地埋電纜故障定位查找方法分析

劉 斌，朱 杰，劉麗潔，馬林生，牛光輝

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司阜陽(yáng)供電公司，安徽 阜陽(yáng) 236000)

地埋電纜故障定位查找方法分析

劉 斌，朱 杰，劉麗潔，馬林生，牛光輝

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司阜陽(yáng)供電公司，安徽 阜陽(yáng) 236000)

針對(duì)地埋電纜發(fā)生故障后難以處理的問(wèn)題，分析了故障類(lèi)型與產(chǎn)生原因，詳述了故障查找步驟、判斷依據(jù)及各類(lèi)查找方法的工作原理;通過(guò)波形圖進(jìn)行原理分析，并結(jié)合實(shí)例對(duì)查找方法進(jìn)行了論證，完善了整個(gè)故障查找程序，提高了工作效率，保障了供電的可靠性與穩(wěn)定性。

地埋電纜；原理分析；故障定位；故障查找

0 引言

目前，在城市配電網(wǎng)中，為了減少電桿與架空線(xiàn)路對(duì)城市土地與空間的占用，地埋電纜線(xiàn)路的應(yīng)用越來(lái)越多。地埋電纜雖可減少倒桿、斷線(xiàn)、雷擊等事故的發(fā)生，但由于被埋于地下，當(dāng)其發(fā)生故障后無(wú)法直接找出故障點(diǎn)位置，加大了故障處理的難度，給電網(wǎng)的檢修人員帶來(lái)一定的麻煩。

1 地埋電纜故障的原因

地埋電纜故障類(lèi)型主要分為低阻接地、高阻接地、線(xiàn)芯對(duì)屏蔽層或鋼鎧短路和斷路、相間短路以及閃絡(luò)性故障等。

地埋電纜發(fā)生故障的原因比較多，主要有人為因素和自然因素2種：

(1) 人為因素主要包括外力破壞、附件制造質(zhì)量不合格、敷設(shè)施工質(zhì)量不良等；

(2) 自然因素主要包括電纜超過(guò)壽命周期和絕緣老化變質(zhì)，一般情況下，低壓電纜在運(yùn)行5-8年后，高壓電纜在運(yùn)行8-15年后，開(kāi)始出現(xiàn)絕緣老化現(xiàn)象。

以上故障原因最終導(dǎo)致電纜主絕緣下降，形成電擊穿或熱擊穿等。為了保障用戶(hù)可靠、穩(wěn)定用電，需要快速查找地埋電纜故障原因并及時(shí)進(jìn)行處理。

2 地埋電纜故障定位的步驟

電纜故障定位的基本步驟分為故障性質(zhì)判斷、故障測(cè)距和故障定點(diǎn)3步。

2.1 故障性質(zhì)判斷

當(dāng)?shù)芈耠娎|發(fā)生故障后，斷開(kāi)故障電纜兩端與設(shè)備的連接，并斷開(kāi)故障電纜兩端的接地，用絕緣電阻測(cè)試儀與萬(wàn)用表測(cè)量電纜相與地、相間的絕緣電阻值。若電阻值不大于200 Ω，則為低阻故障；若大于200 Ω，則為高阻故障；若為無(wú)窮大，則為開(kāi)路故障。當(dāng)這些測(cè)試均無(wú)法判定故障性質(zhì)時(shí)，應(yīng)對(duì)電纜進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，判斷是否有閃絡(luò)故障。

2.2 故障測(cè)距

判斷出電纜故障性質(zhì)之后，對(duì)電纜故障進(jìn)行預(yù)定位，即故障測(cè)距。故障測(cè)距主要方法有電橋法與脈沖法2種。電橋法包括傳統(tǒng)直流電橋、壓降比較法和直流電阻法；脈沖法包括低壓脈沖法、脈沖電流法、多次脈沖法和脈沖電壓法等。在目前的使用方法中，脈沖法應(yīng)用最為廣泛，因此主要對(duì)該方法進(jìn)行分析。

2.2.1 低阻故障測(cè)距

若為低阻故障，則采用低壓脈沖法。測(cè)試時(shí)向電纜注入一低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點(diǎn)，如短路點(diǎn)、故障點(diǎn)、中間接頭等，脈沖產(chǎn)生反射，回送到測(cè)量點(diǎn)被儀器記錄下來(lái)，脈沖反射原理如圖1所示。從儀器發(fā)射脈沖開(kāi)始計(jì)時(shí)，到接收到故障點(diǎn)的反射脈沖共需時(shí)間Δt，脈沖行波傳播速度為V，則故障點(diǎn)距離Lx為：

其中，開(kāi)路故障反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相同；而短路故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相反。因此，通過(guò)識(shí)別反射脈沖的極性，可以判定故障的性質(zhì)。反射脈沖波形如圖2所示。

圖1 脈沖反射原理

圖2 反射脈沖波形

2.2.2 高阻故障測(cè)距

若為高阻故障，故障點(diǎn)絕緣電阻大于200 Ω，則故障點(diǎn)的反射系數(shù)很小，無(wú)法分辨反射脈沖，因此低壓脈沖法無(wú)法對(duì)高阻故障進(jìn)行測(cè)距。此時(shí)需使用高壓發(fā)生器向故障電纜施加高壓，擊穿故障點(diǎn)，通過(guò)瞬間放電的電火花使故障點(diǎn)變?yōu)槎搪饭收希⒕S持幾μs至幾百ms，在故障點(diǎn)和測(cè)量端之間同時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生來(lái)回反射波形。通過(guò)測(cè)量相鄰2次來(lái)回反射波形的時(shí)間Δt，再根據(jù)公式(1)，便可計(jì)算出故障距離。

2.2.3 閃絡(luò)故障測(cè)距

采集放電脈沖信號(hào)有2種方法：電壓取樣和電流取樣。采用電流取樣即為脈沖電流法時(shí)，波形較易識(shí)別，因此經(jīng)常被使用。脈沖電流法又可分直閃法和沖閃法，直閃法主要用于閃絡(luò)故障，即故障點(diǎn)絕緣電阻極高；沖閃法用于故障點(diǎn)電阻不是很高的情況。

直閃法工作原理如圖3所示，其中：T1為調(diào)壓器，T2為高壓變壓器(容量應(yīng)在1 kVA左右)，VD為高壓硅堆，C為高壓儲(chǔ)能電容器(容量在2 μF以上)，L為電流耦合器。調(diào)節(jié)T1調(diào)壓器，逐漸升高輸出電壓，直至擊穿故障點(diǎn)。

圖3 直閃法工作原理

沖閃法原理如圖4所示，與直閃法基本相同，區(qū)別在于在儲(chǔ)能電容C和電纜之間串入一球間隙G。調(diào)節(jié)T1調(diào)壓器對(duì)電容C充電，當(dāng)電容電壓上升到一定程度時(shí)，球間隙G擊穿，電容C對(duì)電纜放電。由于電容的內(nèi)阻極小，輸出電壓將能足夠高并擊穿故障點(diǎn)。

圖4 沖閃法工作原理

多次脈沖法相當(dāng)于低壓脈沖法與脈沖電流法的結(jié)合，它是向電纜施加高壓使得故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生電弧，電弧的交流電阻很低，可認(rèn)為是一個(gè)低阻短路故障。采用一定的技術(shù)手段可使電弧延續(xù)時(shí)間大幅度延長(zhǎng)并穩(wěn)定，在電弧延續(xù)時(shí)間內(nèi)，向電纜發(fā)送低壓脈沖，故障點(diǎn)處的電弧將把脈沖反射回測(cè)量端，其波形類(lèi)似于低壓脈沖法的低阻故障波形，波形如圖5(a)所示；在電弧熄滅后，故障點(diǎn)恢復(fù)到高阻狀態(tài)，再向電纜發(fā)射一次低壓脈沖，將得到一個(gè)電纜末端開(kāi)路的反射波形，波形如圖5(b)所示；將2個(gè)波形同時(shí)顯示，在故障點(diǎn)處會(huì)出現(xiàn)明顯差異，可很容易地判斷并測(cè)量故障距離，波形如圖5(c)所示。

2.3 故障定點(diǎn)

測(cè)出電纜故障的距離后，需精確定位故障點(diǎn)。常用的故障定點(diǎn)方法有磁場(chǎng)感應(yīng)法、聲測(cè)法、聲磁同步法和跨步電壓法。

圖5 多次脈沖法波形

2.3.1 磁場(chǎng)感應(yīng)法

主要用于絕緣電阻小于10 Ω的低阻故障。向故障電纜發(fā)射1 kHz的音頻電流信號(hào)，此時(shí)線(xiàn)芯通路周?chē)鷷?huì)感應(yīng)出磁場(chǎng)信號(hào)，磁場(chǎng)信號(hào)在故障點(diǎn)時(shí)達(dá)到最大，經(jīng)過(guò)故障點(diǎn)后會(huì)突然減弱，以此判斷故障點(diǎn)位置。該種方法還可以用于電纜路徑的探測(cè)。

2.3.2 聲測(cè)法

利用故障點(diǎn)被擊穿放電時(shí)伴有放電聲音，放電聲音最大處正是故障點(diǎn)正上方的原理來(lái)定位故障點(diǎn)。此種方法需給故障電纜施加高壓讓其形成放電，故適合于開(kāi)路故障、高阻故障和閃絡(luò)故障。

2.3.3 聲磁同步法

利用故障點(diǎn)擊穿放電時(shí)，在故障間隙產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)并傳到地面的特點(diǎn)，結(jié)合聲音與磁場(chǎng)信號(hào)共同判斷故障點(diǎn)。此方法適合于開(kāi)路故障、高阻故障和閃絡(luò)性故障。

2.3.4 跨步電壓法

在故障點(diǎn)附近，電流從護(hù)層破損點(diǎn)向各個(gè)方向流入大地，在地面上的任意2點(diǎn)間形成電位差，即跨步電壓的原理，通過(guò)檢測(cè)跨步電壓的強(qiáng)度和方向，以確定故障點(diǎn)的位置。

3 實(shí)例分析

某環(huán)網(wǎng)柜一出線(xiàn)柜至1號(hào)桿的地埋電纜發(fā)生接地跳閘事件。該段故障電纜總長(zhǎng)約890 m，中間有1處接頭，電纜從環(huán)網(wǎng)柜開(kāi)始穿管進(jìn)入地下，一直到達(dá)1號(hào)桿，然后上桿接到開(kāi)關(guān)處。對(duì)該故障電纜進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量，其結(jié)果如表1所示。

表1 故障電纜相對(duì)電阻值 kΩ

根據(jù)表1的測(cè)量結(jié)果，可判定該接地故障類(lèi)型屬于A(yíng)，C 2相對(duì)地高阻接地，故可使用脈沖電流法進(jìn)行高阻故障測(cè)距與定點(diǎn)判斷。使用脈沖電流法中的沖閃法進(jìn)行故障點(diǎn)距離測(cè)量，通過(guò)在環(huán)網(wǎng)柜端加壓，利用手動(dòng)放電方式，給電纜加瞬時(shí)高壓，信號(hào)從接地點(diǎn)返回，以測(cè)量出接地點(diǎn)的大概距離。對(duì)于正常B相，所測(cè)得的長(zhǎng)度約為892.5 m，波形如圖6所示。對(duì)于故障A，C 2相，故障點(diǎn)距環(huán)網(wǎng)柜約816 m，如圖7所示。

圖7 故障A，C 2相波形

根據(jù)所測(cè)故障點(diǎn)大概位置，利用跨步電壓法進(jìn)行了精確定點(diǎn)，然后進(jìn)行開(kāi)挖，找出了故障位置。其故障現(xiàn)象如圖8所示。

圖8 現(xiàn)場(chǎng)故障點(diǎn)

最后對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行處理，并對(duì)該段處理后的電纜進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，其結(jié)果如表2所示。

表2 處理后電纜相對(duì)電阻值 GΩ

由表2及以上分析可知，通過(guò)以上方法可以精確地查找出故障位置。故障消除后，電纜線(xiàn)路恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)地理電纜故障定位查找步驟、方法原理以及實(shí)例的分析可知，以上所述的電纜故障查找方法可以快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行故障判斷與定位，有效縮短了電纜故障的查找時(shí)間，以及時(shí)處理故障、提高工作效率，保障了供電的可靠性與穩(wěn)定性。

1 肖明雷，鄧英鎧．發(fā)電廠(chǎng)預(yù)防電纜故障的技術(shù)措施及其應(yīng)用[J]．電力安全技術(shù)，2014，16(2):56-57.

2 蘇愛(ài)國(guó)，王富勇，謝家鎮(zhèn)，等．淺談如何查找10 kV電纜故障[J]．電線(xiàn)電纜，2013，(4)：35-37.

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4 徐黨國(guó)，郭東升．電纜故障定位技術(shù)[J]．國(guó)際電力，1998，2(2)：43-45.

2016-09-19。

劉 斌(1987-)，男，工程師，主要從事電力設(shè)備的檢修維護(hù)工作，email：liubin4180@163.com。

朱 杰(1977-)，男，工程師，主要從事電力設(shè)備檢修、試驗(yàn)和保護(hù)工作。

劉麗潔(1979-)，女，工程師，主要從事電力設(shè)計(jì)工作。

馬林生(1987-)，男，工程師，主要從事變電設(shè)備檢修工作。

牛光輝(1988-)，男，工程師，主要從事電力設(shè)備計(jì)量、信息采集工作。