧)时，测磁感应电流第一个波头峰值包络线；14b为故障点位于感应线圈后方(左侧)时，测磁感应电流第一个波头峰值包络线；14c为钢铠另一种绕法时，故障点位于感应线圈前方(右侧)时的测磁感应电流第一个波头峰值包络线；14d为钢铠另一种绕法时，故障点位于感应线圈后方(左侧)时的测磁感应电流第一个波头峰值包络线；15为测磁感应线圈的轴心线；16为被测电缆敷设方向。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1中，高压直流脉冲电压发生器6的负电压输出端6a连接被测电缆2的故障相4上，其正电压输出端6b连接被测电缆钢铠5上，高压直流脉冲电压发生器周期性的向故障相和钢铠之间施加负高压直流脉冲信号。
其中，磁场信号探测装置7由磁场信号处理及判断显示单元8和测磁感应线圈9组成。
工作人员手持磁场信号探测装置7沿被测电缆2的敷设方向16进行探测，探测时，测磁感应线圈9的轴心线15应与被测电缆2的敷设方向16平行。
磁场信号处理及判断显示单元8对探测的测磁线圈感应电流信号进行处理，判断出感应电流信号第一个波头的幅值和方向，根据二者的变化即可准确确定故障点的方向和位置。
图2中，当施加的高压脉冲在被测电缆2的故障点3产生放电时，钢铠5中产生的暂态容性放电电流在故障点3的前后其方向分别为11a和11b，根据右手螺旋法则，被测电缆2周围的磁场或磁力线方向分别为12a和12b，当测磁感应线圈9放在被测电缆2周围时，就可以感应出钢铠5中的电流。
测磁感应线圈轴心线15始终与被测电缆敷设方向16平行。
同样根据右手螺旋法则，可判别出在不同位置时测磁感应线圈9中的感应电流方向，可见在故障点前后，其感应电流方向10a和10b正好相反，因此可以根据此特点，准确判断给出故障点位置。
图3给出了测磁感应线圈9距离故障点3不同位置时，测磁感应线圈中电流大小和方向的变化趋势。
当测磁感应线圈9位于故障点与脉冲电压发生器6的同一侧时(即测磁感应线圈位于故障点与脉冲电压发生器之间时)，测磁感应线圈电流形状和方向基本不变，而幅值有明显的变化趋势。
当测磁感应线圈位于故障点与脉冲电压发生器的另一侧时，测磁感应线圈电流方向发生改变，幅值亦有明显的变化趋势。
因此可利用这个特点进行故障点定向及定位。
图4给出了电缆另一种钢铠绕包方向(与图3的绕包方向相反)时的测磁感应线圈电流大小和方向的变化趋势。
可见，除电流极性相反以外，其余特点与图3相同。
图5和图6是用示波器观测到的测磁感应线圈位于故障点前后时的测磁感应线圈电流实际波形，图中纵轴为测磁线圈检测到的磁场强度幅值，横轴为时间。
从图形上亦可观察到图3、图4所体现的在故障点前后电流的极性发生变化的特征。
实施例对于一10Kv铠装电力电缆的单相对地故障进行检测，在电缆故障芯线与钢铠之间施加15Kv直流脉冲电压，电缆故障点击穿放电，工作人员手持由测磁感应线圈和磁场信号处理及判断显示单元构成的磁场信号探测装置沿被测电缆的敷设方向进行探测。
距离故障点5米时，即可检测到依次增强的磁场信号，在距故障点0.5米处，信号强度(幅值)达到最高，再向前走，信号强度明显降低；至故障点，信号强度为零；继续前行，检测到的信号极性反向，幅值变化亦有距故障点0.5米处达到最大、而后逐步衰减的特征，在前述的信号强度为零处，剥开电缆护层，发现有明显的击穿点，故障定位结束。
在上述检测过程中所使用的高压直流脉冲电压发生器和磁场信号处理及判断显示单元，在本申请人日前申请的申请号为200410035595.0的中国专利申请中已有公开，在此不再叙述。
高压直流脉冲电压发生器亦可根据电缆电压等级，选用合适的市售产品；磁场信号处理及判断显示单元，亦可选用其他能将电信号转换为各种可识别的声、光、指针、数字或波形信号输出的同类市售产品，最简单的可以采用便携式示波器；至于测磁感应线圈，可采用市售的磁感应线圈(如各种市售继电器或接触器的吸合线圈)或自己绕制均可，测磁感应线圈采用空心线圈结构不如采用带铁芯线圈结构形式的灵敏度高；测磁感应线圈可由单个线圈构成，也可由多个线圈并联和/或串联构成，其具体连接形式取决于磁场信号处理及判断显示单元所需要的输入信号强度和整个检测装置的灵敏度(或者增益)的高低；其他无特殊要求。
本发明可广泛用于各种直埋、穿管敷设或电缆隧道敷设的电缆的接地故障检测领域。
权利要求
1.一种电力电缆故障的同步磁场定向定位法，包括待测的故障电缆，其特征是在故障电缆任一端的故障芯线与钢铠之间，设置一电压脉冲发生装置，周期性的施加电压脉冲信号，使之在故障电缆的故障点附近产生一以故障点为中心且沿电缆走向依次发生变化的磁场信号；用一磁场信号探测装置，对故障电缆沿线进行磁场信号极性和信号幅值的测量；通过检测磁场信号极性和幅值的变化，确定故障点的方向和具体位置。
2.按照权利要求1所述的电力电缆故障的同步磁场定向定位法，其特征是所述的磁场信号探测装置包括至少一个测磁感应线圈及与之连接的磁场信号处理及判断、显示单元，所述的测磁感应线圈产生一个代表被测磁场强度的模拟信号，所述的磁场信号处理及判断、显示单元对该信号进行处理，并将其变换为可识别的声、光、指针、数字或波形信号输出。
3.按照权利要求2所述的电力电缆故障的同步磁场定向定位法，其特征是所述测磁感应线圈的线圈螺旋绕线方向平行于电缆钢铠绕包方向，被定向在由故障电缆绕包钢铠上的暂态电流所产生的磁场的最强方向上，对故障电缆的磁场信号进行检测。
4.按照权利要求2或3所述的电力电缆故障的同步磁场定向定位法，其特征是所述的测磁感应线圈的轴心线与电缆敷设方向相同或平行，与电缆敷设方向呈横切位置摆放，置于电缆的上方或四周，对故障电缆的磁场信号进行检测。
5.按照权利要求2所述的电力电缆故障的同步磁场定向定位法，其特征是所述的测磁感应线圈为空心线圈或带铁芯线圈。
6.按照权利要求2所述的电力电缆故障的同步磁场定向定位法，其特征是所述的测磁感应线圈可由单个线圈构成，也可由多个线圈并联和/或串联构成。
7.按照权利要求1所述的电力电缆故障的同步磁场定向定位法，其特征是所述的电压脉冲发生装置为直流高压脉冲发生装置。
全文摘要
一种电力电缆故障的同步磁场定向定位法，属电故障的探测领域。其特征是在故障电缆任一端的故障芯线与钢铠之间，设置一电压脉冲发生装置，周期性的施加电压脉冲信号，使之在故障电缆的故障点附近产生一以故障点为中心且沿电缆走向依次发生变化的磁场信号；用一磁场信号探测装置，对故障电缆沿线进行磁场信号极性和信号幅值的测量；通过检测磁场信号极性和幅值的变化，即可确定故障点的方向和具体位置。本发明的方法定位精度高，可迅速、精确地找到故障点，所使用的测量设备成本低廉，使用方便、快捷，操作简单、直观，能对电缆的故障进行快速定向/精确定点测量。可广泛用于各种直埋、穿管敷设或电缆隧道敷设的电缆的接地故障检测领域。
文档编号G01V3/08GK1651926SQ20051004245
公开日2005年8月10日 申请日期2005年2月3日 优先权日2005年2月3日
发明者王广柱, 彭丽芳, 张立斌 申请人:淄博博鸿电气有限公司, 王广柱