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的重要設備，其安全運行具有重要意義。一旦發(fā)生故障將直接影響設備的安全運行，可能引發(fā)火災事故，擴大事故范圍，導致大面積停電。尤其是在多雨、潮濕季節，電纜容易受潮，導致電纜發(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，將給電力系統安全、穩定運行以強力支援。

　　倒置電橋法作為經(jīng)典電橋法的改進(jìn)方法，對電纜長(cháng)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 MΩ時(shí)，能得到誤差為1％高精度的檢測結果。而消除接地電流是倒置電橋法實(shí)現的前提，在倒置電橋法的基礎上，本文詳細分析了消除接地電流原理，并通過(guò)模擬試驗驗證了該方法的有效性。

2 電橋法

　　電橋法的理論基礎是電橋平衡原理，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應于故障距離與總長(cháng)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 kΩ，通常選取2 kΩ以下為宜。

　　傳統電橋法是將被測電纜末端與無(wú)故障相末端短接，電橋兩端分別與被測相和無(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。根據電橋平衡，可得：

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

　　由于傳統電橋法受故障點(diǎn)電阻影響，因此測量誤差大，對無(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，設可調電阻Rf調節點(diǎn)左端的電阻為Rm。通過(guò)調節Rf使檢流計G中無(wú)電流通過(guò)，從而使電橋達到平衡?？傻茫?br />  
 

　　因此，倒置電橋具有如下特點(diǎn)：

　　將故障相電阻轉移到電橋，當電橋達到平衡后，理想狀態(tài)下故障電阻對測量精度無(wú)任何影響；

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

4消除接地電流

　　故障檢測時(shí)，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，假設無(wú)外接電源時(shí)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(lái)自于E1、E2和I地，根據電流電源不同圖6可分解為3個(gè)獨立電路，如圖7所示。

 
　　其中r1，r2分別為電源1和電源2的內阻，令

5模擬實(shí)驗

　　為了驗證該方法的有效性，設計了如圖8所示的實(shí)驗電路。圖中接地電流消除接線(xiàn)如圖5所示，其中選取100 m試驗電纜，并在分別總長(cháng)的1／5、2／5、3／5、4／5處人為制造絕緣故障點(diǎn)，無(wú)故障測量電纜選取為50 m，采用阻值為2 kΩ的可調電阻器。當調節可調電阻器至適當位置時(shí)，在多種情況下靈敏電流計讀數均為零，說(shuō)明接地電流已消除。

6 結束語(yǔ)

　　介紹了倒置電橋法測量電力電纜故障的基本原理，詳細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)驗模型驗證了在實(shí)際情況下倒置電橋法對消除接地電流的有效性。