一種改進的跨步電壓法及其應用

王道龍，孫欽章，曾懿輝

(廣東電網公司佛山供電局，廣東 佛山 528000)

0 引言

某110 kV回路為架空和電纜混合的輸電線路，某日B相發生故障，但重合閘不成功。經故障巡視和初步測量，判斷為電纜線路存在故障。線路電纜部分總長1.3 km，故障時已運行5年，2個終端分別為塔上終端和GIS終端，并有2個中間接頭。在塔上終端處測量B相纜芯對地絕緣電阻為350 Ω，屬于低阻短路故障。通過對電纜故障點預定位，測得疑似故障點距塔上終端測試點約425 m。經現場核實，該點位于2號接頭至塔上終端一段(見圖1)，且處于某個十字路口中央。疑似故障點處的電纜采用頂管敷設，且發現電纜管附近有外單位的頂管施工，鉆桿尚保留在地下，其方向與電纜頂管方向交叉，可能是導致此次故障的原因。

因此，不僅要對電纜故障精確定點，而且要對故障的原因進行分析，并確認是否是外單位頂管施工對電纜造成損傷引起的故障。

圖1 故障電纜概況

1 傳統的跨步電壓法測試結果

由于該故障屬于低阻短路，故選用跨步電壓法進行精確定點。具體方法如下：在該電纜線路塔上終端的B相線芯注入具有一定幅值、寬度和間隔的直流脈沖，然后經故障點后流入大地。由于土壤存在地電阻，故以故障點為端點的射線上任意兩點之間存在電位差，同一電位的所有點組成等位球面向遠處傳播。在地面上用2根金屬測試棒和檢流計組成信號接收器，當故障點正好處于2根測試棒的中點時，檢流計的指示則為0，故可通過檢測跨步電壓的極性來確定故障點的準確位置(見圖2)。

圖2 跨步電壓法原理

從終端塔腳到預定位點的電纜，除了疑似故障點附近一段是頂管外，其他部分均采用直埋敷設于槽盒中，距離地面約80 cm。在槽盒上方采用跨步電壓法進行故障定位時，檢流計的極性顯示清晰，且幅度明顯，均指向疑似故障點。但是在疑似故障點上方附近檢測時，檢流計指針幾乎不發生偏轉。經分析是因頂管敷設的電纜距離地面太深，再加上塑料管的隔斷作用，使得地面難以檢測到信號。

2 改進的跨步電壓法

2.1 確定電纜故障點的位置

針對在故障點上方信號接收器無法檢測到信號的問題，對原跨步電壓法提出了如下改進措施：將2根金屬測試棒用帶絕緣外皮的金屬導線代替，并將導線端部導體裸露一小段然后牢固綁扎于穿管器上；2個綁扎點即作為信號接收器的測試極，兩極間保持一定距離，如圖3所示。然后從故障線芯注入脈沖信號，將玻璃纖維穿管器深入電纜頂管內，并緩緩向前移動，同時觀察檢流計指針的偏轉方向。

圖3 改進的跨步電壓法原理

將綁扎于穿管器的2個電極作為跨步電壓測試電極，其條件是：電纜頂管內部充滿水，使故障點的泄漏電流具有較好的傳播介質；而根據現場實際判斷具備上述條件。在穿管器逐步向頂管深處移動的過程中，觀察到檢流計的指針有明顯擺動，且存在極性反向的點。通過不斷前后移動穿管器，最終使檢流計的指針指0，則此時穿管器上2個電極中點對應的電纜位置即為故障點或處于故障點附近。在頂管口對應位置的穿管器上做好標記，然后將穿管器抽出查看，通過測量標記點與2個電極的距離長度L1和L2，就可計算出故障點位置，故障點與標記點(即頂管口)的距離為：(L1+L2)/2。

2.2 確定故障點對應的地面位置

為確定故障點對應的地面位置，則需先獲得頂管深度圖。此圖可通過液壓傳感器法獲得，即將頂管內注滿水，再將具備長度測量功能的液壓傳感器伸入頂管內，獲取有限個采樣點，通過傳感器獲得每個點的深度Hx，并讀出其與頂管口的距離Lx。

根據第x-1個點確定第x個點的位置，如圖4所示，該相鄰兩點間距為：Lx-Lx-1；方向為：

據此算法，利用采樣的數據在Matlab軟件中繪制出頂管深度圖，如圖5所示。

在圖5中，由每個采樣點的Lx，Hx，即可求出采樣點投影到地面的點與頂管口的水平距離Dx，這三者之間成一一對應關系，如圖6所示。從圖6中即可讀取故障點對的地面位置D。在本案例中，該點與預定位確定的疑似故障點相距約4 m，這是由于預定位確定疑似故障點時，并未考慮電纜頂管的彎曲度，所以確定的點并不精準。

圖4 頂管深度圖繪制方法

圖5 Matlab軟件的繪制頂管深度示意

圖6 頂管曲線擬合

2.3 對定位結果的驗證

根據上述改進的跨步電壓法定位的結果，將該回路位于頂管內的一段電纜三相切斷并拉出進行檢查。經確認，跳閘的B相確實有大面積創傷，金屬護套被削掉，絕緣被擠成碎末狀，多股銅芯外露并斷裂；而A，C 2相僅外護套有創傷，主絕緣尚完好，故而未發生跳閘。從B相外護套、主絕緣、銅芯呈現的形態，尤其是傷痕方向、銅絲偏轉方向和尚未脫落的絕緣屑偏轉方向完全一致，這說明電纜受到來自同一個方向的外力作用而損壞，即由該外單位頂管施工時遺留的鉆桿所致。

3 結論與建議

在此次電纜故障的精確定位過程中，用改進的跨步電壓法成功找到了位于頂管內部的電纜故障點，說明此種改進的跨步電壓法適用于電纜故障點位于電纜頂管內的情形，有效解決了地面信號接收器無法檢測到脈沖信號的問題。同時，也找出了電纜故障的原因，為認定事故責任提供了依據。此外，文中采取的頂管深度圖繪制方法，也可以用于確定電纜頂管深度。相比基于電磁信號的管線深度測量方法，此法受到的干擾較小，準確度較高。

1 鐘小樂．跨步電壓法在查找電纜外護套故障中的運用[J].科技創新與應用，2012(8).

2 胡慶琬．使用MATLAB曲線擬合工具箱做曲線擬合[J].電腦知識與技術，2010(6).

3 周 輝，汪志剛，袁 晟．電力電纜故障測尋儀的使用[J].大眾用電，2014(3).

4 許東升，田鳳蘭，趙 珩，等．電力電纜故障現場測距方法的研究與應用[J]．高壓電器，2009(5).