地鐵電力電纜故障測尋方法分析與體會

鄧育健

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州510000）

0 引言

隨著廣州地鐵線網的迅速發展，電力電纜的數量越來越多，發生電纜故障的可能性也越來越大。以二號線瑤臺主所為例，其從供電局引至所內的兩回110 kV專線電纜長達10 km，一旦出現故障將影響多條線路的用電，快速、準確地查找故障點，成為地鐵電力電纜管理的迫切需要。電力電纜故障探測是一項技術性比較強的工作，需要技術人員掌握探測的原理和方法，并具有一定的工作經驗。而對于電力電纜故障，一般難以用預防性試驗進行預測，因此常以故障維修形式進行處理，且必須采用專門的儀器和方法進行診斷，主要步驟是先判斷故障性質，再選擇相應的方法進一步檢查，精確測定故障點。對于一般的高阻故障，常用二次脈沖法進行故障定位。

1 二次脈沖法的實例應用

2015年5月15日，廣州地鐵河南主所赤河乙線故障，監控信息顯示110 kV赤河乙線零序過流Ⅱ段、距離Ⅱ段保護動作，B相故障，開關跳閘，純電纜線路重合閘未投，一次故障電流16.964 kA，錄波測距3.185 km，保護測距1 km，赤沙站、河南站一/二次設備無異常，受影響車站電力負荷短時停電切換。現場絕緣對線路的三相絕緣電阻測試結果為：AC相電纜絕緣正常（A相電纜絕緣16 GΩ，C相電纜絕緣31.1 GΩ），B相電纜絕緣異常（B相電纜絕緣21.2 kΩ）。判斷是B相發生髙阻接地故障。

由于是髙阻接地故障，技術人員決定使用XF28-1960V.4電纜故障定位系統進行處理，其檢測方法為二次脈沖法。根據電纜長度選定測量范圍檔位“8 km檔”，先使用低頻脈沖對電纜全長進行測量，并以之為根據調整波速。根據工程經驗，交聯聚乙烯電纜的推薦波速為86.1 m/μs，用此波速測量電纜全長為5 km，與現場實際長度5.025 km基本一致。因此，使用此波速對電纜進行二次脈沖測試。

二次脈沖法是第二代波反射法技術的代表，通過對電容器進行充電提高電壓，當電壓增大到某一值時，與電容器相連的球面間隙則會發生擊穿發電，高電壓將直接施加到線芯及屏蔽之間，在該電壓幅值大于故障點的擊穿電壓時，高壓脈沖把故障點擊穿形成燃弧，在燃弧的同時，儀器再發出一個低壓脈沖，通過測量此低壓脈沖在電弧點的反射時間，計算出儀器到故障點的距離。在電纜內阻抗變化的位置上如電纜故障處和在中間接頭上以及分路接頭上均會形成反射波，反射波的大小取決于阻抗變化的程度，其計算公式如下：

反射（%）=（Z2-Z1）/（Z2+Z1）×100%

式中，Z2為新的阻抗值；Z1為先前的阻抗值。

發生短路時，Z2遠小于Z1，因此反射率為負值，脈沖信號倒轉180°，出現負脈沖。通過反復測試，以低壓脈沖的波形為標準，可以看出在故障點會有明顯的下降波形，現場測距為2.9 km，如圖1所示。

圖1 故障點的負脈沖波形

2 故障點精確定位分析及驗證

根據沖擊波形分析，故障點約距離赤沙站2.9 km。因為測量波速度的匹配程度和儀器測量誤差，再加上路面未發現施工及明顯路面損害，所以必須進一步進行故障測聽查找。故障測聽是通過對故障電纜施加高壓脈沖（使用前面儀器），在故障點處產生擊穿，擊穿點放電的同時對外產生電磁波同時發出聲音，再使用聲音檢波器進行測聽。

經過多次測試對比及波形的仔細分析后，變電人員根據定位距離到220 kV赤沙變電站沿途進行測聽，逐步縮小故障搜索范圍，而沿線均為馬路面，因此選擇深夜時分進行作業。然后定位到放電聲音最清晰的地點位于新滘東路315西往東方向（明民汽車維修部側紅綠燈停車處）附近，對照圖紙確定該處為5號接頭井上方，初步確定故障點位置。在對疑似故障點進行開挖后，發現B相接頭外殼破裂，有明顯的放電痕跡，最終確定故障位置。

對電纜頭送外分析，結果為放電擊穿，原因為環氧澆注體與中央鋁電極的界面存在缺陷，并經歷了長期的熱脹冷縮過程，兩者共同導致界面條件劣化，出現局部放電，最終發生擊穿，界面缺陷為產品個體偶然制造缺陷的可能性較大。

3 查找的經驗和體會

（1）選用正確的波速。如果波速設定與電纜不匹配，將嚴重影響定位的準確性。一般先用低壓脈沖法測出正常相的電纜全長（如線路較長可使用到某個中間接頭的距離），跟已知的實際長度比較，在理論值附近進行波速校準，再進行二次脈沖測試。在條件允許的情況下，更宜在對側電纜終端上重復測試，通過比較以獲得更準確的結果。

（2）選擇合適的沖擊電壓，重復多次測試。在高壓脈沖到達故障點后，故障點擊穿有一定的延時，隨著電壓的升高，延時將減少，而到了一定電壓后，延時基本不變。因此隨著沖擊電壓的升高，反射時間會縮短，計算所得的故障距離越來越短，在電壓升高到某個值后，故障距離基本不變，此時的測距更有參考價值。另外，對于高阻接地的情況，故障點在經過反復的高壓脈沖擊穿后，會變得越來越容易擊穿，即延時會越來越短，因此應重復多次測試，減少誤差。如在本次故障中，由于故障相的絕緣電阻較高，經過數十次的沖擊后反射波形才趨于穩定。

（3）二次脈沖法與聲磁同步法配合，獲得精確的故障點定位。以本次故障使用的XF28-1960V.4電纜故障定位系統為例，其精度為選定測量范圍的0.5%，而本次根據電纜長度選定測量范圍檔位為“8 km檔”，即測量結果與實際至少存在40 m的誤差，難以直接進行開挖。為進一步確定故障點，須使用聲音檢波器進行精確測量。通過麥克風和電磁線圈，聲音檢波器可以在一定范圍內探測脈沖放電時故障點產生的聲波和電磁波，經過內部處理，在面板上顯示聲音的大小和方位，以準確定位。但其受外部環境的干擾較大，在此次故障中，沿線均為厚實的瀝青路面，埋深約1.5 m，聲磁衰減大；另外，由于道路車流量大，嚴重影響放電聲音的捕獲，因此最終選在半夜進行探測，以獲得較好的結果。

4 結語

電力電纜的故障查找發展已經較成熟，對高阻故障而言，二次脈沖法有著較理想的效果，但現場仍需結合電纜的實際運行情況和聲磁同步法進行分析，才能精確定位，對操作人員的經驗要求較高，在人為因素的影響下，有可能增加不必要的搶修時間。未來將結合電纜在線狀態檢測和在線故障診斷等技術，更有效地縮短故障修復時間。

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