电缆故障的测试方法

芦国豪 寇鹏飞

【摘 要】当前，人们生活水平日益提升，对于电力的需求也愈加旺盛。电缆作为电力系统的重要组成部分，它的安全运行具有重要意义。一旦电缆发生故障后，如何在最短时间内快速找出故障點，减少故障损失，减少不必要的人力浪费一直是电缆行业十分重要的研究课题。由于电缆故障后由于现场条件复杂、电缆数量多及时锁定故障点范围是很难确定的。

【关键词】电缆故障;测试方法

引言

随着电力系统的迅速发展，输电线路在原有高压电缆线路、架空线路的基础上发展为高压电缆-架空线混合线路，且应用越来越广泛。混合线路中电缆段故障多为永久性故障，重合闸成功概率较小，且会造成电缆设备再次受到故障大电流的冲击，恶化了设备的绝缘状态和运行条件;而架空段故障多为瞬时放电，重合闸成功概率较大，可快速恢复供电。混合线路不同区段故障的运维策略存在较大差异，因此，快速、准确地进行混合线路区间定位及故障测距对保证电力系统安全稳定运行具有十分重要的意义。输电线路故障测距方法根据其原理不同主要分为阻抗法和行波法。阻抗法是根据计算故障回路的阻抗来获得测距装置安装处与故障点的距离;行波法主要利用故障时产生的电压、电流行波信号，根据行波在测量点与故障点往返一次的时间差（单端法）或初始行波到达线路两端的时间差（双端法）测量故障距离。与阻抗法相比，行波法具有受故障类型、过渡电阻、两侧系统阻抗、负荷电流影响小等优点，但需要高速采样，对数据处理及分析提出了较高的要求。随着对行波理论研究的深入和小波分析工具的应用，行波测距装置得到了大量的实际应用。高压电缆-架空线混合线路具有阻抗不连续的特点，对阻抗法而言不再是均匀传输线的模式;对行波法而言同样存在波阻抗差异较大而导致的波速不一致等问题。国内外对于单独的电缆或架空线故障定位方法研究较多，已提出了多种故障定位原理和算法，但对两种线路的混合系统研究较少。

1故障探测原理

电缆故障后首先判断故障类型，通过兆欧表、万用表等测试仪表进行测试，一般分为单项接地、两相短路、三相短路、单项开路、两相开路、三相开路等故障，根据严重程度分为高阻故障和低阻故障。确定故障类型后就应该确定故障范围。当电波沿着电缆传播时，如果电缆的阻抗不均匀，电波将会形成反射。根据反射波的形状和拐点，可判断故障的类型和距离。

2电缆故障的测试方法

2.1冲击闪络法

测距需要多次测试反复比对，分别对电缆的每一项进行测试;分别在电缆的两端进行测试，并进行计算比较，来确定故障的范围。冲击脉冲法当球隙放电的同时故障点也会放电，同时发出“啪啪”的声音，通过调节球隙的距离可以调节放电电压，放电电压越高放电时的“啪啪”声越大，根绝这一特点，可以更具声音来判断电缆的故障点。可以配合听针和红外成像仪来辅助查询，效果会更佳。

2.2混合线路故障定位方法验证试验

在高压电缆状态仿真试验平台上对混合线路进行故障精确定位模拟试验，该混合线路仿真试验平台由升压装置、电缆段和架空导线段构成，其中，电缆段由有中间接头和无中间接头两段电缆组成，两段电缆通过约5m长的铜排连接，铜排连接段用以模拟架空线路区间故障;电缆段由高压电缆本体、GIS（气体绝缘组合封闭电器）终端、户外终端及中间接头构成，中间接头位于电缆线路中间位置，电缆试验回路长50m，高压电缆型号为YJLW0364/1101×800mm2，有中间接头高压电缆段用以模拟区间内故障，接地方式采用一端直接接地、一端保护接地，在电缆两端配置信号采集模块。信号采集模块由工频采集模块和行波采集模块两部分组成。前者主要用于监测线路的工频电流，安装在电缆本体上;后者主要用于实时监测电缆线路的绝缘隐患放电行波以及故障行波，在直接接地端安装在对应的接地缆上，在保护接地处安装在电缆本体上。另外，采用快速响应的宽频行波电流传感器，其频率响应范围达到10kHz～2MHz，频响快，不失真，且响应速度小于2ns，可有效提取接地线上的绝缘损伤放电信号。同时，采用高精度同步时钟，具有20ns级精度的GPS（全球定位系统）时钟对时，可有效提高定位精度。

2.3高压XLPE电缆主绝缘故障性质诊断

在高压XLPE电缆生产、运输、敷设、试验和运行过程中，因各种原因导致电缆主绝缘产生各类显性或隐性的隐患或缺陷，并最终导致故障而产生跳闸事件。电缆故障产生后，如何进行快速进行故障性质判断与测距定位成为电缆运检部门的首要工作。因每年产生的故障跳闸事件较少，生产部门人员经验欠缺，无法快速对故障进行诊断分析，不利于故障快速消缺与恢复送电工作，影响电网安全性与稳定性。当电缆运检部门接到电缆故障信息后，如果是电缆终端或中间接头的开放性故障，一般通过对电缆全长进行故障特巡即可发现故障点。如果电缆是封闭性故障，此时需要进行故障测距。高压XLPE输电电缆主绝缘故障根据线芯状态和绝缘电阻值大小可分为开路故障、低阻（短路）故障、泄漏性高阻故障和闪络性高阻故障，故障的多样性给故障性质诊断带来了一定的挑战。高压XLPE输电电缆主绝缘故障测距应根据故障性质合理选择测距方法，有效区分低压脉冲法的电压行波与脉冲电流法的电流行波是故障测距波形标定的关键。

2.4供电系统电压脉冲采集

在脉冲采集的过程中，主要考虑脉冲的形状、脉冲的宽度以及脉冲的幅度。电压脉冲采样的过程中，采样频率直接影响了电压脉冲的采集结果。由于轨道交通的距离较大，在对其进行电压脉冲采用时，选用高频率的采集间隔，将电压脉冲宽度变窄，提升对电缆分辨的精度。

2.5直流电阻法

直流电阻法不受接触电阻和故障电阻影响，电压和电流测量同时进行，故障测距精度高。电路结构对称，对应参数相等以及采用精密阻容元件措施能够有效消除干扰对测量影响，减小故障测距误差。提高直流输出测试电流，延长VFC计数时间可以提高直流电压和电流测量值，抑制低频干扰影响，有助于提高故障测距准确性。直流电阻法的误差改进措施只适用于高压电缆护层单点故障测距，多点故障并存情况下的故障测距问题有待继续研究。

结语

本文总结了多年来在电缆股故障查询过程中的经验，对电缆故障原理进行了分析，并结合实际，重点对电缆故障的探测原理和一种新型的定位方法差分电位法进行介绍，可以使人员在最短时间内快速找出故障点，减少故障损失。

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（作者单位：河南工学院）