电力电缆故障测量中接地电流消除方法的研究

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　　1 引言

　　电力电缆作为电力系统的重要设备，其安全运行具有重要意义。一旦发生故障将直接影响设备的安全运行，可能引发火灾事故，扩大事故范围，导致大面积停电。尤其是在多雨、潮湿季节，电缆容易受潮，导致电缆发生故障。但由于电力电缆(以下简称电缆)大多埋于地下，一旦发生故障，查找十分困难。因此研究一种快速、准确、方便查找电缆接地故障和断相故障的方法，快速排除电缆故障，将给电力系统安全、稳定运行以强力支援。

　　倒置电桥法作为经典电桥法的改进方法，对电缆长度没有限制、制成装置体积小易使用．且在故障点的接地电阻低于1 MΩ时，能得到误差为1％高精度的检测结果。而消除接地电流是倒置电桥法实现的前提，在倒置电桥法的基础上，本文详细分析了消除接地电流原理，并通过模拟试验验证了该方法的有效性。

　　2 电桥法

　　电桥法的理论基础是电桥平衡原理，即在电桥平衡时，利用故障电缆接线端和故障点之间的电阻与无故障电缆电阻之比对应于故障距离与总长度之比，确定故障点。直流电桥法是最早采用的探测电缆故障方法，多应用于低阻接地和相间短路故障中，且精确度较高，但一般要求故障点电阻不超过10 kΩ，通常选取2 kΩ以下为宜。

　　传统电桥法是将被测电缆末端与无故障相末端短接，电桥两端分别与被测相和无故障相连接，如图1所示，其等效图如图2所示。

　　图2中，RX是接线端到故障点的电阻，R0是无故障相电阻。根据电桥平衡，可得：
　　
　　计算RX阻值，利用RX的阻值与电缆长度成正比，确定故障点的距离。

　　由于传统电桥法受故障点电阻影响，因此测量误差大，对无故障相的要求较高。

　　3 倒置电桥法的基本原理

　　倒置电桥法电路图如图3所示，其等效图如图4所示。图4中，设可调电阻Rf调节点左端的电阻为Rm。通过调节Rf使检流计G中无电流通过，从而使电桥达到平衡。可得：
　　 　

　　因此，倒置电桥具有如下特点：

　　将故障相电阻转移到电桥，当电桥达到平衡后，理想状态下故障电阻对测量精度无任何影响；

　　待测电阻RX与R0+(R0-RX)串联，由式(3)得出可调电阻的档位就是故障点距离与故障相总长之比。因此，这种接线对故障电缆总长度无任何限制。

　　4 消除接地电流

　　故障检测时，接地电流对测量精度有很大影响。因此，在施加电桥电源之前消除接地电流有助于提高测量精度。倒置电桥法主要是利用基尔霍夫定理消除接地电流，其原理图如图5所示，等效电路图如图6所示。

　　图6中，假设无外接电源时流经检流计G的接地电流为I地，则流经检流计G的电流电源来自于E1、E2和I地，根据电流电源不同图6可分解为3个独立电路，如图7所示。
　　

　　其中r1，r2分别为电源1和电源2的内阻，令
　　

　　5 模拟实验

　　为了验证该方法的有效性，设计了如图8所示的实验电路。图中接地电流消除接线如图5所示，其中选取100 m试验电缆，并在分别总长的1／5、2／5、3／5、4／5处人为制造绝缘故障点，无故障测量电缆选取为50 m，采用阻值为2 kΩ的可调电阻器。当调节可调电阻器至适当位置时，在多种情况下灵敏电流计读数均为零，说明接地电流已消除。

　　6 结束语

　　介绍了倒置电桥法测量电力电缆故障的基本原理，详细分析了在倒置电桥法接线方式下消除接地电流消除的方法，给出了分解电路及其公式。并通过实验模型验证了在实际情况下倒置电桥法对消除接地电流的有效性。