電纜故障的測試方法

蘆國豪 寇鵬飛

【摘?要】當前，人們生活水平日益提升，對于電力的需求也愈加旺盛。電纜作為電力系統的重要組成部分，它的安全運行具有重要意義。一旦電纜發生故障后，如何在最短時間內快速找出故障點，減少故障損失，減少不必要的人力浪費一直是電纜行業十分重要的研究課題。由于電纜故障后由于現場條件復雜、電纜數量多及時鎖定故障點范圍是很難確定的。

【關鍵詞】電纜故障;測試方法

引言

隨著電力系統的迅速發展，輸電線路在原有高壓電纜線路、架空線路的基礎上發展為高壓電纜-架空線混合線路，且應用越來越廣泛。混合線路中電纜段故障多為永久性故障，重合閘成功概率較小，且會造成電纜設備再次受到故障大電流的沖擊，惡化了設備的絕緣狀態和運行條件;而架空段故障多為瞬時放電，重合閘成功概率較大，可快速恢復供電。混合線路不同區段故障的運維策略存在較大差異，因此，快速、準確地進行混合線路區間定位及故障測距對保證電力系統安全穩定運行具有十分重要的意義。輸電線路故障測距方法根據其原理不同主要分為阻抗法和行波法。阻抗法是根據計算故障回路的阻抗來獲得測距裝置安裝處與故障點的距離;行波法主要利用故障時產生的電壓、電流行波信號，根據行波在測量點與故障點往返一次的時間差（單端法）或初始行波到達線路兩端的時間差（雙端法）測量故障距離。與阻抗法相比，行波法具有受故障類型、過渡電阻、兩側系統阻抗、負荷電流影響小等優點，但需要高速采樣，對數據處理及分析提出了較高的要求。隨著對行波理論研究的深入和小波分析工具的應用，行波測距裝置得到了大量的實際應用。高壓電纜-架空線混合線路具有阻抗不連續的特點，對阻抗法而言不再是均勻傳輸線的模式;對行波法而言同樣存在波阻抗差異較大而導致的波速不一致等問題。國內外對于單獨的電纜或架空線故障定位方法研究較多，已提出了多種故障定位原理和算法，但對兩種線路的混合系統研究較少。

1故障探測原理

電纜故障后首先判斷故障類型，通過兆歐表、萬用表等測試儀表進行測試，一般分為單項接地、兩相短路、三相短路、單項開路、兩相開路、三相開路等故障，根據嚴重程度分為高阻故障和低阻故障。確定故障類型后就應該確定故障范圍。當電波沿著電纜傳播時，如果電纜的阻抗不均勻，電波將會形成反射。根據反射波的形狀和拐點，可判斷故障的類型和距離。

2電纜故障的測試方法

2.1沖擊閃絡法

測距需要多次測試反復比對，分別對電纜的每一項進行測試;分別在電纜的兩端進行測試，并進行計算比較，來確定故障的范圍。沖擊脈沖法當球隙放電的同時故障點也會放電，同時發出“啪啪”的聲音，通過調節球隙的距離可以調節放電電壓，放電電壓越高放電時的“啪啪”聲越大，根絕這一特點，可以更具聲音來判斷電纜的故障點。可以配合聽針和紅外成像儀來輔助查詢，效果會更佳。

2.2混合線路故障定位方法驗證試驗

在高壓電纜狀態仿真試驗平臺上對混合線路進行故障精確定位模擬試驗，該混合線路仿真試驗平臺由升壓裝置、電纜段和架空導線段構成，其中，電纜段由有中間接頭和無中間接頭兩段電纜組成，兩段電纜通過約5m長的銅排連接，銅排連接段用以模擬架空線路區間故障;電纜段由高壓電纜本體、GIS（氣體絕緣組合封閉電器）終端、戶外終端及中間接頭構成，中間接頭位于電纜線路中間位置，電纜試驗回路長50m，高壓電纜型號為YJLW0364/1101×800mm2，有中間接頭高壓電纜段用以模擬區間內故障，接地方式采用一端直接接地、一端保護接地，在電纜兩端配置信號采集模塊。信號采集模塊由工頻采集模塊和行波采集模塊兩部分組成。前者主要用于監測線路的工頻電流，安裝在電纜本體上;后者主要用于實時監測電纜線路的絕緣隱患放電行波以及故障行波，在直接接地端安裝在對應的接地纜上，在保護接地處安裝在電纜本體上。另外，采用快速響應的寬頻行波電流傳感器，其頻率響應范圍達到10kHz～2MHz，頻響快，不失真，且響應速度小于2ns，可有效提取接地線上的絕緣損傷放電信號。同時，采用高精度同步時鐘，具有20ns級精度的GPS（全球定位系統）時鐘對時，可有效提高定位精度。

2.3高壓XLPE電纜主絕緣故障性質診斷

在高壓XLPE電纜生產、運輸、敷設、試驗和運行過程中，因各種原因導致電纜主絕緣產生各類顯性或隱性的隱患或缺陷，并最終導致故障而產生跳閘事件。電纜故障產生后，如何進行快速進行故障性質判斷與測距定位成為電纜運檢部門的首要工作。因每年產生的故障跳閘事件較少，生產部門人員經驗欠缺，無法快速對故障進行診斷分析，不利于故障快速消缺與恢復送電工作，影響電網安全性與穩定性。當電纜運檢部門接到電纜故障信息后，如果是電纜終端或中間接頭的開放性故障，一般通過對電纜全長進行故障特巡即可發現故障點。如果電纜是封閉性故障，此時需要進行故障測距。高壓XLPE輸電電纜主絕緣故障根據線芯狀態和絕緣電阻值大小可分為開路故障、低阻（短路）故障、泄漏性高阻故障和閃絡性高阻故障，故障的多樣性給故障性質診斷帶來了一定的挑戰。高壓XLPE輸電電纜主絕緣故障測距應根據故障性質合理選擇測距方法，有效區分低壓脈沖法的電壓行波與脈沖電流法的電流行波是故障測距波形標定的關鍵。

2.4供電系統電壓脈沖采集

在脈沖采集的過程中，主要考慮脈沖的形狀、脈沖的寬度以及脈沖的幅度。電壓脈沖采樣的過程中，采樣頻率直接影響了電壓脈沖的采集結果。由于軌道交通的距離較大，在對其進行電壓脈沖采用時，選用高頻率的采集間隔，將電壓脈沖寬度變窄，提升對電纜分辨的精度。

2.5直流電阻法

直流電阻法不受接觸電阻和故障電阻影響，電壓和電流測量同時進行，故障測距精度高。電路結構對稱，對應參數相等以及采用精密阻容元件措施能夠有效消除干擾對測量影響，減小故障測距誤差。提高直流輸出測試電流，延長VFC計數時間可以提高直流電壓和電流測量值，抑制低頻干擾影響，有助于提高故障測距準確性。直流電阻法的誤差改進措施只適用于高壓電纜護層單點故障測距，多點故障并存情況下的故障測距問題有待繼續研究。

結語

本文總結了多年來在電纜股故障查詢過程中的經驗，對電纜故障原理進行了分析，并結合實際，重點對電纜故障的探測原理和一種新型的定位方法差分電位法進行介紹，可以使人員在最短時間內快速找出故障點，減少故障損失。

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（作者單位：河南工學院）