淺談電橋回線法在電纜故障測距中的應(yīng)用

劉照林

(國營大眾機械廠，山西 太原 030024)

在現(xiàn)代化企業(yè)和城市的供配電系統(tǒng)中，電能大部分是由地下電纜輸送的。由于各種原因，電纜本身會發(fā)生各種故障，以致造成停電停產(chǎn)等不利影響和經(jīng)濟損失。故電纜故障一經(jīng)發(fā)生，應(yīng)迅速準(zhǔn)確地測定故障點的位置，這對保證電纜的及時修復(fù)有著重要的意義。

電力電纜故障的測距定位方法很多，目前最常用和最有效的方法，是電橋回線法和脈沖反射法。相對于脈沖反射法，使用電橋回線法具有測試設(shè)備價格便宜、操作簡單的特點，因此，電橋回線法至今仍然是廣泛被應(yīng)用的一種主要測距手段。

但是，電力電纜常常發(fā)生三相短路及對地故障，這種故障性質(zhì)，不能滿足使用電橋回線法時被測電纜應(yīng)有一個完好相的要求。因此使得電橋回線法在這種情況下的測距工作，受到條件的限制。為了解決這一問題，本文對使用電橋回線法測試電纜故障距離的有關(guān)問題，作了比較深入的分析，以期電橋回線法在對電纜故障測距定位中，能在更寬的條件范圍內(nèi)得到應(yīng)用。

1 電橋回線法測量原理

電橋回線法主要用于電力電纜單相接地、相間短路或短路接地的故障距離測試，根據(jù)電纜故障短路接地電阻值的不同，可分別選用高壓電橋回線法和低壓電橋回線法。這種測距方法是基于電纜沿線均勻，電纜長度與纜芯電阻成正比的特點。并根據(jù)惠斯登電橋的原理，將電纜短路接地故障點兩側(cè)的環(huán)線電阻引入電橋回路，測量其比值。由測得的比值和已知的電纜全長，計算出測量端到故障點的距離。其測量原理及等效電路如圖1所示。

圖中RL是電纜全長的單芯電阻，Rx是始端到故障點的電阻，Rd是電纜故障接地電阻。

圖1 電橋回線法測量原理圖

2 單相接地故障的測量

使用電橋回線法測量電纜單相接地故障的原理接線如圖2所示。按圖將電橋的測量端子X1和X2分別接往電纜的故障相(C)和完好相(B)，B、C相的另一端用跨接線短接構(gòu)成環(huán)線。于是電橋本身有 R1、R2兩個橋臂，故障點(d)兩側(cè)的環(huán)線電阻構(gòu)成電橋的另兩個橋臂。

圖2 電橋回線法測量單相接地故障接線圖

若設(shè)電纜長度為L，故障點d到測試端的距離為LX，電纜的全部芯線截面積和導(dǎo)體材料相同。調(diào)節(jié)R1、R2，當(dāng)電橋平衡時，有如下關(guān)系:

化簡后解得測量端到故障點的距離為:

3 兩相短路接地的故障測量

如果電力電纜發(fā)生兩相短路或短路接地故障時，可利用電纜唯一的完好相芯線與其中一個故障相芯線在對應(yīng)端連接，故障測量方法與單相接地時基本相同。所不同的是，在電纜兩相短路故障時的電橋測量電流，不是經(jīng)過地線成回路，而是經(jīng)過相間故障點成回路，因此此時應(yīng)將另一故障相與電橋電源E直接串聯(lián)。當(dāng)電橋平衡時，可由計算單相接地的計算公式計算出測量端到故障點的距離LX。此外，若遇兩相在不同地點接地形成的短路故障時，應(yīng)調(diào)換跨接線，分別測出其故障距離。

4 采用輔助電纜構(gòu)成的電橋測試回路及方法

(1)分析圖2可知，在利用電橋回線法測試電纜故障時，電力電纜必須要有一完好相，即按照其接線原理，將電纜故障點兩側(cè)的電纜環(huán)線電阻引入電橋回路，否則不能形成電纜故障的電橋測試回路。

然而，在實際工作中，我們常常會遇到電纜三相短路接地故障的測距問題。電纜發(fā)生三相短路接地故障，意味著被測電纜沒有完好相。為解決沒有完好相引出的電纜故障測試問題，我們可嘗試采用輔助電纜的方法，借助于輔助電纜構(gòu)成電橋測試回路。由此可為解決三相短路接地的電纜故障測試問題，打開一個方便之門。

(2)如果被測電纜沒有完好相，可采用已知長度、截面積、導(dǎo)體材料與被測電纜相一致的輔助電纜，構(gòu)成電橋測試回路。同時也不難發(fā)現(xiàn)，這種條件下形成的電橋測試回路及其測算方法，實際上與單相接地(包括兩相短路接地)的情況是一樣的。

(3)如果采用的輔助電纜與被測電纜的截面積、導(dǎo)體材料不同，電纜故障點到測試端的距離 LX的測算公式，可按電橋平衡條件式推導(dǎo)得出。

由圖2可知，當(dāng)電橋平衡時，存在如下關(guān)系:

在電橋測試回路采用輔助電纜的條件下:

所以

化簡后得

因此可解得故障距離為:

式中:S1、ρ1—分別為輔助電纜的芯線截面積和導(dǎo)體材料電阻率;

S2、ρ2—分別為被測電纜的截面積和導(dǎo)體材料電阻率。

(4)從式(6)關(guān)系式中可以看出，在電橋測試回路采用輔助電纜的條件下，故障距離LX不僅與電纜長度L及電橋本身的可調(diào)電阻R1、R2有關(guān)，而且與輔助電纜和被測電纜的截面積、導(dǎo)體材料有關(guān)。若采用的輔助電纜與被測電纜的截面積和導(dǎo)體材料均相同時，故障距離LX的計算公式與電纜單相接地時的形式是完全一樣的。

若采用的輔助電纜與被測電纜截面積、導(dǎo)體材料不同時，則可在計算公式中引入兩種電纜已知的截面積和電阻系數(shù)。因此，同樣可以方便地測算出被測電纜的故障距離。

(5)同時，上述關(guān)系式還表明，這種測試方法采用的輔助電纜，可以借助于與被測電纜并行的其它電纜線路，也可以是裝設(shè)的臨時電纜線路，甚至還可以是被測電纜(三相四線制)的完好零線等。

5 結(jié)論性意見

綜上所述，當(dāng)遇到三相短路接地的電纜故障測距問題時，由于電纜沒有完好相，我們可以采用輔助電纜構(gòu)成的電橋測試回路進行故障測試。若采用的輔助電纜與被測電纜的截面積、導(dǎo)體材料不同時，由于在故障距離的測算公式中引入兩者的截面積(S)和電阻系數(shù)(ρ)，因此可以較好地解決被測電纜沒有完好相的故障測試問題。同時也為拓寬電橋回線法在電纜故障測距中的應(yīng)用范圍，提供了一種便捷的方法和途徑。