地埋電纜故障定位方法及日常運維建議

王梓琪，徐國華，范文捷

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江臺州317200）

地埋電纜故障定位方法及日常運維建議

王梓琪，徐國華，范文捷

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江臺州317200）

列舉了目前地埋電纜常見的故障類型與測距方法，統(tǒng)計了電纜不同故障時采用的相應(yīng)方法。通過對比分析，對運維單位提出日常運維建議。

地埋電纜；故障測距；日常運維

1 引言

目前電纜大部分以地下鋪設(shè)的方式進行走線，一旦發(fā)生故障則難以查找，若是故障測距不準(zhǔn)確，路徑不清，為故障搶修工作增加了巨大的難度。不僅給用戶造成影響，而且給電力公司造成巨大的損失[1]。因此，開展地埋電纜故障定位技術(shù)研究與應(yīng)用對于社會生產(chǎn)有著至關(guān)重要的意義。

2 地埋電纜故障類型與原因

2.1.埋電纜故障類型介紹

地埋電纜故障類型主要有低阻短路、高阻短路、線芯對屏蔽層或鋼鎧短路和斷路、相間短路以及閃絡(luò)故障等。以下介紹常見的地埋電纜故障類型[2]。

（1）開路故障：該故障是指電纜某相或幾相出現(xiàn)斷開，即電纜斷開的兩側(cè)無法正常傳輸電流，失去帶載能力或帶載能力差。

（2）低阻短路故障：該故障指電纜的相與相之間、相與地之間和電纜與其他電纜短路出現(xiàn)電流傳輸通道，且電流傳輸通道間的電阻值低于100～200 kΩ。

（3）高阻短路故障：該故障與低阻短路故障發(fā)生的形式相同，不同之處在于電流傳輸通道間的電阻值大于100～200 kΩ，且電纜的連續(xù)性沒有被破壞。

（4）閃絡(luò)故障：電纜的絕緣性在電壓低于某值時能夠滿足運行要求，但是在電壓高于此值或持續(xù)一段時間后，電纜絕緣被擊穿，出現(xiàn)短路的癥狀。

2.2.埋電纜故障原因

地埋電纜發(fā)生故障原因較多，主要如下幾種[3]：

（1）外力破壞。例如電纜振動與外部接觸摩擦、外力造成的機械損傷、車輛碾壓等引起的電纜接頭和本體損傷。

（2）絕緣老化：電纜長時間運行后產(chǎn)生的對絕緣材料的電腐蝕、熱腐蝕、化學(xué)腐蝕，使電纜的絕緣發(fā)生不同程度的老化。

（3）絕緣受潮：電纜運行環(huán)境過于惡劣，例如雨水和地下積水的潮氣腐蝕；終端頭或中間頭絕緣制作工藝不良，密封不嚴(yán)進水受潮。

（4）過電壓：雷電擊穿、操作過電壓及其他情況下的過電壓作用，使電纜絕緣層擊穿。

（5）材料缺陷：電纜制作時使用不合格的材料，導(dǎo)致電纜存在先天缺陷。

3 地埋電纜故障定位技術(shù)介紹

在進行地埋電纜缺陷消除時，應(yīng)首先對電纜的故障性質(zhì)進行初步判斷，然后依據(jù)故障類型選取相應(yīng)的定位辦法。

3.1.略定位

故障粗略定位主要方法有阻抗法與行波測距法兩種。其中行波測距法包括脈沖電流法、脈沖電壓法、低壓脈沖法和二次脈沖法等[4]。

3.1.1.抗法

阻抗法一般由電橋法進行實現(xiàn)，具體原理如圖1。在故障電纜上施加適當(dāng)?shù)碾妷海涗洔y量出的電流值，利用歐姆定律計算出電阻值，然后與整個電纜的阻值進行對比，得到故障位置。

圖1.橋法原理示意圖

3.1.2.波法

行波測距方法是以測量電磁波在電纜中的傳輸時間來進行測距的。當(dāng)電纜發(fā)生故障時，波在傳輸至故障位置時基頻會變成高頻暫態(tài)行波，故電纜兩端的波阻抗會產(chǎn)生非連續(xù)波形，再結(jié)合電磁波反射和透射，根據(jù)行波傳播方向的改變及行波的頻率變化，計算出行波到達測量端的時間，最后利用L=v×Δt計算出故障位置。

（1）低壓脈沖法

低壓脈沖法原理如圖2所示.故障電纜的任意一端注入適當(dāng)?shù)牡蛪好}沖，測量得到如圖2所示的行波脈沖時間與行波波形變化點之間的時間t。測量得到脈沖行波在非故障電纜中傳播的速度v，則故障位置L可計算得到

圖2.壓脈沖法原理圖

（2）脈沖電流法

脈沖電流法屬于行波法的一種，基本原理如行波法。與低壓脈沖法的區(qū)別是，脈沖的電壓一般較高，此法可分為沖擊高壓閃絡(luò)法和直流高壓閃絡(luò)法。

直流高壓閃絡(luò)法（簡稱直閃法）工作原理如圖3所示。調(diào)節(jié)T1調(diào)壓器，逐漸升高輸出電壓，直至擊穿故障點，然后將測量值利用L=v×t/2進行計算。

圖3.閃法接線原理圖

沖擊高壓閃絡(luò)法（簡稱沖閃法），其原理接近直閃法。通過調(diào)節(jié)調(diào)壓升壓變壓器對儲能電容器C進行充電，儲能電容器C在充電過程中其電壓不斷的升高，直至升高到臨界擊穿電壓值時，球形間隙G會被高壓擊穿，在擊穿瞬間，儲能電容C會出現(xiàn)瞬間放電現(xiàn)象。

圖4.閃法工作原理圖

（3）脈沖電壓法

脈沖電壓法又叫閃測法，與脈沖電流法基本相同，唯一的區(qū)別是采樣信號為電壓信號。不再贅述。

（4）二次脈沖法

二次脈沖法是較晚提出來的電纜故障測距方法。可以看成低壓脈沖法與脈沖電流法的組合。其原理是首先發(fā)射一個低壓脈沖，如果電纜故障點為間歇性短路或高阻短路故障，則該脈沖無法被反射記錄，此時記錄儀器將會顯示整條電纜全部信息的波形圖。然后使用圖5中高壓發(fā)生器逐步升壓，直至擊穿故障處，此時故障處故障表現(xiàn)為低阻短路故障。在故障電阻轉(zhuǎn)變的瞬間再發(fā)射一個低壓脈沖，該低壓脈沖將會在電纜故障處發(fā)生反射，可以被反射并被記錄保存。通過對比兩次低壓脈沖的波形，可觀察到明顯的發(fā)散點。計算出此發(fā)散點在整條電纜中所處的位置，此位置即為電纜故障位置。

圖5.次脈沖法工作原理圖

3.2.確定位

精測定點是電纜探測過程中極為重要的一步，粗測的故障距離具有一定的實際偏差，因此需要精測定點來準(zhǔn)確確定出故障點的具體位置，有效彌補粗測的距離誤差，減少不必要的損失。常用的故障定點方法有磁場感應(yīng)法、聲磁同步法和跨步電壓法[5]。3.2.1磁場感應(yīng)法

磁場感應(yīng)法又叫音頻感應(yīng)法，向故障電纜發(fā)射1 kHz的音頻電流信號，此時線芯通路周圍會感應(yīng)出磁場信號，磁場信號在故障點時達到最大，經(jīng)過故障點后會突然減弱，以此判斷故障點位置。主要用于絕緣電阻小于10Ω的低阻故障，還可以用于電纜路徑的探測。

3.2.2.磁同步法

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

3.2.3.步電壓法

在故障點附近，電流從護層破損點向各個方向流入大地，在地面上的任意兩點間形成電位差，即跨步電壓的原理，通過檢測跨步電壓的強度和方向，以確定故障點的位置。

4 地埋電纜故障測距技術(shù)分析與使用

4.1.埋電纜故障測距技術(shù)分析[6]

4.1.1.抗法分析

阻抗法實現(xiàn)簡單，測量準(zhǔn)確度高，但有其缺點：

（1）阻抗法無法測量出閃絡(luò)故障和高阻短路故障。利用阻抗法進行測量高阻短路和閃絡(luò)故障時，測量回路中的電流十分小，一般靈敏度的檢流計很難達到要求。若提高施加電壓來增加電流，不但耗時較多，同時也提高了操作風(fēng)險，也易將故障點燒斷，增加故障點。

（2）阻抗法利用歐姆定律進行計算，對測量設(shè)備與設(shè)備引線要求很高，引線的接觸電阻必須要小，否則，計算結(jié)果會嚴(yán)重偏離實際故障點。

4.1.2.壓脈沖法

低壓脈沖法原理簡單，適用范圍廣。因為它不需要電纜其他參數(shù)，即可測量出電纜分接頭、分支點和故障點的位置。可以用于低阻短路故障和斷路故障，但對于高阻短路故障和閃絡(luò)故障表現(xiàn)不佳。

4.1.3.沖電流法

該方法接線簡單，安全性高，通過線性電流耦合器測量實現(xiàn)了測量儀器與高壓回路的電耦合，消除了電容、電纜之間感抗影響，且波形直觀清晰。

4.1.4.沖電壓法

脈沖電壓法與脈沖電流法有共同的優(yōu)點，但有額外的缺點：存在較大的安全風(fēng)險。測量設(shè)備通過一個電容電阻分壓，然后測量電壓脈沖信號，使測量設(shè)備與電纜的高壓回路存在電氣耦合，對測量設(shè)備與測量人員存在較大安全風(fēng)險，故一般不使用。

4.1.5.次脈沖法

當(dāng)電纜發(fā)生復(fù)雜的故障時，上述方法的測量波形復(fù)雜難以分辨，對測量人員提出較高的技術(shù)要求，二次脈沖測距法較好的解決此問題。并且該法在進行測量閃絡(luò)故障時，不會被產(chǎn)生的電磁信號所干擾，對于長度過長的電纜，二次脈沖法也可識別出有效的信號波形。它的不足是所需要的輔助設(shè)備較多，測量較為麻煩。

4.2.埋電纜故障測距方法使用

綜上分析可知，根據(jù)電纜故障類型不同，應(yīng)選擇不同的方法進行故障測距（表1）。

表1.纜故障類型及測距方法統(tǒng)計表

5 總結(jié)與日常運維建議

電纜出現(xiàn)故障后雖然可以通過各種方法、儀器進行定位查找，但是查找過程依然難度很大，為了快速精確查找并排除故障，建議運維單位要做到：

（1）建立電纜臺賬檔案，包含電纜型號、起始地點、長度、走向通道等信息。一般電力系統(tǒng)在設(shè)計時就有電纜清冊、電纜敷設(shè)圖、電纜通道走向圖等信息，若在運行中有技改、檢修維護等活動改變了電纜敷設(shè)走向或增加、改變電纜，需及時更新，建立完善的電纜基本信息。清楚登記每一個電纜中間頭的位置。

（2）日常運維中，定期對電纜通道開展防小動物整治，修復(fù)孔洞，電纜通道檢查、清淤、清潔等工作，以及防火隔斷普查、補齊工作，做好各項電纜反措。

（3）定期開展電纜預(yù)防性試驗，進行絕緣電阻測試，必要時進行耐壓試驗，將結(jié)果記錄于電纜檔案。

（4）定期開展紅外測溫工作。

（5）出現(xiàn)故障后重點檢查兩側(cè)電纜頭及中間接頭位置，查看是否存在因電纜頭質(zhì)量問題而導(dǎo)致絕緣降低的情況，檢查電纜附近是否有施工、車輛碰撞等外部沖擊電纜的因素。

[1]張棟國.電纜故障分析與測試[M].北京:中國電力出版社，2005.

[2]史傳卿.電力電纜[M].北京：中國電力出版社，2006.

[3]李宗廷.電力電纜施工手冊[M].北京：中國電力出版社，2002.

[4]徐丙巧，李勝祥，陳宗軍.電力電纜故障探測技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版杜，1999.

[5]鄭秀玉，李曉明，丁堅勇.電力電纜故障定位綜述[J].電氣應(yīng)用，2009（22）.

[6]朱啟林，李仁義，徐丙巧.電力電纜故障測試方法與案例分析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

TM755

A

1672-5387（2017）09-0045-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.017

2017-06-19

王梓琪（1987-），男，工程師，從事抽水蓄能電站運維工作。