劉 斌，朱 杰，劉麗潔，馬林生，牛光輝

(國網(wǎng)安徽省電力公司阜陽供電公司，安徽 阜陽 236000)

地埋電纜故障定位查找方法分析

劉 斌，朱 杰，劉麗潔，馬林生，牛光輝

(國網(wǎng)安徽省電力公司阜陽供電公司，安徽 阜陽 236000)

針對地埋電纜發(fā)生故障后難以處理的問題，分析了故障類型與產生原因，詳述了故障查找步驟、判斷依據(jù)及各類查找方法的工作原理;通過波形圖進行原理分析，并結合實例對查找方法進行了論證，完善了整個故障查找程序，提高了工作效率，保障了供電的可靠性與穩(wěn)定性。

地埋電纜；原理分析；故障定位；故障查找

0 引言

目前，在城市配電網(wǎng)中，為了減少電桿與架空線路對城市土地與空間的占用，地埋電纜線路的應用越來越多。地埋電纜雖可減少倒桿、斷線、雷擊等事故的發(fā)生，但由于被埋于地下，當其發(fā)生故障后無法直接找出故障點位置，加大了故障處理的難度，給電網(wǎng)的檢修人員帶來一定的麻煩。

1 地埋電纜故障的原因

地埋電纜故障類型主要分為低阻接地、高阻接地、線芯對屏蔽層或鋼鎧短路和斷路、相間短路以及閃絡性故障等。

地埋電纜發(fā)生故障的原因比較多，主要有人為因素和自然因素2種：

(1) 人為因素主要包括外力破壞、附件制造質量不合格、敷設施工質量不良等；

(2) 自然因素主要包括電纜超過壽命周期和絕緣老化變質，一般情況下，低壓電纜在運行5-8年后，高壓電纜在運行8-15年后，開始出現(xiàn)絕緣老化現(xiàn)象。

以上故障原因最終導致電纜主絕緣下降，形成電擊穿或熱擊穿等。為了保障用戶可靠、穩(wěn)定用電，需要快速查找地埋電纜故障原因并及時進行處理。

2 地埋電纜故障定位的步驟

電纜故障定位的基本步驟分為故障性質判斷、故障測距和故障定點3步。

2.1 故障性質判斷

當?shù)芈耠娎|發(fā)生故障后，斷開故障電纜兩端與設備的連接，并斷開故障電纜兩端的接地，用絕緣電阻測試儀與萬用表測量電纜相與地、相間的絕緣電阻值。若電阻值不大于200 Ω，則為低阻故障；若大于200 Ω，則為高阻故障；若為無窮大，則為開路故障。當這些測試均無法判定故障性質時，應對電纜進行耐壓試驗，判斷是否有閃絡故障。

2.2 故障測距

判斷出電纜故障性質之后，對電纜故障進行預定位，即故障測距。故障測距主要方法有電橋法與脈沖法2種。電橋法包括傳統(tǒng)直流電橋、壓降比較法和直流電阻法；脈沖法包括低壓脈沖法、脈沖電流法、多次脈沖法和脈沖電壓法等。在目前的使用方法中，脈沖法應用最為廣泛，因此主要對該方法進行分析。

2.2.1 低阻故障測距

若為低阻故障，則采用低壓脈沖法。測試時向電纜注入一低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點，如短路點、故障點、中間接頭等，脈沖產生反射，回送到測量點被儀器記錄下來，脈沖反射原理如圖1所示。從儀器發(fā)射脈沖開始計時，到接收到故障點的反射脈沖共需時間Δt，脈沖行波傳播速度為V，則故障點距離Lx為：

其中，開路故障反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相同；而短路故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相反。因此，通過識別反射脈沖的極性，可以判定故障的性質。反射脈沖波形如圖2所示。

圖1 脈沖反射原理

圖2 反射脈沖波形

2.2.2 高阻故障測距

若為高阻故障，故障點絕緣電阻大于200 Ω，則故障點的反射系數(shù)很小，無法分辨反射脈沖，因此低壓脈沖法無法對高阻故障進行測距。此時需使用高壓發(fā)生器向故障電纜施加高壓，擊穿故障點，通過瞬間放電的電火花使故障點變?yōu)槎搪饭收?，并維持幾μs至幾百ms，在故障點和測量端之間同時自動產生來回反射波形。通過測量相鄰2次來回反射波形的時間Δt，再根據(jù)公式(1)，便可計算出故障距離。

2.2.3 閃絡故障測距

采集放電脈沖信號有2種方法：電壓取樣和電流取樣。采用電流取樣即為脈沖電流法時，波形較易識別，因此經常被使用。脈沖電流法又可分直閃法和沖閃法，直閃法主要用于閃絡故障，即故障點絕緣電阻極高；沖閃法用于故障點電阻不是很高的情況。

直閃法工作原理如圖3所示，其中：T1為調壓器，T2為高壓變壓器(容量應在1 kVA左右)，VD為高壓硅堆，C為高壓儲能電容器(容量在2 μF以上)，L為電流耦合器。調節(jié)T1調壓器，逐漸升高輸出電壓，直至擊穿故障點。

圖3 直閃法工作原理

沖閃法原理如圖4所示，與直閃法基本相同，區(qū)別在于在儲能電容C和電纜之間串入一球間隙G。調節(jié)T1調壓器對電容C充電，當電容電壓上升到一定程度時，球間隙G擊穿，電容C對電纜放電。由于電容的內阻極小，輸出電壓將能足夠高并擊穿故障點。

圖4 沖閃法工作原理

多次脈沖法相當于低壓脈沖法與脈沖電流法的結合，它是向電纜施加高壓使得故障點擊穿產生電弧，電弧的交流電阻很低，可認為是一個低阻短路故障。采用一定的技術手段可使電弧延續(xù)時間大幅度延長并穩(wěn)定，在電弧延續(xù)時間內，向電纜發(fā)送低壓脈沖，故障點處的電弧將把脈沖反射回測量端，其波形類似于低壓脈沖法的低阻故障波形，波形如圖5(a)所示；在電弧熄滅后，故障點恢復到高阻狀態(tài)，再向電纜發(fā)射一次低壓脈沖，將得到一個電纜末端開路的反射波形，波形如圖5(b)所示；將2個波形同時顯示，在故障點處會出現(xiàn)明顯差異，可很容易地判斷并測量故障距離，波形如圖5(c)所示。

2.3 故障定點

測出電纜故障的距離后，需精確定位故障點。常用的故障定點方法有磁場感應法、聲測法、聲磁同步法和跨步電壓法。

圖5 多次脈沖法波形

2.3.1 磁場感應法

主要用于絕緣電阻小于10 Ω的低阻故障。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出磁場信號，磁場信號在故障點時達到最大，經過故障點后會突然減弱，以此判斷故障點位置。該種方法還可以用于電纜路徑的探測。

2.3.2 聲測法

利用故障點被擊穿放電時伴有放電聲音，放電聲音最大處正是故障點正上方的原理來定位故障點。此種方法需給故障電纜施加高壓讓其形成放電，故適合于開路故障、高阻故障和閃絡故障。

2.3.3 聲磁同步法

利用故障點擊穿放電時，在故障間隙產生機械振動并傳到地面的特點，結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、高阻故障和閃絡性故障。

2.3.4 跨步電壓法

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2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。

3 實例分析

某環(huán)網(wǎng)柜一出線柜至1號桿的地埋電纜發(fā)生接地跳閘事件。該段故障電纜總長約890 m，中間有1處接頭，電纜從環(huán)網(wǎng)柜開始穿管進入地下，一直到達1號桿，然后上桿接到開關處。對該故障電纜進行絕緣電阻測量，其結果如表1所示。

表1 故障電纜相對電阻值 kΩ

根據(jù)表1的測量結果，可判定該接地故障類型屬于A，C 2相對地高阻接地，故可使用脈沖電流法進行高阻故障測距與定點判斷。使用脈沖電流法中的沖閃法進行故障點距離測量，通過在環(huán)網(wǎng)柜端加壓，利用手動放電方式，給電纜加瞬時高壓，信號從接地點返回，以測量出接地點的大概距離。對于正常B相，所測得的長度約為892.5 m，波形如圖6所示。對于故障A，C 2相，故障點距環(huán)網(wǎng)柜約816 m，如圖7所示。

圖7 故障A，C 2相波形

根據(jù)所測故障點大概位置，利用跨步電壓法進行了精確定點，然后進行開挖，找出了故障位置。其故障現(xiàn)象如圖8所示。

圖8 現(xiàn)場故障點

最后對故障點進行處理，并對該段處理后的電纜進行絕緣電阻測試，其結果如表2所示。

表2 處理后電纜相對電阻值 GΩ

由表2及以上分析可知，通過以上方法可以精確地查找出故障位置。故障消除后，電纜線路恢復正常。

4 結論

通過對地理電纜故障定位查找步驟、方法原理以及實例的分析可知，以上所述的電纜故障查找方法可以快速、準確地進行故障判斷與定位，有效縮短了電纜故障的查找時間，以及時處理故障、提高工作效率，保障了供電的可靠性與穩(wěn)定性。

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4 徐黨國，郭東升．電纜故障定位技術[J]．國際電力，1998，2(2)：43-45.

2016-09-19。

劉 斌(1987-)，男，工程師，主要從事電力設備的檢修維護工作，email：liubin4180@163.com。

朱 杰(1977-)，男，工程師，主要從事電力設備檢修、試驗和保護工作。

劉麗潔(1979-)，女，工程師，主要從事電力設計工作。

馬林生(1987-)，男，工程師，主要從事變電設備檢修工作。

牛光輝(1988-)，男，工程師，主要從事電力設備計量、信息采集工作。