专利名称：直敷式电缆护层故障的定向与定位测量方法及其测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电故障的探测领域，尤其涉及一种直敷/直埋式电缆故障点的定位与定向检测。
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.送电可靠性高，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直埋方式。
但是，电缆，特别是直埋/直敷式电缆，存在着电缆故障的测寻与维修比较困难的不足，尤其是对于电缆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，电力电缆的故障测距与定位主要有以下几种方法1.电桥法该方法是利用电桥原理，通过计算接地电缆的电阻进行故障测距。但该方法对高阻接地测距误差偏大，接线复杂，电缆对端需要人员配合。
2.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。
3.双通道冲击脉冲法该方法通过对电缆施加高压脉冲，在故障点产生击穿，击穿放电的同时对外产生电磁波同时发出声音，利用脉冲探测装置检测器故障点的电磁及声音信号来进行故障定位。其存在只能“定位”不能“定向”的缺点，在不知道电缆准确走向/路径的情况下，难以实施。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种接线简单、所用测量仪器价格低廉、可同时满足直敷/直埋式电力电缆故障快速定向/精确定点测量的直敷式电缆护层故障的定向与定位测量方法及其测量装置。
本发明的技术方案是提供一种直敷式电缆护层故障的定向与定位测量方法，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或钢铠与地之间，设置一电压脉冲发生装置，周期性的施加电压脉冲信号，使之在电缆沿线的土壤中或地面产生一以故障点为中心、沿电缆走向依次递减“跨步”电压脉冲；用一脉冲电压探测装置，对电缆沿线土壤中或地面的“跨步”电压脉冲进行极性和电压幅值的测量；通过检测“跨步”电压脉冲的极性和电压幅值，确定故障点的方向和具体位置；其中，所述的“跨步”距离为50～100cm。
上述的电压脉冲发生装置为中压脉冲发生装置；所述的电压脉冲信号为中压脉冲信号，所述中压脉冲信号的电压幅值为5000V，其脉冲频率为0.1～0.5Hz；所述的电压脉冲信号为负压脉冲信号。
上述的脉冲电压探测装置与“跨步”电压脉冲探针连接，脉冲电压探测装置通过两根间距为“跨步”距离且相互绝缘的“跨步”电压脉冲探针来检测电缆沿线土壤中或地面“跨步”电压脉冲极性和电压幅值的大小。
本发明还提供了一种采用上述测量方法的直敷式电缆护层故障的定向与定位测量装置，其特征是所述的测量装置包括中压脉冲发生装置和脉冲电压探测装置，其中，所述的中压脉冲发生装置设置在故障电缆任一端的故障芯线或钢铠与地之间，所述的脉冲电压探测装置与“跨步”电压脉冲探针连接，所述的“跨步”电压脉冲探针包括两根间距为“跨步”距离且相互绝缘的探针，所述的“跨步”电压脉冲探针插入电缆沿线的土壤中或地面。
具体地，所述的中压脉冲发生装置包括工频电源、升压变压器、整流元件、限流电阻、电容器和电磁开关，其中，工频电源与升压变压器一次侧线圈的两端连接，升压变压器二次侧线圈的一端和电容器的一端连接并接地，升压变压器二次侧线圈的另一端，经过整流元件和限流电阻与电容器的另一端连接，并与电磁开关的输入端连接，电磁开关的输出端与故障电缆之故障芯线或钢铠连接。
其所述的整流元件为半波整流元件。
所述的脉冲电压探测装置至少包括电源单元、隔直单元、放大单元、降噪及滤波处理单元、转换单元、双向指示信号显示单元；其中，保护单元的输入端与“跨步”电压脉冲探针连接，其输出端与隔直单元、放大单元、降噪及滤波处理单元、转换单元和双向指示信号显示单元依次连接，电源单元为上述各单元提供电源。
更进一步，所述的脉冲电压探测装置包括带有开关的电源单元、保护单元、隔直单元、增益调节单元、放大单元、降噪及滤波处理单元、转换单元、指示信号驱动单元、双向指示信号显示单元；其中，保护单元的输入端与“跨步”电压脉冲探针连接，其输出端与隔直单元、增益调节单元、放大单元、降噪及滤波处理单元、转换单元、指示信号驱动单元和双向指示信号显示单元依次连接，电源单元为上述各单元提供电源。
与现有技术比较，本发明的优点是1.施加在故障电缆上的中压脉冲并不要求将电缆在故障点产生续弧，并且脉冲宽度仅有几～几十毫秒，因此不会对电缆造成损伤；2.所使用的测量设备成本低，使用方便、快捷，操作简单、直观；3.定位精度高，利用发光二极管束或指针式表头指示故障点的方向和该电压脉冲的大小，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；4.可同时满足直敷/直埋式电力电缆之电缆护层故障的快速定向和精确定点测量。
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是本发明的测试方法示意框图；图2是故障点“跨步”电压脉冲极性和电压幅值大小变化的示意图；图3是本发明的装置连接示意图；图4是中压脉冲发生装置的电原理方框图；图5是脉冲电压探测装置的电原理方框图。
图中，1为待测电缆，1-1为待测电缆的芯线，2为故障点，3为在待测电缆故障芯线—端与地之间施加的电压脉冲信号，4为故障点电缆周围沿线的“跨步”电压脉冲，5为中压脉冲发生装置，5-1、5-2为其输出端，5-10为工频电源，5-11为电磁开关，6为脉冲电压探测装置，6-1为保护单元，6-2为隔直单元，6-3为增益调节单元，6-4为放大单元，6-5为降噪及滤波处理单元，6-6为转换单元，6-7为指示信号驱动单元，6-8和6-9为双向指示信号显示单元，7-1、7-2为“跨步”电压脉冲探针，8为大地。
具体实施例方式
图1中，本发明的电缆故障定向与定位测量方法具体如下在故障电缆任一端的故障芯线或钢铠与地之间，设置一电压脉冲发生装置，周期性的对故障芯线或钢铠与地之间施加电压脉冲信号，使之在电缆沿线的土壤中或地面产生一“跨步”电压脉冲；用一脉冲电压探测装置，对电缆沿线土壤中或地面的“跨步”电压脉冲进行极性和电压幅值的测量；通过检测“跨步”电压脉冲的极性和电压幅值，确定故障点的方向和具体位置。
当“跨步”电压脉冲与施加的电压脉冲信号的极性相同时，可以判定故障点位于电缆的中压脉冲施加点与检测点之间；当“跨步”电压脉冲与施加的电压脉冲信号的极性相反时，可以判定故障点位于电缆的另一端与检测点之间。
当检测到的“跨步”电压脉冲的电压幅值增大时，说明检测点与故障点之间的距离在减小，即检测点正在接近电缆故障点。
当检测到的“跨步”电压脉冲的电压幅值减小时，说明检测点与故障点之间的距离在增大，即检测点正在远离电缆故障点。
上述的“跨步”距离为50～100cm。
上述的电压脉冲发生装置为中压脉冲发生装置；所述中压脉冲信号的电压幅值为5000V，其脉冲频率为0.1～0.5Hz；所述的电压脉冲信号为负压脉冲信号。
其所述的脉冲电压探测装置与“跨步”电压脉冲探针连接，脉冲电压探测装置通过两根间距为“跨步”距离且相互绝缘的探针来检测电缆沿线土壤中或地面“跨步”电压脉冲极性和电压幅值的大小。
图2中，在直埋于大地8中的电缆1的芯线或钢铠1-1上施加一中压负脉冲信号3，则在电缆的故障点2周围的土壤或地面会产生一个以故障点为中心、沿电缆走向依次递减的“跨步”电压脉冲4。
在故障点的两侧，该“跨步”电压脉冲的极性正好相反，其电压幅值的大小会发生以故障点为中心依次递减的变化。
图3中，在直埋于大地8中的电缆1的芯线或钢铠1-1上，连接一中压电压脉冲发生装置5，中压电压脉冲发生装置经其输出端5-1和5-2在故障芯线或钢铠与地之间，周期性的在故障芯线或钢铠与地之间施加一中压负脉冲电信号，使之在以故障点2为中心的电缆沿线的土壤中或地面产生一“跨步”电压脉冲。
用一脉冲电压探测装置6，对电缆沿线土壤中或地面的“跨步”电压脉冲进行极性和电压幅值的测量；通过检测“跨步”电压脉冲的极性和电压幅值，确定故障点的方向和具体位置。
脉冲电压探测装置与“跨步”电压脉冲探针连接，“跨步”电压脉冲探针包括两根间距为“跨步”距离D(“跨步”距离为50～100cm)且相互绝缘的脉冲探针7-1和7-2，“跨步”电压脉冲探针插入电缆沿线的土壤中或地面。
图4中，中压脉冲发生装置包括工频电源5-10、升压变压器B、半波整流元件D、限流电阻R、电容器C和电磁开关5-11，其中，工频电源与升压变压器一次侧线圈的两端连接，升压变压器二次侧线圈的一端和电容器的一端连接并接地，升压变压器二次侧线圈的另一端，经过半波整流元件和限流电阻与电容器的另一端连接，并与电磁开关的输入端连接，电磁开关的输出端与待测电缆1之故障芯线或钢铠1-1连接。
图5中，脉冲电压探测装置包括带有开关的电源单元(图中未示出)、保护单元6-1、隔直单元6-2、增益调节单元6-3、放大单元6-4、降噪及滤波处理单元6-5、转换单元6-6、指示信号驱动单元6-7、双向指示信号显示单元6-8和6-9；其中，保护单元的输入端与图3中的“跨步”电压脉冲探针7-1及7-2连接，其输出端与隔直单元、增益调节单元、放大单元、降噪及滤波处理单元、转换单元、指示信号驱动单元和双向指示信号显示单元依次连接，电源单元为上述各单元提供电源。
上述的双向指示信号显示单元可以采用发光二极管束或指针式表头等显示形式。
本发明的定向与定位测量装置之工作原理简述工作电源为升压变压器提供交流电源，电源经升压后经过半波整流，再经限流电阻对电容进行充电，由电磁开关控制电容器，经过被测电缆对故障点进行周期性放电，以产生测试所需的电压脉冲信号。
来自跨步电压脉冲探针的测量信号经保护单元进行限压保护后，由隔直单元滤除无用的直流电压信号，经过增益调节单元、放大单元进行调节和放大后，进行降噪及滤波处理，得到能反映故障点方向的“跨步”电压脉冲信号，该信号通过转换单元转换后，由发光二极管束驱动单元驱动发光二极管束，对电压脉冲信号的电平强度及极性进行显示。
当“跨步”电压脉冲信号为负极性时，后向发光二极管束闪亮，说明故障点位于故障电缆的中压脉冲施加点与测试点之间；当“跨步”电压脉冲信号为正极性时，前向发光二极管束闪亮，说明故障点位于故障电缆的另一端与测试点之间，由此可确定故障点的方向。
发光二极管束闪亮的电平强度反映了测试点距离故障点的远近程度测试点距离故障点越近，发光二极管束闪亮的电平强度越高，反之，测试点距离故障点越远，发光二极管束闪亮的电平强度越低。
在故障点的两侧，“跨步”电压脉冲信号的极性正好相反，因此可实现故障点的精确定位。
实施例1测试条件土壤地温25°，湿度中等，脉冲发生器施加在被测电缆芯线与大地之间的电压脉冲为5000V，探针的“跨步”间距为70cm。
在故障点前30米处测得的“跨步”电压脉冲约为8mV，距故障点15米处测得的“跨步”电压脉冲约为200mV，距故障点5米处测得的“跨步”电压脉冲约为2V，距故障点1米处测得的“跨步”电压脉冲约为40V，在故障点处测得的“跨步”电压脉冲为110V，被测电缆故障芯线在故障点处的对地电阻仅为0.15MΩ。
实施例2测试条件电压脉冲施加在被测电缆的钢铠与大地之间的，探针的“跨步”间距为50cm。
在故障点前30米处测得的“跨步”电压脉冲约为6mV，距故障点15米处测得的“跨步”电压脉冲约为100mV，距故障点5米处测得的“跨步”电压脉冲约为750mV，距故障点1米处测得的“跨步”电压脉冲约为20V，在故障点处测得的“跨步”电压脉冲为80V，被测电缆钢铠在故障点处的对地电阻为0.12MΩ。
其余同实施例1。
实施例3测试条件探针的“跨步”间距为100cm。
在故障点前30米处测得的“跨步”电压脉冲约为10mV，距故障点15米处测得的“跨步”电压脉冲约为220mV，距故障点5米处测得的“跨步”电压脉冲约为2.8V，距故障点1米处测得的“跨步”电压脉冲约为56V，在故障点处测得的“跨步”电压脉冲为150V，被测电缆故障芯线在故障点处的对地电阻仅为0.17MΩ。
其余同实施例1。
本发明可广泛用于各种直敷/直埋式电缆故障点的定位与定向检测领域。
本发明的具体实施例公布了其较佳的实施方式，但并不限于此种实施方式。本领域的普通技术人员极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并作出不同的引申和变化。但只要不脱离本发明的精神，都在本专利请求之保护范围内。
权利要求
1.一种直敷式电缆护层故障的定向与定位测量方法，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或钢铠与地之间，设置一电压脉冲发生装置，周期性的施加电压脉冲信号，使之在电缆沿线的土壤中或地面产生一以故障点为中心、沿电缆走向依次递减“跨步”电压脉冲；用一脉冲电压探测装置，对电缆沿线土壤中或地面的“跨步”电压脉冲进行极性和电压幅值的测量；通过检测“跨步”电压脉冲的极性和电压幅值，确定故障点的方向和具体位置；其中，所述的“跨步”距离为50～100cm。
2.按照权利要求1所述的直敷式电缆护层故障的定向与定位测量方法，其特征是所述的电压脉冲发生装置为中压脉冲发生装置。
3.按照权利要求1所述的直敷式电缆护层故障的定向与定位测量方法，其特征是所述的电压脉冲信号为中压脉冲信号，所述中压脉冲信号的电压幅值为5000V，其脉冲频率为0.1～0.5Hz。
4.按照权利要求1或3所述的直敷式电缆护层故障的定向与定位测量方法，其特征是所述的电压脉冲信号为负压脉冲信号。
5.按照权利要求1所述的直敷式电缆护层故障的定向与定位测量方法，其特征是所述的脉冲电压探测装置与“跨步”电压脉冲探针连接，脉冲电压探测装置通过两根间距为“跨步”距离且相互绝缘的“跨步”电压脉冲探针来检测电缆沿线土壤中或地面“跨步”电压脉冲极性和电压幅值的大小。
6.一种按照权利要求1所述的直敷式电缆护层故障的定向与定位测量装置，其特征是所述的测量装置包括中压脉冲发生装置和脉冲电压探测装置，其中，所述的中压脉冲发生装置设置在故障电缆任一端的故障芯线或钢铠与地之间，所述的脉冲电压探测装置与“跨步”电压脉冲探针连接，所述的“跨步”电压脉冲探针包括两根间距为“跨步”距离且相互绝缘的探针，所述的“跨步”电压脉冲探针插入电缆沿线的土壤中或地面。
7.按照权利要求6所述的直敷式电缆护层故障的定向与定位测量装置，其特征是所述的中压脉冲发生装置包括工频电源、升压变压器、整流元件、限流电阻、电容器和电磁开关，其中，工频电源与升压变压器一次侧线圈的两端连接，升压变压器二次侧线圈的一端和电容器的一端连接并接地，升压变压器二次侧线圈的另一端，经过整流元件和限流电阻与电容器的另一端连接，并与电磁开关的输入端连接，电磁开关的输出端与故障电缆之故障芯线或钢铠连接。
8.按照权利要求7所述的直敷式电缆护层故障的定向与定位测量装置，其特征是所述的整流元件为半波整流元件。
9.按照权利要求6所述的直敷式电缆护层故障的定向与定位测量装置，其特征是所述的脉冲电压探测装置至少包括电源单元、隔直单元、放大单元、降噪及滤波处理单元、转换单元、双向指示信号显示单元；其中，保护单元的输入端与“跨步”电压脉冲探针连接，其输出端与隔直单元、放大单元、降噪及滤波处理单元、转换单元和双向指示信号显示单元依次连接，电源单元为上述各单元提供电源。
10.按照权利要求9所述的直敷式电缆护层故障的定向与定位测量装置，其特征是所述的脉冲电压探测装置包括带有开关的电源单元、保护单元、隔直单元、增益调节单元、放大单元、降噪及滤波处理单元、转换单元、指示信号驱动单元、双向指示信号显示单元；其中，保护单元的输入端与“跨步”电压脉冲探针连接，其输出端与隔直单元、增益调节单元、放大单元、降噪及滤波处理单元、转换单元、指示信号驱动单元和双向指示信号显示单元依次连接，电源单元为上述各单元提供电源。
全文摘要
一种直敷式电缆护层故障的定向与定位测量方法及其测量装置，属于电故障的探测领域。其特征是在故障电缆任一端的故障芯线或钢铠与地之间，设置电压脉冲发生装置，周期性的施加电压脉冲信号，使之在电缆沿线的土壤中或地面产生一“跨步”电压脉冲，用脉冲电压探测装置，对电缆沿线土壤中或地面的“跨步”电压脉冲进行极性和电压幅值的测量，通过检测“跨步”电压脉冲的极性和电压幅值，确定故障点的方向和具体位置。本发明的测试方法不会对电缆造成损伤，所使用的测量设备成本低，使用方便、快捷，操作简单、直观，能同时满足直敷电力电缆护层故障的快速定向和精确定点测量。可广泛用于各种直敷电缆故障点的定位与定向检测领域。
文档编号G01R31/08GK1598607SQ20041003559
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月20日 优先权日2004年8月20日
发明者彭丽芳, 王广柱, 张守军, 张立斌 申请人:淄博博鸿电气有限公司