配電網(wǎng)電纜故障及其查找定位

吳一波

（國網(wǎng)襄陽供電公司檢修分公司，湖北襄陽441003）

1 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)已經(jīng)逐漸成為目前供電的主要方式，輸配電系統(tǒng)當(dāng)中的電纜所占比例也不斷增加。但是電纜經(jīng)過長時間的使用，導(dǎo)致其在外力破壞、受潮腐蝕以及超負(fù)荷使用情況下時常出現(xiàn)電纜故障問題，這對工業(yè)生產(chǎn)與人民生活造成了極大的影響。因此，采取有效的故障查找與定位的方法實現(xiàn)快速修復(fù)故障，保證供電的穩(wěn)定性，降低人們的經(jīng)濟(jì)損失。通過對電纜故障相關(guān)的定位查找技術(shù)進(jìn)行研究，能夠為今后故障查找定位提供技術(shù)支撐，對保證我國配電網(wǎng)長期穩(wěn)定運行具有良好的現(xiàn)實意義。

2 配電網(wǎng)電纜常見故障及其原因

2.1 機(jī)械損傷

機(jī)械損傷對于整個配電網(wǎng)來說，其是發(fā)生電纜故障的最為主要問題，其在出現(xiàn)問題時能夠快速實現(xiàn)識別，然而對于配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行帶來的影響也是最大的。導(dǎo)致電纜損傷最常見的方式便是在直埋電纜正上方開展土建施工，嚴(yán)重情況會導(dǎo)致電纜出現(xiàn)短路故障。導(dǎo)致機(jī)械損傷通常有如下三點原因：第一，電纜直接受到外力破壞，比方說在項目建設(shè)過程中，由于人為操作不當(dāng)導(dǎo)致外力對電纜造成破壞性損傷；第二，電纜在進(jìn)行安裝過程中出現(xiàn)損傷，這主要是因為電纜拉伸過程中用力過大導(dǎo)致；第三點便是因為自然因素導(dǎo)致電纜出現(xiàn)損傷，可能是因為環(huán)境溫度發(fā)生劇烈變化，在熱脹冷縮原理下導(dǎo)致電纜出現(xiàn)損傷，也可能是由于發(fā)生山體滑坡或地震等不可抗力導(dǎo)致的電纜斷裂，這會導(dǎo)致整個電纜及其配件出現(xiàn)損壞。

2.2 受潮或水浸

受潮或者水浸也是導(dǎo)致電纜故障的主要原因之一，這類故障相比于機(jī)械損傷帶來的故障較少。該故障主要是因為電纜一般長時間埋于地下和隧道當(dāng)中，常常會發(fā)生長期受潮和水浸影響，進(jìn)而導(dǎo)致電場作用出現(xiàn)一定的異常，使電纜絕緣強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度的降低，特別是在電纜處于受潮和水浸狀態(tài)時，常常會出現(xiàn)跑油問題，最終導(dǎo)致電纜配電過程中的安全性大大降低[1]。此外，當(dāng)電纜鋪設(shè)環(huán)境較為惡劣，可能會出現(xiàn)擊穿或刺穿問題，這也會對配電網(wǎng)電纜造成不利影響，最終使電纜出現(xiàn)進(jìn)水問題，造成電纜運行故障。

2.3 超負(fù)荷運轉(zhuǎn)

因為電流具有熱效應(yīng)，所以當(dāng)負(fù)載電流經(jīng)過電纜過程中，常常會使電纜出現(xiàn)溫度升高現(xiàn)象，最終導(dǎo)致導(dǎo)體出現(xiàn)發(fā)熱問題，而且集膚效應(yīng)同樣使絕緣介質(zhì)出現(xiàn)或多或少的附加熱量，最終造成電纜溫度顯著的增加。特別是電纜處于長期高負(fù)荷運轉(zhuǎn)時，電纜溫度過高導(dǎo)致其無法承受，便會導(dǎo)致其出現(xiàn)不同程度的損傷，進(jìn)而使電纜老化逐漸的加重，嚴(yán)重情況下便會出現(xiàn)擊穿問題。特別是在夏天高溫情況下，室外溫度不斷的增高，也會造成電纜溫度快速上升，這也是夏天配電網(wǎng)發(fā)生電纜事故的概率相比于其他季節(jié)更高的原因之一。

3 配電網(wǎng)電纜故障查找定位方法

3.1 聲測法

電纜故障定位目前廣泛使用的方法便是聲測法，能夠?qū)﹄娎|當(dāng)中存在的多數(shù)故障做出良好的測試，但是對接地電阻造成的故障做出測試，經(jīng)過長期的應(yīng)用證明該方法具有非常好的查找定位效果。聲測法定位原理如圖1所示。

圖1 聲測法電纜故障測試原理圖

聲測法在實際應(yīng)用過程中采用的原理主要如下：不斷使直流電源電壓進(jìn)行升高，使其不斷向電容器進(jìn)行電能存儲，當(dāng)電容器兩側(cè)間存在的電壓不斷升高，使其達(dá)到一定的數(shù)值時，球間隙便會出現(xiàn)擊穿電壓，進(jìn)而使電容器電壓不斷向故障電纜表面進(jìn)行作用，最終使故障部位出現(xiàn)放電現(xiàn)象，使該處發(fā)生電火花放電現(xiàn)象，并且存在電測波輻射和振動聲響。

3.2 高壓電橋法

高壓電氣法進(jìn)行故障定位主要應(yīng)用的原理是電橋原理，如圖2所示。因為電纜自身存在的電阻分布較為勻稱，并且電阻與長度間具有正比例關(guān)系，所以利用電橋法能夠?qū)崿F(xiàn)對故障點的定位。該方法在實際查找定位當(dāng)中具有操作便捷、定位效率快以及定位精度高等優(yōu)勢，同時因為使用的直流電源，通常不會發(fā)生電流衰退情況。通常在受潮或水浸類型的電纜故障當(dāng)中較為適用，在高阻故障方面的查找也相對較簡便。高壓電橋法只需要5mA電流便能對2m范圍內(nèi)的電纜進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，而且能夠應(yīng)用于護(hù)層定位當(dāng)中，不會造成護(hù)層出現(xiàn)過大的灼燒，后期修復(fù)也相對較為方便。但是該方法也就有顯著的制約，即電纜長度一般都很長，故障點僅僅是其中極小的范圍內(nèi)，導(dǎo)致在實際故障定位過程中具有較大的難度，需要根據(jù)電力部門提供整個電纜相關(guān)的所有資料進(jìn)行查找，一旦資料不全便會造成故障定位存在偏差。此外，高壓電橋法不能對斷線故障做出有效的診斷，使其應(yīng)用上存在一定的制約性。

圖2 高壓電橋法電纜故障測試原理圖

3.3 音頻感應(yīng)法

音頻感應(yīng)法一般使用在電阻值不超過10Ω故障當(dāng)中，可以對三相短路與接地故障等做出較好的查找與定位。在使用時間長且資料存在缺失的情況下也能實現(xiàn)較好的故障定位，利用音頻感應(yīng)能夠?qū)收想娎|位置及其埋深做出較高的測定。該方法主要是發(fā)出音頻感應(yīng)電流，使其經(jīng)過電纜時周圍出現(xiàn)交變磁場，并將感應(yīng)線圈接近電纜，利用線圈將電信號換成音頻信號，并利用耳機(jī)對信號進(jìn)行接收，沿著電纜線移動線圈，根據(jù)聲音信號的改變情況實現(xiàn)對故障點的查找定位。簡而言之便是在電纜箱上施加音頻電流，電纜看作輻射磁場的圓心，圓心的位置磁力分布最為密集，越向外越分散，能夠利用這一原理實現(xiàn)故障點的感應(yīng)。但是該方法具有一個顯著的應(yīng)用缺陷，即無法對單相接地故障實現(xiàn)有效的定位。

3.4 脈沖法

脈沖法主要應(yīng)用的原理是利用脈沖信號實現(xiàn)電纜故障的查找與定位。在電纜導(dǎo)體中輸入一個脈沖信號，根據(jù)脈沖信號發(fā)射與反射間存在的時間差實現(xiàn)對鼓掌距離進(jìn)行測試。該故障具有的顯著優(yōu)勢有操作便捷、可以生成清晰的脈沖信號波、不用電纜相關(guān)的任何資料、同時對電纜不會造成過多的傷害。但是也存在顯著的不足之處，即適用范圍也相對較為有限，當(dāng)出現(xiàn)接地短路故障時，引起發(fā)射波存在較大程度的衰減，不能有效地檢測出故障所在，同時由于電纜寬度有所制約，導(dǎo)致脈沖法無法有效發(fā)揮其作用，特別是對閃絡(luò)形式的故障，查找定位效果較為不明顯。

4 結(jié)論

配電網(wǎng)電纜在運行過程中，時常會因為外力損傷、受潮與超負(fù)荷運轉(zhuǎn)等原因?qū)е缕浒l(fā)生故障，通過采用有效的查找定位技術(shù)能夠快速進(jìn)行修復(fù)，但是目前常用的技術(shù)均存在一定的不足。因此，今后需要對查找定位技術(shù)進(jìn)行研究，研發(fā)高效的故障查找定位方法，以保證配電網(wǎng)長期穩(wěn)定運行，為社會創(chuàng)造出更多的價值。特別是在我國加大力度建設(shè)智能電網(wǎng)，利用科技手段實現(xiàn)電纜故障查找應(yīng)該成為今后的研究重點。