电桥法测电缆故障及其误差分析

李 霄，沈 阳，李 昂，李亚龙，陈桂文

(国网上海市电力公司松江供电公司，上海 201600)

电桥法测电缆故障及其误差分析

李 霄，沈 阳，李 昂，李亚龙，陈桂文

(国网上海市电力公司松江供电公司，上海 201600)

电缆在使用过程中一般都埋入地下或进入电缆沟敷设，增加了电缆运行和检修的难度，往往需要快速精确地查找电缆故障点。基于电桥法原理制作的QFl-A型电缆探伤仪由于操作简单、误差较小，所以被广泛应用于电缆故障诊断。结合其在庄赵8105-33这根跨越电缆的故障诊断中的应用，分析了电桥在实际应用中出现的误差，并找到了解决方案，从而积累了电桥法测故障的宝贵经验。

电桥法；电缆故障；电缆检修

近年来，随着我国社会经济的发展，电网结构也发生了巨大变化。由于采用电缆组网占地面积少，电网扩建时非常方便，在城市电网中得到广泛的应用，逐步取代了以前的架空线路。但是由于电缆的埋没隐蔽性比较强，增加了其运行和检修时的难度。随着电缆线路越来越多，如何及时准确地判断电缆故障点，成为保障广大市民的日常生产、生活用电和增加电网可靠性的关键所在。

电缆线路在运行中因绝缘击穿、导线烧断等突发情况或在预防性试验时发生绝缘击穿而迫使电缆线路停止供电的现象称为电缆线路故障。除机械外力损坏或终端爆裂等明显故障外，一般需应用测试仪器设备和相应的测试技术寻找出电缆故障点，并按故障电缆损坏情况立即采取相应的修理措施，使电缆线路恢复供电。

电缆线路故障测寻通常分以下三个步骤：(1)初步确定故障性质(短路，断路或者闪络)；(2)根据电缆故障性质选择合适的测试仪器设备进行故障测距，或称故障初测；(3)采用声测或跨步电压等方法进行故障精确定点。其中，故障测距是准确找到故障点的关键步骤，电桥法和脉冲法是电缆线路故障测距(故障点初测)的两种方法。

结合第一步中的故障性质，常用故障测距方法及分类如表1所示。

表1 电缆故障的类型、特点和测寻方法

传统的方法已不能适应查找电缆故障发展的需要，必须通过不断积累丰富的经验结合运用先进的仪器，具体问题具体分析，最终达到快速有效的查找电缆故障点的目的。

1 电桥法

1.1 电桥法的基本原理

电桥法的基本原理是在电缆线路测试端，将良好相和故障相导体分别作为电桥的两个桥臂接在测试仪器上，将另一端两相导体跨接以构成回路(见图1)。调节电桥，当电桥平衡时，对应桥臂电阻乘积相等，而作为电桥两个桥臂的电缆导体的电阻值与其长度成正比，于是可把电缆导体电阻之比转换为电缆长度之比，根据电桥上可调电阻和标准电阻数值，计算电缆故障点初测距离[1-3]。

1.2 电桥法的应用

(1)QFl-A型电缆探伤仪。该仪器是按电桥法原理制造的，主要用于测试绝缘电阻值低于100 kΩ的短路(接地)型电缆故障，尤其对于绝缘电阻值小于10 kΩ的低阻故障的测试准确度较高。该仪器也可用来测试断线故障、测量电缆线路的电容和导体的直流电阻。

(2)应用电桥法测寻低电阻接地故障。以电桥法原理制作的QFl-A型电缆探伤仪，现在仍是电缆故障探测的常用设备之一。图1是用QFl-A型电缆探伤仪测寻单相接地故障的原理接线图。图1中，Rk为可调电阻值；L为电缆长度；Lx为测试端至故障点距离。

图1 QF1-A型电缆探伤仪测试单相接地故障原理接线图

测寻电缆单相接地故障的步骤可简述如下：在电缆线路的另一端，将故障相导体和绝缘良好相导体跨接，以形成测试回路。在测试端将绝缘完好相的导体接到QFl-A的“A”接线柱，将故障相导体接到“B”接线柱，这种接法称为“正接法”。这时，电缆故障接地点两侧的电缆导体成了电桥的两个桥臂。由于导体长度和电阻成正比，当电桥平衡时，两个桥臂电阻之比，即为故障点两边电缆长度之比。操作可调电阻值Rk，将电桥调节到平衡状态，即检流计中电流为零时，有：

(1)

则，从测试端到电缆故障点的距离Lx为：

Lx=2LRk

(2)

式中Rk——可调电阻阻值，Ω；

L——电缆线路长度，m。

在测试端将故障相导体接到“A”接线柱，将良好相导体接到“B”接线柱，这种接法称为“反接法”。当电桥平衡时，有下列关系式成立：

(3)

则，从测试端到电缆故障点的距离Lx为：

Lx=2L(1-Rk)

(4)

取正、反接法的两次所测Lx的平均值，即为从测试端到电缆故障点的初测距离。

(5)

式中 L1，ρ1，S1——实际电缆长度、导体电阻率和截面；

L2，ρ2，S2——经换算的等值长度、导体电阻率和截面积。

图2 测寻三相短路接地故障接线图

(3)应用电桥法测寻三相短路接地故障。应用电桥法测寻三相短路接地故障，应架设临时线(低压两芯塑料线)或借用相邻的电缆线路构成测试回路。图2是应用QFl-A型电缆探伤仪测寻三相短路接地故障时的接线图。

这种测试方法又称二次测试法。第一次测试按图2(a)接线测出测试回路的等效总长度。当电桥平衡时，读取可调电阻的数值Rkl，测试回路的等效总长度为

(6)

式中 LA——临时线或借用电缆的长度，m；

LB——故障电缆的长度，m。

第二次测试，按图2(b)接线，当电桥平衡时，读取可调电阻数值Rk2测试端的故障点距离为

LX=(LA+LB)Rk2

(7)

将式(6)代入式(7)，得

(8)

1.3 电桥法的特点

从电桥法的原理和应用可以得出如下结论：

(1)电桥法适用于测试电阻在100kΩ以下的单相、二相、三相以及相间短路(接地)故障。一般不宜用于测试高阻和闪络故障。

(2)当被测电缆的各段导体截面积和导体材料不相同时，必须换算成相同电阻值的同一种导体截面积和导体材料的“等值长度”。

这种情况比较特殊，一般很难碰到。本文则阐述了该种情况下电桥法的具体应用。

(3)测试精确度较高，一般测试误差在0.3%～0.5%。

(4)当故障电阻偏大，如因电源电压为600V，使检流计灵敏度不够时，可适当升高电源电压。例如接人1 500V直流测试电源，仪器置放和操作人员脚下必须有绝缘垫，以确保安全。

2 电桥法测庄赵8105-33混合跨越电缆故障点的实际案例

在一般的实际应用中，依据电桥法制造的QFl-A型电缆探伤仪还是可以比较精确地找到故障点所在位置的。但是，电网的实际结构比较复杂，也会出现比较特殊的情况，这时就需要结合实际情况加以分析。

以某供电公司2014年12月发生故障的庄赵8105-33跨越电缆为例，来对电桥法测电缆故障点的实际应用加以分析。线路庄赵8105跳闸后，通过分段摇测绝缘，确定故障电缆为庄赵8105-33跨越，抢修人员查阅PMS图纸和台账后，确认该段跨越电缆两端均为上杆，长度1 900m，电缆型号为YJV-35-3×400。电桥法测量需将仪器连接杆上电缆终端头线芯进行。

现场安全措施做好后，施工人员拆开电缆两端电缆终端头，操作人员将QFl-A型电缆探伤仪放在地上，然后用长度约15m直径约2mm的铝丝引到电杆上电缆终端接头处。然而此时并不能有效检测到故障点，在仪器指示的故障点距离处精确定点基本检测不到放电声，开挖后也未发现故障点。

结合电桥法的工作原理，工作人员对该登杆电桥测量进行了误差分析，发现出现误差不能找到故障点的原因是该跨越电缆为截面400mm2的铜芯电缆，而在选择电桥引线的时候却用了铝丝。由于材质不同，进行误差分析应根据式(5)将15m细铝丝等效为与地下电缆相同截面积的铜芯电缆，可得出其等效长度，然后再去寻找故障点并将结果进行换算找到其所在位置，如图3所示(其中ρCu=1.75×10-8Ω·m,ρAl=2.83×10-8Ω·m, SCu=400mm2, SAl=3.14mm2, LAl=15m)；这样换算下来，可见15m的铝丝由于电阻率和截面积的因素影响，15m铝丝折算成铜的等效长度为3 090m，此长度比电缆本体长度1 900m还多63%，导致所测得故障点距离误差巨大，因此不能有效判断故障点位置。

图3 铝丝引线测量示意图

找到误差原因之后，考虑到所用铝丝的直径和长度难以精确测量，所以不再采用。现场做好安全措施后，将故障测寻电桥升至杆上终端支架处测试钳直接夹在电缆终端线芯上再次测量。根据此次测量的故障点距离，工作人员在现场对故障点进行了精确定点，在5min内确定了故障点的具体位置，开挖后顺利找到故障点，为庄赵8105-33跨越电缆的9号中间接头处。

这一结果说明电桥在实际应用中还会碰到各种各样的问题。必须结合实际情况，选择行之有效的实施方法，充分发挥电桥在测电缆故障中的作用。

3 结语

依据电桥法测电缆故障的QF1-A电缆探伤仪提高了日常检修、运行维护工作的安全性、准确性和有效性。但是在实际生产和施工中，还是应该根据实际情况选择合适的测量方法，以便迅速准确地探测故障点位置，保障故障电缆的及时恢复送电工作。

(本文编辑：杨林青)

Cable Fault Measurement by Bridge Method and Its Error Analysis

LI Xiao, SHEN Yang, LI Ang, LI Ya-long, CHEN Gui-wen

(Songjiang Power Supply Company, SMEPC, Shanghai 201600, China)

Cables are usually buried underground or installed through the cable conduit, thus increasing the difficulty of the cable maintenance operation, and requiring the quick and accurate cable fault location. The QFl-A cable fault detector, developed based on the principle of bridge method, is widely used in cable fault diagnosis due to its simple operation and low error rate. Combined with its application in the fault diagnosis of Zhuangzhao 8105-33 cable, this paper analyzes the error of the bridge in the practical application, finds the solution, and has accumulated valuable experience in failure measurement by bridge method.

bridge method; cable fault; cable maintenance

10.11973/dlyny201701008

李 霄(1989-)，女，硕士，助理工程师，从事电缆测绘及PMS数据维护工作。

TM755

B

2095-1256(2017)01-0030-03

2016-12-01