電橋法測電纜故障及其誤差分析

李 霄，沈 陽，李 昂，李亞龍，陳桂文

(國網(wǎng)上海市電力公司松江供電公司，上海 201600)

電橋法測電纜故障及其誤差分析

李 霄，沈 陽，李 昂，李亞龍，陳桂文

(國網(wǎng)上海市電力公司松江供電公司，上海 201600)

電纜在使用過程中一般都埋入地下或進入電纜溝敷設(shè)，增加了電纜運行和檢修的難度，往往需要快速精確地查找電纜故障點。基于電橋法原理制作的QFl-A型電纜探傷儀由于操作簡單、誤差較小，所以被廣泛應(yīng)用于電纜故障診斷。結(jié)合其在莊趙8105-33這根跨越電纜的故障診斷中的應(yīng)用，分析了電橋在實際應(yīng)用中出現(xiàn)的誤差，并找到了解決方案，從而積累了電橋法測故障的寶貴經(jīng)驗。

電橋法；電纜故障；電纜檢修

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大變化。由于采用電纜組網(wǎng)占地面積少，電網(wǎng)擴建時非常方便，在城市電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用，逐步取代了以前的架空線路。但是由于電纜的埋沒隱蔽性比較強，增加了其運行和檢修時的難度。隨著電纜線路越來越多，如何及時準確地判斷電纜故障點，成為保障廣大市民的日常生產(chǎn)、生活用電和增加電網(wǎng)可靠性的關(guān)鍵所在。

電纜線路在運行中因絕緣擊穿、導(dǎo)線燒斷等突發(fā)情況或在預(yù)防性試驗時發(fā)生絕緣擊穿而迫使電纜線路停止供電的現(xiàn)象稱為電纜線路故障。除機械外力損壞或終端爆裂等明顯故障外，一般需應(yīng)用測試儀器設(shè)備和相應(yīng)的測試技術(shù)尋找出電纜故障點，并按故障電纜損壞情況立即采取相應(yīng)的修理措施，使電纜線路恢復(fù)供電。

電纜線路故障測尋通常分以下三個步驟：(1)初步確定故障性質(zhì)(短路，斷路或者閃絡(luò))；(2)根據(jù)電纜故障性質(zhì)選擇合適的測試儀器設(shè)備進行故障測距，或稱故障初測；(3)采用聲測或跨步電壓等方法進行故障精確定點。其中，故障測距是準確找到故障點的關(guān)鍵步驟，電橋法和脈沖法是電纜線路故障測距(故障點初測)的兩種方法。

結(jié)合第一步中的故障性質(zhì)，常用故障測距方法及分類如表1所示。

表1 電纜故障的類型、特點和測尋方法

傳統(tǒng)的方法已不能適應(yīng)查找電纜故障發(fā)展的需要，必須通過不斷積累豐富的經(jīng)驗結(jié)合運用先進的儀器，具體問題具體分析，最終達到快速有效的查找電纜故障點的目的。

1 電橋法

1.1 電橋法的基本原理

電橋法的基本原理是在電纜線路測試端，將良好相和故障相導(dǎo)體分別作為電橋的兩個橋臂接在測試儀器上，將另一端兩相導(dǎo)體跨接以構(gòu)成回路(見圖1)。調(diào)節(jié)電橋，當(dāng)電橋平衡時，對應(yīng)橋臂電阻乘積相等，而作為電橋兩個橋臂的電纜導(dǎo)體的電阻值與其長度成正比，于是可把電纜導(dǎo)體電阻之比轉(zhuǎn)換為電纜長度之比，根據(jù)電橋上可調(diào)電阻和標(biāo)準電阻數(shù)值，計算電纜故障點初測距離[1-3]。

1.2 電橋法的應(yīng)用

(1)QFl-A型電纜探傷儀。該儀器是按電橋法原理制造的，主要用于測試絕緣電阻值低于100 kΩ的短路(接地)型電纜故障，尤其對于絕緣電阻值小于10 kΩ的低阻故障的測試準確度較高。該儀器也可用來測試斷線故障、測量電纜線路的電容和導(dǎo)體的直流電阻。

(2)應(yīng)用電橋法測尋低電阻接地故障。以電橋法原理制作的QFl-A型電纜探傷儀，現(xiàn)在仍是電纜故障探測的常用設(shè)備之一。圖1是用QFl-A型電纜探傷儀測尋單相接地故障的原理接線圖。圖1中，Rk為可調(diào)電阻值；L為電纜長度；Lx為測試端至故障點距離。

圖1 QF1-A型電纜探傷儀測試單相接地故障原理接線圖

測尋電纜單相接地故障的步驟可簡述如下：在電纜線路的另一端，將故障相導(dǎo)體和絕緣良好相導(dǎo)體跨接，以形成測試回路。在測試端將絕緣完好相的導(dǎo)體接到QFl-A的“A”接線柱，將故障相導(dǎo)體接到“B”接線柱，這種接法稱為“正接法”。這時，電纜故障接地點兩側(cè)的電纜導(dǎo)體成了電橋的兩個橋臂。由于導(dǎo)體長度和電阻成正比，當(dāng)電橋平衡時，兩個橋臂電阻之比，即為故障點兩邊電纜長度之比。操作可調(diào)電阻值Rk，將電橋調(diào)節(jié)到平衡狀態(tài)，即檢流計中電流為零時，有：

(1)

則，從測試端到電纜故障點的距離Lx為：

Lx=2LRk

(2)

式中Rk——可調(diào)電阻阻值，Ω；

L——電纜線路長度，m。

在測試端將故障相導(dǎo)體接到“A”接線柱，將良好相導(dǎo)體接到“B”接線柱，這種接法稱為“反接法”。當(dāng)電橋平衡時，有下列關(guān)系式成立：

(3)

則，從測試端到電纜故障點的距離Lx為：

Lx=2L(1-Rk)

(4)

取正、反接法的兩次所測Lx的平均值，即為從測試端到電纜故障點的初測距離。

(5)

式中 L1，ρ1，S1——實際電纜長度、導(dǎo)體電阻率和截面；

L2，ρ2，S2——經(jīng)換算的等值長度、導(dǎo)體電阻率和截面積。

圖2 測尋三相短路接地故障接線圖

(3)應(yīng)用電橋法測尋三相短路接地故障。應(yīng)用電橋法測尋三相短路接地故障，應(yīng)架設(shè)臨時線(低壓兩芯塑料線)或借用相鄰的電纜線路構(gòu)成測試回路。圖2是應(yīng)用QFl-A型電纜探傷儀測尋三相短路接地故障時的接線圖。

這種測試方法又稱二次測試法。第一次測試按圖2(a)接線測出測試回路的等效總長度。當(dāng)電橋平衡時，讀取可調(diào)電阻的數(shù)值Rkl，測試回路的等效總長度為

(6)

式中 LA——臨時線或借用電纜的長度，m；

LB——故障電纜的長度，m。

第二次測試，按圖2(b)接線，當(dāng)電橋平衡時，讀取可調(diào)電阻數(shù)值Rk2測試端的故障點距離為

LX=(LA+LB)Rk2

(7)

將式(6)代入式(7)，得

(8)

1.3 電橋法的特點

從電橋法的原理和應(yīng)用可以得出如下結(jié)論：

(1)電橋法適用于測試電阻在100kΩ以下的單相、二相、三相以及相間短路(接地)故障。一般不宜用于測試高阻和閃絡(luò)故障。

(2)當(dāng)被測電纜的各段導(dǎo)體截面積和導(dǎo)體材料不相同時，必須換算成相同電阻值的同一種導(dǎo)體截面積和導(dǎo)體材料的“等值長度”。

這種情況比較特殊，一般很難碰到。本文則闡述了該種情況下電橋法的具體應(yīng)用。

(3)測試精確度較高，一般測試誤差在0.3%～0.5%。

(4)當(dāng)故障電阻偏大，如因電源電壓為600V，使檢流計靈敏度不夠時，可適當(dāng)升高電源電壓。例如接人1 500V直流測試電源，儀器置放和操作人員腳下必須有絕緣墊，以確保安全。

2 電橋法測莊趙8105-33混合跨越電纜故障點的實際案例

在一般的實際應(yīng)用中，依據(jù)電橋法制造的QFl-A型電纜探傷儀還是可以比較精確地找到故障點所在位置的。但是，電網(wǎng)的實際結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，也會出現(xiàn)比較特殊的情況，這時就需要結(jié)合實際情況加以分析。

以某供電公司2014年12月發(fā)生故障的莊趙8105-33跨越電纜為例，來對電橋法測電纜故障點的實際應(yīng)用加以分析。線路莊趙8105跳閘后，通過分段搖測絕緣，確定故障電纜為莊趙8105-33跨越，搶修人員查閱PMS圖紙和臺賬后，確認該段跨越電纜兩端均為上桿，長度1 900m，電纜型號為YJV-35-3×400。電橋法測量需將儀器連接桿上電纜終端頭線芯進行。

現(xiàn)場安全措施做好后，施工人員拆開電纜兩端電纜終端頭，操作人員將QFl-A型電纜探傷儀放在地上，然后用長度約15m直徑約2mm的鋁絲引到電桿上電纜終端接頭處。然而此時并不能有效檢測到故障點，在儀器指示的故障點距離處精確定點基本檢測不到放電聲，開挖后也未發(fā)現(xiàn)故障點。

結(jié)合電橋法的工作原理，工作人員對該登桿電橋測量進行了誤差分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)誤差不能找到故障點的原因是該跨越電纜為截面400mm2的銅芯電纜，而在選擇電橋引線的時候卻用了鋁絲。由于材質(zhì)不同，進行誤差分析應(yīng)根據(jù)式(5)將15m細鋁絲等效為與地下電纜相同截面積的銅芯電纜，可得出其等效長度，然后再去尋找故障點并將結(jié)果進行換算找到其所在位置，如圖3所示(其中ρCu=1.75×10-8Ω·m,ρAl=2.83×10-8Ω·m, SCu=400mm2, SAl=3.14mm2, LAl=15m)；這樣換算下來，可見15m的鋁絲由于電阻率和截面積的因素影響，15m鋁絲折算成銅的等效長度為3 090m，此長度比電纜本體長度1 900m還多63%，導(dǎo)致所測得故障點距離誤差巨大，因此不能有效判斷故障點位置。

圖3 鋁絲引線測量示意圖

找到誤差原因之后，考慮到所用鋁絲的直徑和長度難以精確測量，所以不再采用?，F(xiàn)場做好安全措施后，將故障測尋電橋升至桿上終端支架處測試鉗直接夾在電纜終端線芯上再次測量。根據(jù)此次測量的故障點距離，工作人員在現(xiàn)場對故障點進行了精確定點，在5min內(nèi)確定了故障點的具體位置，開挖后順利找到故障點，為莊趙8105-33跨越電纜的9號中間接頭處。

這一結(jié)果說明電橋在實際應(yīng)用中還會碰到各種各樣的問題。必須結(jié)合實際情況，選擇行之有效的實施方法，充分發(fā)揮電橋在測電纜故障中的作用。

3 結(jié)語

依據(jù)電橋法測電纜故障的QF1-A電纜探傷儀提高了日常檢修、運行維護工作的安全性、準確性和有效性。但是在實際生產(chǎn)和施工中，還是應(yīng)該根據(jù)實際情況選擇合適的測量方法，以便迅速準確地探測故障點位置，保障故障電纜的及時恢復(fù)送電工作。

(本文編輯：楊林青)

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，碩士，助理工程師，從事電纜測繪及PMS數(shù)據(jù)維護工作。

TM755

B

2095-1256(2017)01-0030-03

2016-12-01