地埋电缆故障定位方法及日常运维建议
2017-09-26王梓琪徐国华范文捷
王梓琪，徐国华，范文捷
（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江台州317200）
地埋电缆故障定位方法及日常运维建议
王梓琪，徐国华，范文捷
（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江台州317200）
列举了目前地埋电缆常见的故障类型与测距方法，统计了电缆不同故障时采用的相应方法。通过对比分析，对运维单位提出日常运维建议。
地埋电缆；故障测距；日常运维
1 引言
目前电缆大部分以地下铺设的方式进行走线，一旦发生故障则难以查找，若是故障测距不准确，路径不清，为故障抢修工作增加了巨大的难度。不仅给用户造成影响，而且给电力公司造成巨大的损失[1]。因此，开展地埋电缆故障定位技术研究与应用对于社会生产有着至关重要的意义。
2 地埋电缆故障类型与原因
2.1.埋电缆故障类型介绍
地埋电缆故障类型主要有低阻短路、高阻短路、线芯对屏蔽层或钢铠短路和断路、相间短路以及闪络故障等。以下介绍常见的地埋电缆故障类型[2]。
（1）开路故障：该故障是指电缆某相或几相出现断开，即电缆断开的两侧无法正常传输电流，失去带载能力或带载能力差。
（2）低阻短路故障：该故障指电缆的相与相之间、相与地之间和电缆与其他电缆短路出现电流传输通道，且电流传输通道间的电阻值低于100～200 kΩ。
（3）高阻短路故障：该故障与低阻短路故障发生的形式相同，不同之处在于电流传输通道间的电阻值大于100～200 kΩ，且电缆的连续性没有被破坏。
（4）闪络故障：电缆的绝缘性在电压低于某值时能够满足运行要求，但是在电压高于此值或持续一段时间后，电缆绝缘被击穿，出现短路的症状。
2.2.埋电缆故障原因
地埋电缆发生故障原因较多，主要如下几种[3]：
（1）外力破坏。例如电缆振动与外部接触摩擦、外力造成的机械损伤、车辆碾压等引起的电缆接头和本体损伤。
（2）绝缘老化：电缆长时间运行后产生的对绝缘材料的电腐蚀、热腐蚀、化学腐蚀，使电缆的绝缘发生不同程度的老化。
（3）绝缘受潮：电缆运行环境过于恶劣，例如雨水和地下积水的潮气腐蚀；终端头或中间头绝缘制作工艺不良，密封不严进水受潮。
（4）过电压：雷电击穿、操作过电压及其他情况下的过电压作用，使电缆绝缘层击穿。
（5）材料缺陷：电缆制作时使用不合格的材料，导致电缆存在先天缺陷。
3 地埋电缆故障定位技术介绍
在进行地埋电缆缺陷消除时，应首先对电缆的故障性质进行初步判断，然后依据故障类型选取相应的定位办法。
3.1.略定位
故障粗略定位主要方法有阻抗法与行波测距法两种。其中行波测距法包括脉冲电流法、脉冲电压法、低压脉冲法和二次脉冲法等[4]。
3.1.1.抗法
阻抗法一般由电桥法进行实现，具体原理如图1。在故障电缆上施加适当的电压，记录测量出的电流值，利用欧姆定律计算出电阻值，然后与整个电缆的阻值进行对比，得到故障位置。
图1.桥法原理示意图
3.1.2.波法
行波测距方法是以测量电磁波在电缆中的传输时间来进行测距的。当电缆发生故障时，波在传输至故障位置时基频会变成高频暂态行波，故电缆两端的波阻抗会产生非连续波形，再结合电磁波反射和透射，根据行波传播方向的改变及行波的频率变化，计算出行波到达测量端的时间，最后利用L=v×Δt计算出故障位置。
（1）低压脉冲法
低压脉冲法原理如图2所示.故障电缆的任意一端注入适当的低压脉冲，测量得到如图2所示的行波脉冲时间与行波波形变化点之间的时间t。测量得到脉冲行波在非故障电缆中传播的速度v，则故障位置L可计算得到
图2.压脉冲法原理图
（2）脉冲电流法
脉冲电流法属于行波法的一种，基本原理如行波法。与低压脉冲法的区别是，脉冲的电压一般较高，此法可分为冲击高压闪络法和直流高压闪络法。
直流高压闪络法（简称直闪法）工作原理如图3所示。调节T1调压器，逐渐升高输出电压，直至击穿故障点，然后将测量值利用L=v×t/2进行计算。
图3.闪法接线原理图
冲击高压闪络法（简称冲闪法），其原理接近直闪法。通过调节调压升压变压器对储能电容器C进行充电，储能电容器C在充电过程中其电压不断的升高，直至升高到临界击穿电压值时，球形间隙G会被高压击穿，在击穿瞬间，储能电容C会出现瞬间放电现象。
图4.闪法工作原理图
（3）脉冲电压法
脉冲电压法又叫闪测法，与脉冲电流法基本相同，唯一的区别是采样信号为电压信号。不再赘述。
（4）二次脉冲法
二次脉冲法是较晚提出来的电缆故障测距方法。可以看成低压脉冲法与脉冲电流法的组合。其原理是首先发射一个低压脉冲，如果电缆故障点为间歇性短路或高阻短路故障，则该脉冲无法被反射记录，此时记录仪器将会显示整条电缆全部信息的波形图。然后使用图5中高压发生器逐步升压，直至击穿故障处，此时故障处故障表现为低阻短路故障。在故障电阻转变的瞬间再发射一个低压脉冲，该低压脉冲将会在电缆故障处发生反射，可以被反射并被记录保存。通过对比两次低压脉冲的波形，可观察到明显的发散点。计算出此发散点在整条电缆中所处的位置，此位置即为电缆故障位置。
图5.次脉冲法工作原理图
3.2.确定位
精测定点是电缆探测过程中极为重要的一步，粗测的故障距离具有一定的实际偏差，因此需要精测定点来准确确定出故障点的具体位置，有效弥补粗测的距离误差，减少不必要的损失。常用的故障定点方法有磁场感应法、声磁同步法和跨步电压法[5]。3.2.1磁场感应法
磁场感应法又叫音频感应法，向故障电缆发射1 kHz的音频电流信号，此时线芯通路周围会感应出磁场信号，磁场信号在故障点时达到最大，经过故障点后会突然减弱，以此判断故障点位置。主要用于绝缘电阻小于10Ω的低阻故障，还可以用于电缆路径的探测。
3.2.2.磁同步法
利用故障点击穿放电时，在故障间隙产生机械振动并传到地面的特点，结合声音与磁场信号共同判断故障点。此方法适合于开路故障、高阻故障和闪络性故障。
3.2.3.步电压法
在故障点附近，电流从护层破损点向各个方向流入大地，在地面上的任意两点间形成电位差，即跨步电压的原理，通过检测跨步电压的强度和方向，以确定故障点的位置。
4 地埋电缆故障测距技术分析与使用
4.1.埋电缆故障测距技术分析[6]
4.1.1.抗法分析
阻抗法实现简单，测量准确度高，但有其缺点：
（1）阻抗法无法测量出闪络故障和高阻短路故障。利用阻抗法进行测量高阻短路和闪络故障时，测量回路中的电流十分小，一般灵敏度的检流计很难达到要求。若提高施加电压来增加电流，不但耗时较多，同时也提高了操作风险，也易将故障点烧断，增加故障点。
（2）阻抗法利用欧姆定律进行计算，对测量设备与设备引线要求很高，引线的接触电阻必须要小，否则，计算结果会严重偏离实际故障点。
4.1.2.压脉冲法
低压脉冲法原理简单，适用范围广。因为它不需要电缆其他参数，即可测量出电缆分接头、分支点和故障点的位置。可以用于低阻短路故障和断路故障，但对于高阻短路故障和闪络故障表现不佳。
4.1.3.冲电流法
该方法接线简单，安全性高，通过线性电流耦合器测量实现了测量仪器与高压回路的电耦合，消除了电容、电缆之间感抗影响，且波形直观清晰。
4.1.4.冲电压法
脉冲电压法与脉冲电流法有共同的优点，但有额外的缺点：存在较大的安全风险。测量设备通过一个电容电阻分压，然后测量电压脉冲信号，使测量设备与电缆的高压回路存在电气耦合，对测量设备与测量人员存在较大安全风险，故一般不使用。
4.1.5.次脉冲法
当电缆发生复杂的故障时，上述方法的测量波形复杂难以分辨，对测量人员提出较高的技术要求，二次脉冲测距法较好的解决此问题。并且该法在进行测量闪络故障时，不会被产生的电磁信号所干扰，对于长度过长的电缆，二次脉冲法也可识别出有效的信号波形。它的不足是所需要的辅助设备较多，测量较为麻烦。
4.2.埋电缆故障测距方法使用
综上分析可知，根据电缆故障类型不同，应选择不同的方法进行故障测距（表1）。
表1.缆故障类型及测距方法统计表
5 总结与日常运维建议
电缆出现故障后虽然可以通过各种方法、仪器进行定位查找，但是查找过程依然难度很大，为了快速精确查找并排除故障，建议运维单位要做到：
（1）建立电缆台账档案，包含电缆型号、起始地点、长度、走向通道等信息。一般电力系统在设计时就有电缆清册、电缆敷设图、电缆通道走向图等信息，若在运行中有技改、检修维护等活动改变了电缆敷设走向或增加、改变电缆，需及时更新，建立完善的电缆基本信息。清楚登记每一个电缆中间头的位置。
（2）日常运维中，定期对电缆通道开展防小动物整治，修复孔洞，电缆通道检查、清淤、清洁等工作，以及防火隔断普查、补齐工作，做好各项电缆反措。
（3）定期开展电缆预防性试验，进行绝缘电阻测试，必要时进行耐压试验，将结果记录于电缆档案。
（4）定期开展红外测温工作。
（5）出现故障后重点检查两侧电缆头及中间接头位置，查看是否存在因电缆头质量问题而导致绝缘降低的情况，检查电缆附近是否有施工、车辆碰撞等外部冲击电缆的因素。
[1]张栋国.电缆故障分析与测试[M].北京:中国电力出版社，2005.
[2]史传卿.电力电缆[M].北京：中国电力出版社，2006.
[3]李宗廷.电力电缆施工手册[M].北京：中国电力出版社，2002.
[4]徐丙巧，李胜祥，陈宗军.电力电缆故障探测技术[M].北京：机械工业出版杜，1999.
[5]郑秀玉，李晓明，丁坚勇.电力电缆故障定位综述[J].电气应用，2009（22）.
[6]朱启林，李仁义，徐丙巧.电力电缆故障测试方法与案例分析[M].北京：机械工业出版社，2008.
TM755
A
1672-5387（2017）09-0045-03
10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.017
2017-06-19
王梓琪（1987-），男，工程师，从事抽水蓄能电站运维工作。
