当输电线路发生故障，附加电压源将产生故障电压行波和电流行波，行波含有丰富的故障信息，可作故障检测标准。
电力线路发生故障后电压行波的特征分析主要有：故障电压行波，由两部分组成，故障前正常运行行波和故障后的行波，故障行波又可根据时间分为暂态和稳态行波，故障暂态行波包含两个分量：即工频分量和高频分量，高频分量与初始工频分量具有相同的极性。
设计电缆故障检测仪
一、10kV电力电缆故障产生的原因
(1)电力电缆产生故障的原因
①机械损伤。机械损伤引起的电缆事故占电缆事故很大的比例，如：1)直接受外力损伤，这方面的损坏主要有施工和交通运输所造成的损坏；2)安装时的损伤，在安装时碰伤、拉伤电缆或者因弯曲过度而损伤电缆；3)自然力造成的损坏，中间接头和终端接头受自然拉力和内部绝缘胶膨胀的作用所造成的电缆护套裂损等。
②绝缘受潮。中间接头或终端头结构不密封或安装不良而造成绝缘受潮。电缆制造不良在金属护套上留有小孔和裂缝等缺陷或金属护套被外物刺伤也会使电缆受潮。
③过热。电缆绝缘内部气隙游离造成局部过热而使绝缘炭化以及电缆过负荷都会产生过热。安装于电缆密集地区或电缆沟以及电缆隧道等通风不良处的电缆，还有穿行在干燥管中的电缆以及电缆与热力管道接近的部分等，都会造成电缆过热从而使绝缘加速损坏。
④过电压。过电压主要是指大气过电压(雷击)和电缆内部过电压。实际运行经验表明，许多户外终端头的故障是由大气过电压引起的。
⑤设计和安装的问题。中间接头和终端头的防水设计不周密，选用的材料不当，电场分布的考虑不周，工艺要求不严密，机械强度的裕度不够等是设计中常见的问题。拙劣的接头与不按技术要求敷设电缆或者在潮湿的气候条件下作接头，使接头混入水气也是形成电缆故障的重要原因。
(2)电力电缆故障的类型
①按故障现象，可分为开放性故障和封闭性故障。
②按接地现象，分为开路故障、相间故障、单相接地、多相接地混合型故障等。其中，常见的是单相接地和多相接地故障。
③按故障绝缘电阻的大小，可分为开路故障、低阻故障和高阻故障3种类型：a开路故障。若电缆相间或相对地绝缘电阻达到所要求的规范值，但工作电压不能传输到终端；或虽终端有电压，负载能力较差。断线故障即为开路故障的特例。B低阻故障。电缆相间或相对地绝缘受损，其绝缘电阻小到能用低压脉冲法测量的一类故障。当故障点对地电阻为零时，即为短路故障。C高阻故障。电缆相间或相对地绝缘损坏，其绝缘电阻较大，不能用低压脉冲法测量的一类故障，它是相对于低阻故障而言的。包括泄露性高阻故障和闪络性高阻故障2 种类型。
二、10kV电力电缆故障点的现场查找
(1)故障点查找的步骤
电力电缆故障点查找一般要经过查看故障电缆基本情况、故障性质诊断、故障测距、精确定点和误差分析5个步骤。如图1所示。其中难点在故障粗测，只要粗测做好了，就能迅速地查找到故障点的位置。
①查看故障电缆基本情况：电缆基本情况是指完善的电缆资料，包括长度、路径走向、接头位置、电缆出厂资料等。这些电缆资料的完整齐全能使故障点查找事半功倍。
②故障性质诊断：通过测量电缆的导电性能和绝缘性能来了解故障电缆的有关情况，初步确定故障的性质，从而选择适当的测试方法对电缆故障进行具体的诊断。
③粗测距离：在故障电缆芯线上施加测试信号或者在线测量、分析故障信息，初步确定故障的距离，为精确定点提供足够精确的信息。这是电缆故障测试过程中最重要的一步。
④精确定点：在粗测距离的基础上，精确地查找故障点所在实际位置，以便于立即进行检修。精测定点方法主要有声测定点法、感应定点法、时差定点法以及同步定点法等。
⑤误差分析：由于电缆的运行环境复杂，且可能存在电缆对接头较多、运行时间较长等特点，一次定位可能存在误差，要注意是否有假信号的窜入。因此，可能需要多次定位才能测出故障点，总结查找过程中的误差，也有利于提高以后的查找水平和速度。
(2)故障点粗测距离的常用方法
①阻抗法
阻抗法通过测量和计算故障点到测量端的阻抗，然后根据线路参数，列写求解故障点方程，求得故障距离。该方法多以线路的集中参数建立模型，原理简单，易于实现。在实际的阻抗法故障测距中，一般都是应用电桥法来实现的。电桥法的优点是比较简单，精度较高，但其适用范围小，一般的高阻和闪络性故障，由于故障电阻很大，电桥电流很小，测距效果很不理想。
②行波法
行波测距法，就是确定行波传播速度后，通过测量行波的传播时间来确定故障位置。总的来说，行波离线测距法有4 类：
a低压脉冲反射法
一般用于绝缘电阻在40Ω以下的低阻故障，在被测电缆上发射一脉冲电压，当发射脉冲在电缆线路上遇到故障点、电缆终端或对接头时，由于该处阻抗的改变，而产生向测试端运动的反射脉冲，利用仪器记录下发射脉冲与反射脉冲的时间差，从而找到故障点。其优点是简单、直观，不需要详细的电缆原始资料，还可以根据反射脉冲的极性分辨故障类型；缺点是不能用于测量高阻及泄露性和闪络性故障。
b脉冲电压法
又称为闪测法，利用直流高压或脉冲高压信号击穿电缆故障点，即发生闪络放电，由放电电压脉冲在观察点与故障点之间往返一次的时间来测距，适用于高阻和闪络故障。该方法的优点是不必把高阻或闪络性故障永久性烧穿，利用故障击穿产生的瞬间脉冲信号，测试速度快、误差小、操作简单等；缺点是安全性差，易发生高压信号窜入。
c脉冲电流法
采用线性电流耦合器采集电缆中的电流行波信号，将电缆故障点用高电压击穿，使用仪器采集并记录下故障点击穿产生的电流行波信号，通过分析判断电流行波信号在测量端与故障点往返一次所需时间来计算故障距离。与脉冲电压法比较，脉冲电流法使用线性电流耦合器，与高压回路无直接电气连接，安全性更好，应用更为广泛。
d二(多)次脉冲法
其原理是首先对故障电缆发射一个低压脉冲，脉冲在高阻的故障点由于特性阻抗变化不大，不会产生反射。脉冲在另一侧终端被反射回来后，仪器将这个“完好”波形存储起来。然后对故障点电缆发射一个高压脉冲，故障点被击穿，击穿瞬间变成低阻故障，此时仪器触发一个低压脉冲，低压脉冲在被击穿的故障点处被反射回来。仪器把两次低压脉冲的波形叠加起来，分叉点的位置就是故障点的位置。
电缆故障测试主要步骤有哪些
传统方法：
11测量电阻电桥法
12低压脉冲反射法
13脉冲电压取样法
14电缆故障定点的传统方法
①声测法
此方法是利用故障点在高压冲击时的击穿放电声音进行精确的定位。
②声磁同步法
③音频感应法
在向电缆施加冲击直流高压使电缆故障点放电时,会在电缆周围产生脉冲磁场。在声测定点时接收到脉冲磁场信号即可认为放电声音是电缆故障点发出的。
③音频感应法
此法一般用于检测低阻故障。其原理是:用1kHz的音频信号发生器向待测电缆注入音频电流,使电缆发出电磁波,在地面上接收电磁场信号,并放大,再送入耳机或指示仪表,根据声响强弱或指示仪表值的大小来确定故障点的位置。
检测方法：
21电缆故障测距的方法
①实时专家系统
专家系统就是一个具有智能特点的计算机程序,它的智能化主要表现为能够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解复杂问题。因此,专家系统必须包含领域专家的大量知识,拥有类似人类专家思维的推理能力,并能用这些知识来解决实际问题。
②利用因果网对电力系统故障定位。
因果网络中有4类节点状态、征兆、假设、起始原因。状态节点是表达领域中某部分或某功能的状态,如断路器跳闸;征兆节点是表达状态节点的征兆,如断路器跳闸的征兆是保护动作:假设节点是表达研究系统的诊断假设,如发生线路故障的假设;起始原因节点是表达引起故障的最初原因。各类节点之间可形成对应的基本关系。
③小波变换应用在电缆故障测距中
小波分析是几个学科共同发展的结晶,这几个学科是数学、信号处理以及计算机视觉。小波分析在数学上是用小波的原型函数来实现的,其中原型函数可以看成是带通滤波器,因此小波分析也可以通过滤波器来实现,其关键是寻求具有恒定相对带宽的滤波器组,而这正是信号处理中滤波器组理论的核心内容。
22电缆故障定点的新方法
①人工神经网络
人工神经网络(ANN)是以计算机网络系统模拟生物神经网络的智能计算系统。网络上的每个结点相当于一个神经元,经可以记忆(存储)、处理一定的信息,并与其他结点并行工作。求解一个问题是向人工神经网络的某些结点输入信息,各结点处理后向其它结点输出,其它结点接受并处理后再输出,直到整个神经网工作完毕,输出最后结果。
②GPS(全球定位系统)行波故障定位
传统的高压输电线路故障定位主要基于阻抗算法,这种算法对于高阻接地、多端电源线路、直流输电线路等情况存在明显的不适应,通常在实用中其故障定位精度<3%～5%,这对于长线路(>100km)难以满足寻线要求。
③分布式光纤温度传感器(FODT)
光纤传感的基本原理是,当光在光纤中传输时,光的特性(如振幅,相位,偏振态等)将随检测对象的变化而变化。
因此,光从光纤中射出时,光的特性己得到了调制。通过对调制光的检测,便能感知外界的信息。
行波测距的行波法优点
电缆故障测试主要步骤有哪些
电缆故障测试步骤
电缆故障的探测一般要经过诊断、测距、路径测寻和定点四个步骤。
1、诊断
电缆故障性质的诊断，即确定故障的类型与严重程度，以便于测试人员对症下药，选择适当的电缆故障测距与定点方法。
用兆欧表、万用表测量故障电阻，确定电缆故障是高阻还是低阻；是闪络还是封闭性故障；是接地、短路、断线，还是它们的混合；是单相、两相，还是三相故障。
2、测距
电缆故障测距，又叫粗测，在电缆的一端使用仪器确定故障距离，现场上常用的故障测距方法有古典电桥法与现代行波法。
3 路径查找
用电缆路径识别仪
4 故障定点
声磁同步法定点：利用放电的电磁信号进行同步，对声音信号进行数字化采样，将放电瞬间的声音波形显示在液晶屏上，波形可以持续保持，供操作者仔细分辨，避免了声音转瞬即逝的缺点，而且实际放电波形和周围噪声有明显的区别，更重要的是多次放电的声音波形均极其相似，当观察到多次放电的声音波形相同时，可以明确判断已经采集到了放电声音。由于声测法响应范围一般很小，当听到了放电声，已经很接近故障点了，一般不会超过5m，甚至在1-2m之内
输电线路行波单端测距和双端测距的区别
行波法不受故障点过渡电阻、线路结构等因素的影响，测距精度高，适用范围广。
最早提出的电压行波测距法原理上有缺陷，且没有解决好行波信号的测量、超高速记录、分析等问题。直到二十世纪九十年代，行波测距技术一直没有获得实际的推广应用。
行波测距的发展历史
1、接法是这样，但放大对象不一样。双端输入，放大的是两个输入端之间的差值。单端输入的两个输入端其中一个是接地的，如果简单的把这个接地端接到差分放大电路的另外一个输入端，这种电路实质上还是单端输入。
双端输入和单端输入真正的差别在于：双端输入时完全是差模信号，而单端输入时，则伴随着共模信号的输入，这个特点也可以用于区分单端输入和双端输入。
2、单端输入差分电路与原先单端电路的功能是一致的，只是对抗共模干扰、温度漂移的能力得到很大加强。
国内在60年代末70年代初期，西安交通大学和西北电力中试所联合研制了C型测距仪。
1990年山西省电力公司和西安交通大学于签署了联合研制现代数字式行波测距仪的合作研究协议。
1995年， 英国CSD公司F Gale博士开始了类似的工作，也研制出产品。
2000年中国电科院于也研制出利用电压行波的故障测距装置。
2007年，清华大学电机系研发，北京衡天北斗科技制造的行波测距装置投入运行。
2011年，山大电力研制出利用电流行波测距的装置投入运行。
