電力電纜故障測量中接地電流消除方法的研究

1 引言

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　　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。一旦發生故障將直接影響設備的安全運行，可能引發火災事故，擴大事故範圍，導致大面積停電。尤其是在多雨、潮溼季節，電纜容易受潮，導致電纜發生故障。但由於電力電纜(以下簡稱電纜)大多埋於地下，一旦發生故障，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。

　　倒置電橋法作為經典電橋法的改進方法，對電纜長度沒有限制、製成裝置體積小易使用．且在故障點的接地電阻低於1 MΩ時，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，並通過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，利用故障電纜接線端和故障點之間的電阻與無故障電纜電阻之比對應於故障距離與總長度之比，確定故障點。直流電橋法是最早採用的探測電纜故障方法，多應用於低阻接地和相間短路故障中，且精確度較高，但一般要求故障點電阻不超過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故障相末端短接，電橋兩端分別與被測相和無故障相連接，如圖1所示，其等效圖如圖2所示。

 

　　圖2中，RX是接線端到故障點的電阻，R0是無故障相電阻。根據電橋平衡，可得：

　　計算RX阻值，利用RX的阻值與電纜長度成正比，確定故障點的距離。

　　由於傳統電橋法受故障點電阻影響，因此測量誤差大，對無故障相的要求較高。

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調節點左端的電阻為Rm。通過調節Rf使檢流計G中無電流通過，從而使電橋達到平衡。可得：
 
 

　　因此，倒置電橋具有如下特點：

　　將故障相電阻轉移到電橋，當電橋達到平衡後，理想狀態下故障電阻對測量精度無任何影響；

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

4消除接地電流

　　故障檢測時，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於提高測量精度。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，假設無外接電源時流經檢流計G的接地電流為I地，則流經檢流計G的電流電源來自於E1、E2和I地，根據電流電源不同圖6可分解為3個獨立電路，如圖7所示。

 
　　其中r1，r2分別為電源1和電源2的內阻，令

 

5模擬實驗

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

 

6 結束語

　　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。並通過實驗模型驗證了在實際情況下倒置電橋法對消除接地電流的有效性。