地下電纜故障精準(zhǔn)定位方法

高 戈

(國網(wǎng)山西省電力公司大同供電公司，山西 大同 037038)

0 引言

為響應(yīng)城市美化以及安全保障的要求，城市配網(wǎng)大多采用地下敷設(shè)形式，纜化率已然成為衡量城市發(fā)展的重要指標(biāo)。但電纜的地下敷設(shè)存在很大的隱蔽性，給電纜的故障定位帶來了很大的困難，導(dǎo)致故障修復(fù)時間變長[1]?？焖俣ㄎ坏叵码娎|的故障點，不僅能提高系統(tǒng)供電的可靠性，還能減少故障修復(fù)費用及停電損失。

在實際生產(chǎn)工作中，由于在線電纜故障定位的成本、準(zhǔn)確性與可靠性等問題未得到廣泛推廣，現(xiàn)場仍采用傳統(tǒng)的離線故障定位方法。文獻[1]講述了行波法的原理，并對其在電纜故障的應(yīng)用進行了詳細介紹，但高阻故障不適用；文獻[2]提出了阻抗法與行波法組合提升測距精度，并分析了識別波頭的各種情況，但如何準(zhǔn)確識別依然是個難點；文獻[3]和[4]提出了三步定位法的雛形，但不同類型故障所用設(shè)備的種類差別很大，攜帶不便。

因此，基于傳統(tǒng)的電纜故障定位方法，提出了一種通用的三步定位法。首先通過兆歐表與0.1 Hz耐壓試驗來判斷故障類型；然后采用低壓脈沖法、高壓沖閃法與電纜故障燒穿法相結(jié)合進行預(yù)定位；最后利用聲磁同步法準(zhǔn)確定位。該方法已進行了實際應(yīng)用，效果良好。

1 電纜故障產(chǎn)生與處理

1.1 電纜故障產(chǎn)生原因

電纜故障的主要原因有外力損傷、長期超常規(guī)運行、接頭問題、地面沉降、電纜本體故障以及化學(xué)腐蝕等。按照故障的主要表現(xiàn)形式，電纜故障大體分為斷路故障、低阻短路故障、閃絡(luò)性故障、高阻泄漏故障四大類[5]；按照故障位置分為主絕緣故障、護套故障、本體故障和接頭故障四類。接頭是電纜的重要薄弱點，受制作工藝、人員經(jīng)驗的影響較大，因此加裝防爆盒以防止接頭故障引燃溝道內(nèi)其他電纜；暴力施工導(dǎo)致電纜外破故障的占比也比較大，其不可預(yù)見性很強，而且集中在施工季，對故障查找的時效提出了更高要求。

1.2 電纜故障測距

行波法是電纜故障測距的常用方法，主要利用阻抗不匹配時波的折反射理論實現(xiàn)故障測距。

行波傳播途徑如圖1 所示，輸入信號Ui在故障點處被分成了反射波Uf(反方向傳播)和折射波Uo(繼續(xù)向前傳播)。在傳播介質(zhì)材料相同的情況下，傳播速度v應(yīng)保持一致，其中入射時間到接收到反射波的時間間隔為Δt，可計算出故障點距測試點的距離L=vΔt/2。

圖1 行波傳播途徑

行波法在實際應(yīng)用中受到很多制約，如何簡單、經(jīng)濟地獲取行波信號以及故障產(chǎn)生的行波信號具有不確定性等因素影響了其推廣應(yīng)用。在行波法的基礎(chǔ)上還衍生出二次脈沖法、低壓脈沖法、脈沖電壓法、脈沖電流法以及多次脈沖法等電纜故障測距方法等。

1.3 電纜故障精準(zhǔn)定位常用方法

目前，聲測法、聲磁同步法、音頻感應(yīng)法、跨步電壓法和局部過熱法是進行電纜故障精準(zhǔn)定位的常用方法[6，7]，但是每種方法適用范圍不同，各有利弊?，F(xiàn)場不同類型故障所用設(shè)備不通用，種類差別大，攜帶不便，亟需開發(fā)一種方法，以減少攜帶設(shè)備，提高工作效率。

2 通用三步定位法

電纜故障定位流程如圖2 所示。

圖2 故障定位流程

2.1 確定故障類型

確定電纜故障類型主要是為故障預(yù)定位做好基礎(chǔ)。維護人員利用兆歐表測量電纜絕緣電阻(線芯與地之間的電阻/對地絕緣電阻)以及采用萬用表進行導(dǎo)通試驗(末端三相短接測電阻)。

1) 導(dǎo)通試驗合格。若電纜三相線芯中存在對地絕緣電阻低，則進行下一步故障預(yù)定位；若電纜三相線芯對地絕緣電阻都在兆歐級別，則采用0.1 Hz 耐壓試驗設(shè)備逐相進行耐壓試驗：若三相電纜耐壓試驗通過，則電纜判定無故障；若耐壓試驗中發(fā)生閃絡(luò)，則找到故障相進行故障預(yù)定位。

2) 導(dǎo)通試驗不合格。此時電纜存在斷線問題，則對斷線相進行故障預(yù)定位。

2.2 故障預(yù)定位

故障預(yù)定位是根據(jù)低壓脈沖法和高壓沖閃法的綜合對比分析，預(yù)先判斷故障點在電纜路徑的大概位置的方法，其為故障精準(zhǔn)定位的關(guān)鍵，主要流程如下。

1) 導(dǎo)通試驗合格，電纜三相線芯中存在對地絕緣電阻低的情況。先采用低壓脈沖法測量絕緣良好相線芯的全長并保存波形，再采用高壓沖閃法進行故障點預(yù)定位。

2) 導(dǎo)通試驗合格，電纜三相線芯對地絕緣電阻正常，耐壓試驗中發(fā)生閃絡(luò)的情況。先采用低壓脈沖法測量絕緣良好相線芯的全長并保存波形，再采用電纜故障燒穿法燒穿電纜，最后采用高壓沖閃法進行故障點預(yù)定位。

3) 導(dǎo)通試驗不合格。先采用低壓脈沖法測量絕緣良好相線芯的全長并保存波形，再采用高壓沖閃法進行故障點預(yù)定位。

2.3 故障精準(zhǔn)定位

利用球球間隙放電對電纜加壓，將電纜故障擊穿放電，放電產(chǎn)生的聲音沿電纜傳播。聲測法就是在故障預(yù)定位附近通過耳朵獲取放電聲，聲響最大的位置即為故障點位置。

聲磁同步法是通過采集聲波信號和磁場信號，計算兩者之間時間差。時間差越小表示設(shè)備與故障點的距離越近。

對于溝道電纜故障點通過聲測法就可以完成精準(zhǔn)定位，但是直埋電纜需要借助聲磁同步法來定位故障點。

3 方法應(yīng)用

3.1 電纜低阻故障查找

絕緣電阻測量與導(dǎo)通試驗結(jié)果如表1 所示。

表1 絕緣電阻測量及導(dǎo)通試驗結(jié)果

表1 中可判斷該電纜導(dǎo)通試驗合格，電纜B相線芯對地絕緣電阻低，因此，采用低壓脈沖法測量A 或C 相線芯的全長并保存波形，波形顯示故障電纜全長約為875 m。

對B 相進行高壓沖閃法試驗，在采樣波形圖確定故障點距離，并根據(jù)電纜路徑，在地圖上利用測距工具進行預(yù)定位(故障點距測試點距離約為590 m)，結(jié)合電纜路徑和相關(guān)資料可知預(yù)定位附近電纜為直埋敷設(shè)，維護人員利用聲磁同步法進行精準(zhǔn)定位，查找出故障點。

3.2 電纜高阻故障查找

絕緣電阻測量與導(dǎo)通試驗結(jié)果如表2 所示。

表2 絕緣電阻測試及導(dǎo)通試驗結(jié)果

表2 中可判斷該電纜導(dǎo)通試驗合格，三相線芯對地絕緣電阻都在兆歐級別；繼續(xù)進行0.1 Hz 耐壓試驗，當(dāng)電壓增加至9 kV 左右時B 相發(fā)生閃絡(luò)，此時泄露電流為12 mA；再次利用5 000 V 兆歐表進行電阻測試，B 相電阻為102 MΩ。

對電纜三相進行低壓脈沖反射法測試，得到的波形相同，顯示電纜全長為5 692.4 m；繼續(xù)對電纜B 相進行高壓沖閃法，在電壓加至28 kV 時，球球間隙放電，但是電壓降低較少，故障點未被擊穿，因此利用LB4/60 A 設(shè)備對B 相進行燒穿試驗，將電壓加至0.2 kV 時，其電流在500 mA 波動，持續(xù)約3 min，電壓下降，電流快速增大，電纜故障點燒穿；再測量絕緣電阻以及進行導(dǎo)通試驗，結(jié)果如表3 所示。

表3 絕緣電阻測試及導(dǎo)通試驗結(jié)果

對電纜B 相進行高壓沖閃法試驗，由波形可知故障點預(yù)定位在路徑的2 968.8 m 處，結(jié)合電纜歷史資料判斷出故障點在高速路段的隧道內(nèi)，敷設(shè)方式為電纜溝敷設(shè)。運維人員進入隧道通過聲測法最終確定了故障位置。

4 結(jié)束語

地下電力電纜的隱蔽性導(dǎo)致了電纜故障的查找十分困難，因此，通過分析電纜故障產(chǎn)生的原因與類型以及對傳統(tǒng)電纜故障定位方法的研究，結(jié)合實踐提出一種實用的通用型電纜故障定位方法，設(shè)計出確定故障類型、故障預(yù)定位、故障精準(zhǔn)定位三步定位流程并投入電纜低阻和高阻故障查找的實際應(yīng)用，為現(xiàn)場運維人員提供了一種省時、可行的電纜查障方法，有效提高了檢修排障的效率。