一種改進(jìn)的跨步電壓法及其應(yīng)用

王道龍，孫欽章，曾懿輝

(廣東電網(wǎng)公司佛山供電局，廣東 佛山 528000)

0 引言

某110 kV回路為架空和電纜混合的輸電線路，某日B相發(fā)生故障，但重合閘不成功。經(jīng)故障巡視和初步測(cè)量，判斷為電纜線路存在故障。線路電纜部分總長(zhǎng)1.3 km，故障時(shí)已運(yùn)行5年，2個(gè)終端分別為塔上終端和GIS終端，并有2個(gè)中間接頭。在塔上終端處測(cè)量B相纜芯對(duì)地絕緣電阻為350 Ω，屬于低阻短路故障。通過對(duì)電纜故障點(diǎn)預(yù)定位，測(cè)得疑似故障點(diǎn)距塔上終端測(cè)試點(diǎn)約425 m。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，該點(diǎn)位于2號(hào)接頭至塔上終端一段(見圖1)，且處于某個(gè)十字路口中央。疑似故障點(diǎn)處的電纜采用頂管敷設(shè)，且發(fā)現(xiàn)電纜管附近有外單位的頂管施工，鉆桿尚保留在地下，其方向與電纜頂管方向交叉，可能是導(dǎo)致此次故障的原因。

因此，不僅要對(duì)電纜故障精確定點(diǎn)，而且要對(duì)故障的原因進(jìn)行分析，并確認(rèn)是否是外單位頂管施工對(duì)電纜造成損傷引起的故障。

圖1 故障電纜概況

1 傳統(tǒng)的跨步電壓法測(cè)試結(jié)果

由于該故障屬于低阻短路，故選用跨步電壓法進(jìn)行精確定點(diǎn)。具體方法如下：在該電纜線路塔上終端的B相線芯注入具有一定幅值、寬度和間隔的直流脈沖，然后經(jīng)故障點(diǎn)后流入大地。由于土壤存在地電阻，故以故障點(diǎn)為端點(diǎn)的射線上任意兩點(diǎn)之間存在電位差，同一電位的所有點(diǎn)組成等位球面向遠(yuǎn)處傳播。在地面上用2根金屬測(cè)試棒和檢流計(jì)組成信號(hào)接收器，當(dāng)故障點(diǎn)正好處于2根測(cè)試棒的中點(diǎn)時(shí)，檢流計(jì)的指示則為0，故可通過檢測(cè)跨步電壓的極性來確定故障點(diǎn)的準(zhǔn)確位置(見圖2)。

圖2 跨步電壓法原理

從終端塔腳到預(yù)定位點(diǎn)的電纜，除了疑似故障點(diǎn)附近一段是頂管外，其他部分均采用直埋敷設(shè)于槽盒中，距離地面約80 cm。在槽盒上方采用跨步電壓法進(jìn)行故障定位時(shí)，檢流計(jì)的極性顯示清晰，且幅度明顯，均指向疑似故障點(diǎn)。但是在疑似故障點(diǎn)上方附近檢測(cè)時(shí)，檢流計(jì)指針幾乎不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。經(jīng)分析是因頂管敷設(shè)的電纜距離地面太深，再加上塑料管的隔斷作用，使得地面難以檢測(cè)到信號(hào)。

2 改進(jìn)的跨步電壓法

2.1 確定電纜故障點(diǎn)的位置

針對(duì)在故障點(diǎn)上方信號(hào)接收器無(wú)法檢測(cè)到信號(hào)的問題，對(duì)原跨步電壓法提出了如下改進(jìn)措施：將2根金屬測(cè)試棒用帶絕緣外皮的金屬導(dǎo)線代替，并將導(dǎo)線端部導(dǎo)體裸露一小段然后牢固綁扎于穿管器上；2個(gè)綁扎點(diǎn)即作為信號(hào)接收器的測(cè)試極，兩極間保持一定距離，如圖3所示。然后從故障線芯注入脈沖信號(hào)，將玻璃纖維穿管器深入電纜頂管內(nèi)，并緩緩向前移動(dòng)，同時(shí)觀察檢流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向。

圖3 改進(jìn)的跨步電壓法原理

將綁扎于穿管器的2個(gè)電極作為跨步電壓測(cè)試電極，其條件是：電纜頂管內(nèi)部充滿水，使故障點(diǎn)的泄漏電流具有較好的傳播介質(zhì)；而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際判斷具備上述條件。在穿管器逐步向頂管深處移動(dòng)的過程中，觀察到檢流計(jì)的指針有明顯擺動(dòng)，且存在極性反向的點(diǎn)。通過不斷前后移動(dòng)穿管器，最終使檢流計(jì)的指針指0，則此時(shí)穿管器上2個(gè)電極中點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電纜位置即為故障點(diǎn)或處于故障點(diǎn)附近。在頂管口對(duì)應(yīng)位置的穿管器上做好標(biāo)記，然后將穿管器抽出查看，通過測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)與2個(gè)電極的距離長(zhǎng)度L1和L2，就可計(jì)算出故障點(diǎn)位置，故障點(diǎn)與標(biāo)記點(diǎn)(即頂管口)的距離為：(L1+L2)/2。

2.2 確定故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面位置

為確定故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)的地面位置，則需先獲得頂管深度圖。此圖可通過液壓傳感器法獲得，即將頂管內(nèi)注滿水，再將具備長(zhǎng)度測(cè)量功能的液壓傳感器伸入頂管內(nèi)，獲取有限個(gè)采樣點(diǎn)，通過傳感器獲得每個(gè)點(diǎn)的深度Hx，并讀出其與頂管口的距離Lx。

根據(jù)第x-1個(gè)點(diǎn)確定第x個(gè)點(diǎn)的位置，如圖4所示，該相鄰兩點(diǎn)間距為：Lx-Lx-1；方向?yàn)椋?/p>

據(jù)此算法，利用采樣的數(shù)據(jù)在Matlab軟件中繪制出頂管深度圖，如圖5所示。

在圖5中，由每個(gè)采樣點(diǎn)的Lx，Hx，即可求出采樣點(diǎn)投影到地面的點(diǎn)與頂管口的水平距離Dx，這三者之間成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖6所示。從圖6中即可讀取故障點(diǎn)對(duì)的地面位置D。在本案例中，該點(diǎn)與預(yù)定位確定的疑似故障點(diǎn)相距約4 m，這是由于預(yù)定位確定疑似故障點(diǎn)時(shí)，并未考慮電纜頂管的彎曲度，所以確定的點(diǎn)并不精準(zhǔn)。

圖4 頂管深度圖繪制方法

圖5 Matlab軟件的繪制頂管深度示意

圖6 頂管曲線擬合

2.3 對(duì)定位結(jié)果的驗(yàn)證

根據(jù)上述改進(jìn)的跨步電壓法定位的結(jié)果，將該回路位于頂管內(nèi)的一段電纜三相切斷并拉出進(jìn)行檢查。經(jīng)確認(rèn)，跳閘的B相確實(shí)有大面積創(chuàng)傷，金屬護(hù)套被削掉，絕緣被擠成碎末狀，多股銅芯外露并斷裂；而A，C 2相僅外護(hù)套有創(chuàng)傷，主絕緣尚完好，故而未發(fā)生跳閘。從B相外護(hù)套、主絕緣、銅芯呈現(xiàn)的形態(tài)，尤其是傷痕方向、銅絲偏轉(zhuǎn)方向和尚未脫落的絕緣屑偏轉(zhuǎn)方向完全一致，這說明電纜受到來自同一個(gè)方向的外力作用而損壞，即由該外單位頂管施工時(shí)遺留的鉆桿所致。

3 結(jié)論與建議

在此次電纜故障的精確定位過程中，用改進(jìn)的跨步電壓法成功找到了位于頂管內(nèi)部的電纜故障點(diǎn)，說明此種改進(jìn)的跨步電壓法適用于電纜故障點(diǎn)位于電纜頂管內(nèi)的情形，有效解決了地面信號(hào)接收器無(wú)法檢測(cè)到脈沖信號(hào)的問題。同時(shí)，也找出了電纜故障的原因，為認(rèn)定事故責(zé)任提供了依據(jù)。此外，文中采取的頂管深度圖繪制方法，也可以用于確定電纜頂管深度。相比基于電磁信號(hào)的管線深度測(cè)量方法，此法受到的干擾較小，準(zhǔn)確度較高。

1 鐘小樂．跨步電壓法在查找電纜外護(hù)套故障中的運(yùn)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012(8).

2 胡慶琬．使用MATLAB曲線擬合工具箱做曲線擬合[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2010(6).

3 周 輝，汪志剛，袁 晟．電力電纜故障測(cè)尋儀的使用[J].大眾用電，2014(3).

4 許東升，田鳳蘭，趙 珩，等．電力電纜故障現(xiàn)場(chǎng)測(cè)距方法的研究與應(yīng)用[J]．高壓電器，2009(5).