鄧育健

（廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東廣州510000）

0 引言

隨著廣州地鐵線網(wǎng)的迅速發(fā)展，電力電纜的數(shù)量越來(lái)越多，發(fā)生電纜故障的可能性也越來(lái)越大。以二號(hào)線瑤臺(tái)主所為例，其從供電局引至所內(nèi)的兩回110 kV專線電纜長(zhǎng)達(dá)10 km，一旦出現(xiàn)故障將影響多條線路的用電，快速、準(zhǔn)確地查找故障點(diǎn)，成為地鐵電力電纜管理的迫切需要。電力電纜故障探測(cè)是一項(xiàng)技術(shù)性比較強(qiáng)的工作，需要技術(shù)人員掌握探測(cè)的原理和方法，并具有一定的工作經(jīng)驗(yàn)。而對(duì)于電力電纜故障，一般難以用預(yù)防性試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，因此常以故障維修形式進(jìn)行處理，且必須采用專門(mén)的儀器和方法進(jìn)行診斷，主要步驟是先判斷故障性質(zhì)，再選擇相應(yīng)的方法進(jìn)一步檢查，精確測(cè)定故障點(diǎn)。對(duì)于一般的高阻故障，常用二次脈沖法進(jìn)行故障定位。

1 二次脈沖法的實(shí)例應(yīng)用

2015年5月15日，廣州地鐵河南主所赤河乙線故障，監(jiān)控信息顯示110 kV赤河乙線零序過(guò)流Ⅱ段、距離Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作，B相故障，開(kāi)關(guān)跳閘，純電纜線路重合閘未投，一次故障電流16.964 kA，錄波測(cè)距3.185 km，保護(hù)測(cè)距1 km，赤沙站、河南站一/二次設(shè)備無(wú)異常，受影響車(chē)站電力負(fù)荷短時(shí)停電切換。現(xiàn)場(chǎng)絕緣對(duì)線路的三相絕緣電阻測(cè)試結(jié)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(fā)生髙阻接地故障。

由于是髙阻接地故障，技術(shù)人員決定使用XF28-1960V.4電纜故障定位系統(tǒng)進(jìn)行處理，其檢測(cè)方法為二次脈沖法。根據(jù)電纜長(zhǎng)度選定測(cè)量范圍檔位“8 km檔”，先使用低頻脈沖對(duì)電纜全長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，并以之為根據(jù)調(diào)整波速。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，交聯(lián)聚乙烯電纜的推薦波速為86.1 m/μs，用此波速測(cè)量電纜全長(zhǎng)為5 km，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際長(zhǎng)度5.025 km基本一致。因此，使用此波速對(duì)電纜進(jìn)行二次脈沖測(cè)試。

二次脈沖法是第二代波反射法技術(shù)的代表，通過(guò)對(duì)電容器進(jìn)行充電提高電壓，當(dāng)電壓增大到某一值時(shí)，與電容器相連的球面間隙則會(huì)發(fā)生擊穿發(fā)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(diǎn)的擊穿電壓時(shí)，高壓脈沖把故障點(diǎn)擊穿形成燃弧，在燃弧的同時(shí)，儀器再發(fā)出一個(gè)低壓脈沖，通過(guò)測(cè)量此低壓脈沖在電弧點(diǎn)的反射時(shí)間，計(jì)算出儀器到故障點(diǎn)的距離。在電纜內(nèi)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(huì)形成反射波，反射波的大小取決于阻抗變化的程度，其計(jì)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(fā)生短路時(shí)，Z2遠(yuǎn)小于Z1，因此反射率為負(fù)值，脈沖信號(hào)倒轉(zhuǎn)180°，出現(xiàn)負(fù)脈沖。通過(guò)反復(fù)測(cè)試，以低壓脈沖的波形為標(biāo)準(zhǔn)，可以看出在故障點(diǎn)會(huì)有明顯的下降波形，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)距為2.9 km，如圖1所示。

圖1 故障點(diǎn)的負(fù)脈沖波形

2 故障點(diǎn)精確定位分析及驗(yàn)證

根據(jù)沖擊波形分析，故障點(diǎn)約距離赤沙站2.9 km。因?yàn)闇y(cè)量波速度的匹配程度和儀器測(cè)量誤差，再加上路面未發(fā)現(xiàn)施工及明顯路面損害，所以必須進(jìn)一步進(jìn)行故障測(cè)聽(tīng)查找。故障測(cè)聽(tīng)是通過(guò)對(duì)故障電纜施加高壓脈沖（使用前面儀器），在故障點(diǎn)處產(chǎn)生擊穿，擊穿點(diǎn)放電的同時(shí)對(duì)外產(chǎn)生電磁波同時(shí)發(fā)出聲音，再使用聲音檢波器進(jìn)行測(cè)聽(tīng)。

經(jīng)過(guò)多次測(cè)試對(duì)比及波形的仔細(xì)分析后，變電人員根據(jù)定位距離到220 kV赤沙變電站沿途進(jìn)行測(cè)聽(tīng)，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(shí)分進(jìn)行作業(yè)。然后定位到放電聲音最清晰的地點(diǎn)位于新滘東路315西往東方向（明民汽車(chē)維修部側(cè)紅綠燈停車(chē)處）附近，對(duì)照?qǐng)D紙確定該處為5號(hào)接頭井上方，初步確定故障點(diǎn)位置。在對(duì)疑似故障點(diǎn)進(jìn)行開(kāi)挖后，發(fā)現(xiàn)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(duì)電纜頭送外分析，結(jié)果為放電擊穿，原因?yàn)榄h(huán)氧澆注體與中央鋁電極的界面存在缺陷，并經(jīng)歷了長(zhǎng)期的熱脹冷縮過(guò)程，兩者共同導(dǎo)致界面條件劣化，出現(xiàn)局部放電，最終發(fā)生擊穿，界面缺陷為產(chǎn)品個(gè)體偶然制造缺陷的可能性較大。

3 查找的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)

（1）選用正確的波速。如果波速設(shè)定與電纜不匹配，將嚴(yán)重影響定位的準(zhǔn)確性。一般先用低壓脈沖法測(cè)出正常相的電纜全長(zhǎng)（如線路較長(zhǎng)可使用到某個(gè)中間接頭的距離），跟已知的實(shí)際長(zhǎng)度比較，在理論值附近進(jìn)行波速校準(zhǔn)，再進(jìn)行二次脈沖測(cè)試。在條件允許的情況下，更宜在對(duì)側(cè)電纜終端上重復(fù)測(cè)試，通過(guò)比較以獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。

（2）選擇合適的沖擊電壓，重復(fù)多次測(cè)試。在高壓脈沖到達(dá)故障點(diǎn)后，故障點(diǎn)擊穿有一定的延時(shí)，隨著電壓的升高，延時(shí)將減少，而到了一定電壓后，延時(shí)基本不變。因此隨著沖擊電壓的升高，反射時(shí)間會(huì)縮短，計(jì)算所得的故障距離越來(lái)越短，在電壓升高到某個(gè)值后，故障距離基本不變，此時(shí)的測(cè)距更有參考價(jià)值。另外，對(duì)于高阻接地的情況，故障點(diǎn)在經(jīng)過(guò)反復(fù)的高壓脈沖擊穿后，會(huì)變得越來(lái)越容易擊穿，即延時(shí)會(huì)越來(lái)越短，因此應(yīng)重復(fù)多次測(cè)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(jīng)過(guò)數(shù)十次的沖擊后反射波形才趨于穩(wěn)定。

（3）二次脈沖法與聲磁同步法配合，獲得精確的故障點(diǎn)定位。以本次故障使用的XF28-1960V.4電纜故障定位系統(tǒng)為例，其精度為選定測(cè)量范圍的0.5%，而本次根據(jù)電纜長(zhǎng)度選定測(cè)量范圍檔位為“8 km檔”，即測(cè)量結(jié)果與實(shí)際至少存在40 m的誤差，難以直接進(jìn)行開(kāi)挖。為進(jìn)一步確定故障點(diǎn)，須使用聲音檢波器進(jìn)行精確測(cè)量。通過(guò)麥克風(fēng)和電磁線圈，聲音檢波器可以在一定范圍內(nèi)探測(cè)脈沖放電時(shí)故障點(diǎn)產(chǎn)生的聲波和電磁波，經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理，在面板上顯示聲音的大小和方位，以準(zhǔn)確定位。但其受外部環(huán)境的干擾較大，在此次故障中，沿線均為厚實(shí)的瀝青路面，埋深約1.5 m，聲磁衰減大；另外，由于道路車(chē)流量大，嚴(yán)重影響放電聲音的捕獲，因此最終選在半夜進(jìn)行探測(cè)，以獲得較好的結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

電力電纜的故障查找發(fā)展已經(jīng)較成熟，對(duì)高阻故障而言，二次脈沖法有著較理想的效果，但現(xiàn)場(chǎng)仍需結(jié)合電纜的實(shí)際運(yùn)行情況和聲磁同步法進(jìn)行分析，才能精確定位，對(duì)操作人員的經(jīng)驗(yàn)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(shí)間。未來(lái)將結(jié)合電纜在線狀態(tài)檢測(cè)和在線故障診斷等技術(shù)，更有效地縮短故障修復(fù)時(shí)間。

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