電纜故障快速定位研究

何毅峰

從化供電局

社會的進步人類的發展對電力需求正在漸漸上升，電力的輸送依賴電纜線路的正常運行。因此快速可靠的電纜故障測試設備是電纜維護的重要工具。在電纜路徑已經明確的前提下本文對慣常出現的故障，予以辨識并解析，摸索出故障快速定位可靠的技術路徑。

調研得來的數值表明：建設高壓輸電網絡和改造城鄉電網，在電力系統運行中將很多400V 到500KV 的電力電纜進行了應用，因為電纜工程施工、附件安裝、外力影響和國內電纜制造等方面的原因，造成經常有故障出現在電力電纜中，對電網公司供電可靠性上帶來了一定的影響。按照國際報道一級電力部門中每年每個電力用戶平均停電時間僅為2min，遠遠高于中國電網公司最好水平。如何以最快的速度準確定位電纜故障，靠近國際一流電力企業水平，是國內電力系統最迫切需要改進的技術和管理課題。若要提高搶修的速率，提升供電時段中的穩定性，就應快速辨識帶有故障的部位，提高電纜接頭質量，以便降低潛藏著的事故概率。針對細分出來的故障類別，采納不同特性的定位方式。依循擬定好的這些模式，建構了硬件架構下的定位平臺。

明辨故障根源

故障產生的原因

1.外力破壞、制造原因、中間接頭工藝（冷縮、熱縮）暫且不論。

2.絕緣老化：在國內尤其是配電電纜不重視電纜的外護套的絕緣狀態，在電纜交接中忽視護層耐壓試驗（10KV、1 分鐘直流耐壓測試）。在潮濕的環境中容易產生水樹枝，由于電場強度的變化隨著年限的增加再形成電樹枝最終到電纜擊穿。

圖1 電纜接頭熱縮未到位有空隙

3.其他范疇的根源。

其他范疇以內的電纜事故，包含慣常見到的雷擊事故、電網架構之內的過壓事故。偏長線路運轉接地狀況不良，會造成敷設好的線路產生渦流偏熱等等。

定位依托的多樣模式

電纜故障性質的細分簡單來說通過萬用表和搖表（高阻計），來進行絕緣電阻測量，用搖表、萬用表分別測量線芯對地絕緣電阻和相間絕緣電阻；從而判斷出電纜故障屬于高阻還是低阻故障。

1.結合現有技術的電纜故障預定位技術

（1）電橋法

惠斯通/Murray 電橋法，由直流發生器與橋體、檢流計組成。測試出故障點兩側的電纜線芯電阻與比例電阻構成惠斯通/Murray 電橋，從而在已知電纜長度的前提下通過百分比計算出電纜故障的長度。

圖2 電纜外護套進水最終造成電纜故障

圖3 電橋法示意圖

圖4 低壓脈沖波形

圖5 高壓脈沖下的故障波形

圖6 多檔位電容串并聯

（2）高壓沖擊結合脈沖反射

根據雷達原理，脈沖發射裝置發射脈沖信號，脈沖沿電纜路徑傳播，在電纜故障點（阻抗變化）處反射回來脈沖信號（可能是接頭、終端、開路、短路點），利用脈沖反射法原理得到反射波形。

當故障點的絕緣電阻大于1000 歐姆時，使用低壓脈沖已經無法得到電纜故障波形，因此我們需要使用一套高壓裝置對故障點沖擊放電，同時得到故障波形。

2.集成架構中的硬件平臺

由于廣東地區進水型電纜故障和接頭故障是近10年來嚴重影響配電電纜搶修的共同難題。進水型故障難的表現是無論采用多高的測試電壓，都無法采集到有效波形，在全長超過1000m 的故障電纜時非常耗時。為了弄清進水型電纜高阻故障的原因及應對方案，我局研究了進水型故障的特征、由于電纜敷設在土壤、電纜溝等地下后，較多的配電電纜是泡在水中運行，一旦發生故障，故障點很容易被周圍水所包圍。由于當前的波反射法高壓預定位都是在電弧作用下，協調脈沖反射儀發射低壓脈沖，才能得到故障波形。而進水型高阻在一般預定位技術下，電弧剛剛起弧時，故障點周圍的水和潮氣將電弧熄滅，使采樣脈沖到達故障點時仍是未擊穿的高阻，測試波形總是參考波形和故障波形幾乎重合，看不到故障點的分叉現象，這是進水型高阻難的實質。因此我局采取不同的定位模式，通過數據分析和不同的硬件模塊來達到電纜故障定點的準確判斷。

具體來說著重解決高壓沖擊的大能量和波形采樣選用電感式濾波器。

（1）測試電容模塊：為解決高低壓電纜故障，高壓沖擊單元采用多檔位設計，保障在不同電壓基礎上產生最大的放電能量。

增加電容才能得到更大的沖擊能量來滿足大埋深、套管故障的需要，但是同時也帶來很多的弊端，例如體積大、運輸不便利，安全可靠性不高等隱患。通過大量的實踐和研究，我們將電容在不同的電壓等級下轉換成串并聯的方式可以輕易得到小電壓大電容的特性，特別是針對電纜頭多能量衰減快的電纜更為實用。

（2）濾波器銜接著的模塊。通過LC 架構的濾波器，和穩弧裝置能延展故障點慣常的燃弧時間，提升原有的波形采樣的精準性。

結束語

10KV 架構下的電纜線路，若要明辨故障點，就應考量周邊范疇內的多重要素，包含特有的環境要素。選出來的測試途徑，也應帶有多樣化這樣的特性。快速定位這一需求，要求電纜查驗及檢修這樣的人員，能提升現有的素養水準。經由長時段的經驗累積，明晰精準特性的事故部位。創設配套架構下的硬件模型，為后續時段的定位及修護，提供充分的保障。