淺析電力電纜故障定位方法

武照龍

【摘 ?要】隨著城市的發(fā)展，對電力需求不斷上升，已運行的電纜往往超負荷運行，加上電纜隨著運行年限加長的自然老化過程，以及外力破壞等因素，電力電纜故障率逐年上升。電纜故障后一般不允許重合閘，如果不能快速準確地判斷故障點所在位置，將極大地加劇巡檢工作量，并引起長時間停電事故，造成嚴重經(jīng)濟損失，與此同時也給生活及生產(chǎn)帶來不便。快速精準地診斷電纜故障對于及時排查故障并恢復供電具有重要意義，因此有必要對電纜故障定位方法進行深入研究。

【關鍵詞】電力電纜;故障;定位方法

1電力電纜故障原因和分類

1.1故障原因

造成電纜故障的原因是復雜的。要想對故障點進行快速判斷，就需要對電纜的工作環(huán)境以及常見原因有所了解，這也是減少電纜故障的一個重要途徑。常見的故障原因主要包括外力破壞、電纜質量、電纜中間頭制作不達標、管理存在問題、自然現(xiàn)象造成的損傷以及電纜生產(chǎn)質量等。

外力破壞主要是在未經(jīng)許可、核實的情況下進行的打樁、開挖等施工破壞電纜而導致的接地短路故障。電纜施工質量問題是未能落實安裝要求，在施工過程中走形成碰傷或不合理的機械牽引力對電纜形成拉傷，對于移動設備，通常會出現(xiàn)因固定不夠而發(fā)生變形、摩擦、拉扯和錯位而出現(xiàn)絕緣故障。電纜接頭故障的原因大致包括以下幾個方面：潮濕環(huán)境下未對電纜頭進行相關防護;中間接頭因密封不良而受潮導致的絕緣層劣化;中間接頭導體連接管管口不平整而導致的壓接不良;不合理的中間接頭設置。電纜的管理方面，存在電纜長期超負荷工作而未進行相關維護，長期處于腐蝕環(huán)境中，通過熱力管線未采取防護措施，這些都導致電纜的絕緣老化、腐蝕以及過熱損壞。

1.2故障分類

類似于電力電纜的分類，從不同層面來看，故障分類有所不同。如封閉性和開放性故障，接地和非接地故障，單相故障和多相故障等。電纜故障主要包括以下幾類：開路故障是電纜的護層或導體因斷裂而導致電壓無法達到對端或是絕緣電阻無窮大的情況;低阻故障是指電纜相對地或兩者之間的絕緣損傷，絕緣電阻小到能用抵押脈沖進行測量，其中的特例是短路故障;高阻故障是電纜相對地或兩者之間的絕緣損傷后電阻較大，不可通過低壓脈沖法來對故障進行測量。

2電纜故障定位方法

截止目前位置，電力電纜故障定位方法主要以離線法為主。離線定位法一般將預定位以及精確定位結合在一起，其中預定位法判斷故障所屬大致位置，以阻抗法和行波法為主。在阻抗法故障定位中，主要采用是平衡電橋原理。行波法則包含多種定位方法，主要包含脈沖電流法、二次脈沖法、低壓脈沖法等多種方法。預定位粗略判斷出故障大致位置，然后利用精確定位進行進一步的判斷。精確定位法主要包括聲測法以及聲磁同步法。

2.1阻抗法

使用阻抗法進行故障定位的前提是線路參數(shù)已知，并且測量點與故障點之間的阻抗可以測量或計算，并且電纜線路的參數(shù)必須均勻分布。在此前提下，故障距離的確定可以通過特定的方程計算而出。

電橋法是阻抗法的一種，在電纜故障定位技術發(fā)展初期應用最多的即是電橋法。采用電橋法進行故障定位時，忽略電纜線路的分布參數(shù)影響將電纜當作集中參數(shù)進行處理，因此在相同時刻下，電纜任何一點的電流大小相等，且不存在相位偏差，電纜的本體電阻與電纜長度呈正比關系。進行故障定位前，應將故障相一端與非故障相一端相連，電橋兩臂分別接在故障相與非故障相的另一端，然后調節(jié)電橋上的變阻器使得電橋平衡，電橋平衡時電流計指針為0。電橋平衡后利用簡單分壓關系和已知電纜長度即可求出故障點與觀測點的距離。對于低阻類型電纜擊穿，一般用低壓電橋，而對于斷線擊穿，則采用電容電橋。電橋法測量結果準確，但需要完好的非故障相作為測量回路，此外，試驗電壓不能過高。

電橋法故障定位原理簡單，測量精度較高，但只適用幾種特定類型的故障，對于高阻故障，電橋法失效。由于施加電壓較低，在高阻故障下，電橋中流過的電流很小，對電流計的測量精度提出了很高的要求，當精度不夠時則容易造成定位不準。此外，使用電橋法需要提前獲知電纜的詳細參數(shù)，這對于工程實踐來說往往具有較高的難度，因此隨著新技術的不斷發(fā)展，電橋法逐漸在電纜故障診斷中淡出了舞臺。

2.2行波法

行波定位法在架空線路故障診斷中應用廣泛，定位精度高，且響應及時，可以快速定位故障點。行波法在電纜中的應用首先是以低壓脈沖法出現(xiàn)的，該方法基于電磁脈沖折返射原理，當人為向故障電纜中注入高頻電流脈沖時，前行的電流脈沖在遇到故障點時會產(chǎn)生反射，通過記錄起始脈沖與反射脈沖的時間差，并利用單端行波定位即可實現(xiàn)故障點的精確定位。最新的低壓脈沖法已不需要監(jiān)測記錄的波形主波與反射波來判斷時間差，而是通過儀器自動計算，大幅提升了診斷效率，但這種方法也存在著缺陷與不足，如脈沖電壓幅值較低，當遇到高阻故障時，反射波微弱以至于無法識別。

脈沖電流法彌補了低壓脈沖法難以定位高阻故障的缺陷。該方法需要對故障電纜施加高壓，使得故障點發(fā)生擊穿，產(chǎn)生脈沖電流，然后用高性能監(jiān)測終端監(jiān)測并提取故障行波信號，根據(jù)行波定位法即可確定故障點所在位置。這種方法大部分場合下可靠性較高，但也存在一定的盲區(qū)，且有時故障閃絡波形復雜，加大了識別難度，嚴重時造成定位失敗。

在行波定位法的基礎上，20世紀90年代衍生了一種被稱作二次脈沖法的定位方法，該方法首先發(fā)送一個低壓脈沖進行電纜長度的測量與校核，得到精確全長后，進一步發(fā)送一個高壓脈沖使得故障點發(fā)生擊穿，然后再發(fā)送一個低壓測試脈沖，即可在被擊穿的故障點處形成反射。該方法對于大多數(shù)類型電纜故障是適用的，安全性高且精度較為理想，缺點是故障點維持低阻狀態(tài)時長無法確定，當電纜受潮嚴重，使得擊穿時間增加時，則容易增大定位誤差。

2.3聲測法

聲測法是一種精確定位方法，其通過探聽電纜故障點產(chǎn)生的聲音進行精確定位，由于聲波在介質或空氣中傳播時衰減極快，通過聲音信號即可判定故障點是否在被測點附近。如果電纜敷設較淺或者護層已被破壞，對外會產(chǎn)生較為強烈的放電聲音，無需借助外在儀器即可聽到放電聲音;反之，如果電纜護層未被燒穿，放電聲音很小，則需要高精度的聲音接收儀器，通過測量微弱振動信號并進行轉換以及放大后才能變成可聽聲音。聲測法儀器結構及原理簡單，價格相對低廉，定位精度高，缺點是容易受噪音干擾，當現(xiàn)場環(huán)境噪聲較大時可能無法利用該方法進行故障診斷。

2.4聲磁同步法

考慮到聲測法容易受噪音干擾的特點，需要結合其他技術手段進行輔助定位。故障發(fā)生時，放電不僅產(chǎn)生機械波性質的聲波，還產(chǎn)生電磁波，同步向周圍空間輻射。由于電磁波傳輸速度遠高于聲速，因此儀器總是先檢測到電磁波，然后才測到聲波。在電纜故障點正上方時，測量到的電磁波與聲波時差最小，通過這種方法判斷電纜故障點的精確位置。由于磁場信號抗干擾能力強，因此聲磁同步檢測法比單一的聲測法精度更高，也更加可靠，因此應用更加廣泛。

結語

目前電纜故障診斷技術已多樣化，為電纜故障的快速排查提供了有力的解決手段，然而對于電纜故障的預防及預警尚缺少有效手段，相關研究工作尚處于摸索階段，需進一步加深研究，從而在根本上避免故障的發(fā)生。

參考文獻：

[1]馬曉燕.電力電纜故障定位方法[J].卷宗，2014（1）：167-167.

[2]電力電纜故障定位方法研究及在線檢測裝置實現(xiàn)[D].華北電力大學，2015.

（作者單位：廣東威恒輸變電工程有限公司）