淺析電力電纜故障定位方法

武照龍

【摘 ?要】隨著城市的發(fā)展，對電力需求不斷上升，已運(yùn)行的電纜往往超負(fù)荷運(yùn)行，加上電纜隨著運(yùn)行年限加長的自然老化過程，以及外力破壞等因素，電力電纜故障率逐年上升。電纜故障后一般不允許重合閘，如果不能快速準(zhǔn)確地判斷故障點(diǎn)所在位置，將極大地加劇巡檢工作量，并引起長時(shí)間停電事故，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，與此同時(shí)也給生活及生產(chǎn)帶來不便?？焖倬珳?zhǔn)地診斷電纜故障對于及時(shí)排查故障并恢復(fù)供電具有重要意義，因此有必要對電纜故障定位方法進(jìn)行深入研究。

【關(guān)鍵詞】電力電纜;故障;定位方法

1電力電纜故障原因和分類

1.1故障原因

造成電纜故障的原因是復(fù)雜的。要想對故障點(diǎn)進(jìn)行快速判斷，就需要對電纜的工作環(huán)境以及常見原因有所了解，這也是減少電纜故障的一個(gè)重要途徑。常見的故障原因主要包括外力破壞、電纜質(zhì)量、電纜中間頭制作不達(dá)標(biāo)、管理存在問題、自然現(xiàn)象造成的損傷以及電纜生產(chǎn)質(zhì)量等。

外力破壞主要是在未經(jīng)許可、核實(shí)的情況下進(jìn)行的打樁、開挖等施工破壞電纜而導(dǎo)致的接地短路故障。電纜施工質(zhì)量問題是未能落實(shí)安裝要求，在施工過程中走形成碰傷或不合理的機(jī)械牽引力對電纜形成拉傷，對于移動(dòng)設(shè)備，通常會出現(xiàn)因固定不夠而發(fā)生變形、摩擦、拉扯和錯(cuò)位而出現(xiàn)絕緣故障。電纜接頭故障的原因大致包括以下幾個(gè)方面：潮濕環(huán)境下未對電纜頭進(jìn)行相關(guān)防護(hù);中間接頭因密封不良而受潮導(dǎo)致的絕緣層劣化;中間接頭導(dǎo)體連接管管口不平整而導(dǎo)致的壓接不良;不合理的中間接頭設(shè)置。電纜的管理方面，存在電纜長期超負(fù)荷工作而未進(jìn)行相關(guān)維護(hù)，長期處于腐蝕環(huán)境中，通過熱力管線未采取防護(hù)措施，這些都導(dǎo)致電纜的絕緣老化、腐蝕以及過熱損壞。

1.2故障分類

類似于電力電纜的分類，從不同層面來看，故障分類有所不同。如封閉性和開放性故障，接地和非接地故障，單相故障和多相故障等。電纜故障主要包括以下幾類：開路故障是電纜的護(hù)層或?qū)w因斷裂而導(dǎo)致電壓無法達(dá)到對端或是絕緣電阻無窮大的情況;低阻故障是指電纜相對地或兩者之間的絕緣損傷，絕緣電阻小到能用抵押脈沖進(jìn)行測量，其中的特例是短路故障;高阻故障是電纜相對地或兩者之間的絕緣損傷后電阻較大，不可通過低壓脈沖法來對故障進(jìn)行測量。

2電纜故障定位方法

截止目前位置，電力電纜故障定位方法主要以離線法為主。離線定位法一般將預(yù)定位以及精確定位結(jié)合在一起，其中預(yù)定位法判斷故障所屬大致位置，以阻抗法和行波法為主。在阻抗法故障定位中，主要采用是平衡電橋原理。行波法則包含多種定位方法，主要包含脈沖電流法、二次脈沖法、低壓脈沖法等多種方法。預(yù)定位粗略判斷出故障大致位置，然后利用精確定位進(jìn)行進(jìn)一步的判斷。精確定位法主要包括聲測法以及聲磁同步法。

2.1阻抗法

使用阻抗法進(jìn)行故障定位的前提是線路參數(shù)已知，并且測量點(diǎn)與故障點(diǎn)之間的阻抗可以測量或計(jì)算，并且電纜線路的參數(shù)必須均勻分布。在此前提下，故障距離的確定可以通過特定的方程計(jì)算而出。

電橋法是阻抗法的一種，在電纜故障定位技術(shù)發(fā)展初期應(yīng)用最多的即是電橋法。采用電橋法進(jìn)行故障定位時(shí)，忽略電纜線路的分布參數(shù)影響將電纜當(dāng)作集中參數(shù)進(jìn)行處理，因此在相同時(shí)刻下，電纜任何一點(diǎn)的電流大小相等，且不存在相位偏差，電纜的本體電阻與電纜長度呈正比關(guān)系。進(jìn)行故障定位前，應(yīng)將故障相一端與非故障相一端相連，電橋兩臂分別接在故障相與非故障相的另一端，然后調(diào)節(jié)電橋上的變阻器使得電橋平衡，電橋平衡時(shí)電流計(jì)指針為0。電橋平衡后利用簡單分壓關(guān)系和已知電纜長度即可求出故障點(diǎn)與觀測點(diǎn)的距離。對于低阻類型電纜擊穿，一般用低壓電橋，而對于斷線擊穿，則采用電容電橋。電橋法測量結(jié)果準(zhǔn)確，但需要完好的非故障相作為測量回路，此外，試驗(yàn)電壓不能過高。

電橋法故障定位原理簡單，測量精度較高，但只適用幾種特定類型的故障，對于高阻故障，電橋法失效。由于施加電壓較低，在高阻故障下，電橋中流過的電流很小，對電流計(jì)的測量精度提出了很高的要求，當(dāng)精度不夠時(shí)則容易造成定位不準(zhǔn)。此外，使用電橋法需要提前獲知電纜的詳細(xì)參數(shù)，這對于工程實(shí)踐來說往往具有較高的難度，因此隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，電橋法逐漸在電纜故障診斷中淡出了舞臺。

2.2行波法

行波定位法在架空線路故障診斷中應(yīng)用廣泛，定位精度高，且響應(yīng)及時(shí)，可以快速定位故障點(diǎn)。行波法在電纜中的應(yīng)用首先是以低壓脈沖法出現(xiàn)的，該方法基于電磁脈沖折返射原理，當(dāng)人為向故障電纜中注入高頻電流脈沖時(shí)，前行的電流脈沖在遇到故障點(diǎn)時(shí)會產(chǎn)生反射，通過記錄起始脈沖與反射脈沖的時(shí)間差，并利用單端行波定位即可實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的精確定位。最新的低壓脈沖法已不需要監(jiān)測記錄的波形主波與反射波來判斷時(shí)間差，而是通過儀器自動(dòng)計(jì)算，大幅提升了診斷效率，但這種方法也存在著缺陷與不足，如脈沖電壓幅值較低，當(dāng)遇到高阻故障時(shí)，反射波微弱以至于無法識別。

脈沖電流法彌補(bǔ)了低壓脈沖法難以定位高阻故障的缺陷。該方法需要對故障電纜施加高壓，使得故障點(diǎn)發(fā)生擊穿，產(chǎn)生脈沖電流，然后用高性能監(jiān)測終端監(jiān)測并提取故障行波信號，根據(jù)行波定位法即可確定故障點(diǎn)所在位置。這種方法大部分場合下可靠性較高，但也存在一定的盲區(qū)，且有時(shí)故障閃絡(luò)波形復(fù)雜，加大了識別難度，嚴(yán)重時(shí)造成定位失敗。

在行波定位法的基礎(chǔ)上，20世紀(jì)90年代衍生了一種被稱作二次脈沖法的定位方法，該方法首先發(fā)送一個(gè)低壓脈沖進(jìn)行電纜長度的測量與校核，得到精確全長后，進(jìn)一步發(fā)送一個(gè)高壓脈沖使得故障點(diǎn)發(fā)生擊穿，然后再發(fā)送一個(gè)低壓測試脈沖，即可在被擊穿的故障點(diǎn)處形成反射。該方法對于大多數(shù)類型電纜故障是適用的，安全性高且精度較為理想，缺點(diǎn)是故障點(diǎn)維持低阻狀態(tài)時(shí)長無法確定，當(dāng)電纜受潮嚴(yán)重，使得擊穿時(shí)間增加時(shí)，則容易增大定位誤差。

2.3聲測法

聲測法是一種精確定位方法，其通過探聽電纜故障點(diǎn)產(chǎn)生的聲音進(jìn)行精確定位，由于聲波在介質(zhì)或空氣中傳播時(shí)衰減極快，通過聲音信號即可判定故障點(diǎn)是否在被測點(diǎn)附近。如果電纜敷設(shè)較淺或者護(hù)層已被破壞，對外會產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的放電聲音，無需借助外在儀器即可聽到放電聲音;反之，如果電纜護(hù)層未被燒穿，放電聲音很小，則需要高精度的聲音接收儀器，通過測量微弱振動(dòng)信號并進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及放大后才能變成可聽聲音。聲測法儀器結(jié)構(gòu)及原理簡單，價(jià)格相對低廉，定位精度高，缺點(diǎn)是容易受噪音干擾，當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境噪聲較大時(shí)可能無法利用該方法進(jìn)行故障診斷。

2.4聲磁同步法

考慮到聲測法容易受噪音干擾的特點(diǎn)，需要結(jié)合其他技術(shù)手段進(jìn)行輔助定位。故障發(fā)生時(shí)，放電不僅產(chǎn)生機(jī)械波性質(zhì)的聲波，還產(chǎn)生電磁波，同步向周圍空間輻射。由于電磁波傳輸速度遠(yuǎn)高于聲速，因此儀器總是先檢測到電磁波，然后才測到聲波。在電纜故障點(diǎn)正上方時(shí)，測量到的電磁波與聲波時(shí)差最小，通過這種方法判斷電纜故障點(diǎn)的精確位置。由于磁場信號抗干擾能力強(qiáng)，因此聲磁同步檢測法比單一的聲測法精度更高，也更加可靠，因此應(yīng)用更加廣泛。

結(jié)語

目前電纜故障診斷技術(shù)已多樣化，為電纜故障的快速排查提供了有力的解決手段，然而對于電纜故障的預(yù)防及預(yù)警尚缺少有效手段，相關(guān)研究工作尚處于摸索階段，需進(jìn)一步加深研究，從而在根本上避免故障的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬曉燕.電力電纜故障定位方法[J].卷宗，2014（1）：167-167.

[2]電力電纜故障定位方法研究及在線檢測裝置實(shí)現(xiàn)[D].華北電力大學(xué)，2015.

（作者單位：廣東威恒輸變電工程有限公司）