电力电缆故障的定位方法探析

＊余 欢

（武汉金中石化工程有限公司荆门分公司 湖北 448002）

电力电缆故障的定位方法探析

＊余 欢

（武汉金中石化工程有限公司荆门分公司 湖北 448002）

随着经济加速发展，对电力系统提出更高的要求，电力电缆也有了更多发应用，随之而来的是越来越多的电缆故障。本文主要是从电力电缆的组成和份额里出发，对发生电力电缆故障的原因进行分析和分类，探讨查找故障的方法，主要着重于探讨故障的定位。首先通过行波法或电桥法进行测距，再通过音频感应法、声磁同步法以及声测法等进行精准定位，提升故障定位的准确性和效率。

电力电缆；故障；行波法

电力电缆的分类根据不同标准有所不同，从绝缘材料方面可分为油纸绝缘、塑料绝缘和天然橡胶绝缘三类，按结构特征可分为统包型、分相型、扁平型以及自容型，从敷设环境上可分为直埋式、沟架式以及水下敷设三类。交联聚乙烯电缆由于简单的结构、较短的制造工期、较高的工作温度、较小的输电损耗，易于安装、维护且性能可靠，有着广泛的应用。从传输容量、机械性能和耐热性方面看，此类电缆可应用到中低压、高压甚至超高压系统。

1.电力电缆故障原因和分类

(1)故障原因

造成电缆故障的原因是复杂的。要想对故障点进行快速判断，就需要对电缆的工作环境以及常见原因有所了解，这也是减少电缆故障的一个重要途径。常见的故障原因主要包括外力破坏、电缆质量、电缆中间头制作不达标、管理存在问题、自然现象造成的损伤以及电缆生产质量等。

外力破坏主要是在未经许可、核实的情况下进行的打桩、开挖等施工破坏电缆而导致的接地短路故障。电缆施工质量问题是未能落实安装要求，在施工过程中走形成碰伤或不合理的机械牵引力对电缆形成拉伤，对于移动设备，通常会出现因固定不够而发生变形、摩擦、拉扯和错位而出现绝缘故障。电缆接头故障的原因大致包括以下几个方面：潮湿环境下未对电缆头进行相关防护；中间接头因密封不良而受潮导致的绝缘层劣化；中间接头导体连接管管口不平整而导致的压接不良；不合理的中间接头设置。电缆的管理方面，存在电缆长期超负荷工作而未进行相关维护，长期处于腐蚀环境中，通过热力管线未采取防护措施，这些都导致电缆的绝缘老化、腐蚀以及过热损坏。

(2)故障分类

类似于电力电缆的分类，从不同层面来看，故障分类有所不同。如封闭性和开放性故障，接地和非接地故障，单相故障和多相故障等。电缆故障主要包括以下几类：开路故障是电缆的护层或导体因断裂而导致电压无法达到对端或是绝缘电阻无穷大的情况；低阻故障是指电缆相对地或两者之间的绝缘损伤，绝缘电阻小到能用抵押脉冲进行测量，其中的特例是短路故障；高阻故障是电缆相对地或两者之间的绝缘损伤后电阻较大，不可通过低压脉冲法来对故障进行测量。

2.电力电缆故障定位的步骤和原理

因故障导致供电中断后，测试人员应合理选择仪器和测试方法快速寻找故障点。故障点查找的步骤是先故障分析再测距，最后精确定位。

(1)故障分析

故障分析是了解故障电缆的基本信息，对其进行综合分析，包括敷设方式、电缆长度、型号、走向，以及接头的位置、长度、预留地点、发生故障前运行状况等，了解路径的施工情况，对故障电缆的类型进行初步判断，对其进行绝缘测试。发生故障后，可在敷设人员处获得施工详细资料，以此来提升故障定位的准确性。如果不了解电缆的路径和长度，需要在定位时排查清楚，判断故障类型时可借助故障时保护装置动作情况。

(2)测距

在定位的过程中，测距是最关键的一步，准确的定位是减少检修时间重要途径，特别是在长电缆中，不能准确定位对检修工作的影响更严重。在实际应用中，为保证测试的准确，可通过多种方法来验证，必要时可通过电桥法或者脉冲电流来验证。

①行波法测距原理

该方法进行测距中，电缆会从理论上看做均匀长线，以此来对微观传播过程进行分析。电缆传输线路中的分布参数包括电感元件、电容、电导、电阻等，在任意点的等效电路图中，每个无限小段的电缆传输线路如下图所示：

图1 均匀长线的等效电路图

在长线理论中，影响故障波形分析和性质分析的重要因素包括波的透射和反射、特性阻抗以及波的速度。其中波速v和特性阻抗分别为：

其中C为光速，μ和分别为电缆芯线周围介质的相对导磁系数和相对介电系数。可看出电波在电缆中的传输速度与芯线材料和界面剂无关，与介电性能相关，不同的绝缘材料中，电波的传输速度有所不同。特性阻抗为实数，与频率无关。两种电缆连接时因不同的波阻抗会在连接处存在阻抗不匹配的情形。行波经过此处就会出现部分或全部反射，也可能存在透射。不均匀的阻抗也会出现不同的反射，其强弱随着阻抗的变化而变化，可同反射系数来进行描述。

开路电压反射系数为+1，在开路中，电压形成全反射，实际电压值为入射电压和同极性的反射电压和而形成加倍现象。开路点的电流反射系数为-1，实际电流值为入射电流与相反方向、相等大小的反射电流之和，为零。短路电压反射系数为-1，实际电压为入射电压与相反方向、相等大小的反射电压之和，为零。短路点的电流反射系数为+1，实际电流为入射电流与反射电流之和，出现加倍。

行波法测距的方法是测量测量端与故障点之间的放电脉冲或低压注入脉冲之间的时间来对距离进行换算测量。入射与反射脉冲的时间差为Δt，距离L为L=V*Δt/2，以此来计算测试端到阻抗不匹配点的距离。

② 电桥法基本原理

电桥法测距中，将电缆视为集中参数元件，某一时间点上，电缆个点有着相同的相位、电流等，相同规格电缆芯线的电阻与长度成正比。等效电路图如下图2：

图2 电桥法测量等效电路图

在电流平衡的作用下，检流计G中没有电流，且R1/ R2=R3/R4

其中x为测量点与故障点之间的距离，L为电缆长度。该方法的优点是高精度、方便、简单，误差在0.3%到0.5%之间，但不能应用于高电阻故障。随着该技术的发展，在克服缺点的基础上实现了自动测量的只能全自动高压电桥，也可在高电阻值情况下使用。

(3)精确定位

精准定位是根据初步测距后进行定位，主要包括音频感应法、声磁同步法以及声测法三种。声磁同步法克有限应用于部分低阻故障或会产生冲击放电声的高阻故障，如果不存在放电声的金属性短路、接地则可选用跨步电压法和音频感应法。

①声测法

高压脉冲作用于故障电缆时会出现击穿放电，会伴随较大的放电声。对于直埋电缆或是打开盖板的沟架式敷设电缆，可通过人耳听声来定位。在较大埋深或封闭性电缆中，可通过振动传感器和声电转换器来对放电点进行查找，该技术也是最基础的精确定位技术，有着较高的可信性，但是受环境噪声影响较大。应用仪器可对故障点的声波信号进行记录，测试人员根据相关数据来对故障点的防电信号进行准确判断。

②声磁同步法

高压脉冲作用于故障线路产生声音信号同时还会产生放电电流，使电缆周围出现脉冲磁场。该方法是采用仪器来对脉冲磁场信号进行检测，如果磁场信号与声音信号同步，则可将其认作故障点发出，否则为干扰信号。由于声音信号和磁场信号传输速度差，到达地面会存在一定的时间差，通过探头对时间差最小的地方进行查找就能寻找到故障点位置。声磁同步法能排除环境干扰因素，也是当前较为理想的检测方式。

③音频感应法

该方法是对电缆输入音频电流，通过接收电磁波来实现准确定位。探头移动在电缆上会接收到相同强度和规律的音频声音，而在故障点上方则会出现信号突然加强的情形，越过故障点，信号明显减弱，则可判断信号增强点为故障点。该方法多用于低于10欧的低阻故障。当电缆接地电阻较低特别是金属性接地故障时，因微弱的放电声音，声测法进行定位存在很大难度，所以要采用音频感应法。音频感应法能较好的应用于两相短路并接地故障，三相短路以及三相短路并接地故障。

[1]束洪春,田鑫萃,董俊,杨毅．利用故障特征频带和TT变换的电缆单端行波测距[J]．中国电机工程学报,2013,22:103-112+17．

[2]朱博．长距离电力电缆绝缘在线监测及故障定位技术研究[D]．哈尔滨理工大学,2015．

余欢（1981～），男，武汉金中石化工程有限公司荆门分公司研究方向：供配电。

(责任编辑 高镇峰)

Analysis of the Location Method for Power Cable Malfunction

Yu Huan

(Jingmen Branch office, Jinzhong Petrochemical Engineering co., LTD of Wuhan Province, Hubei, 448002)

As the speeding up of economic development, which puts forward higher requirements for power system and the power cable also have more multiple applications, along with which is the followed cable malfunction. This article mainly start from the composition and share of power cable, takes analysis and classification of the reason causing power cable malfunction, explores the method of finding the malfunction and mainly focuses on discussing the location of the malfunction. Firstly, through the traveling wave method or bridge method to take the distance measurement and then through the frequency induction method, magnetic sound synchronization method and sound identification method etc. to take accurate positioning and improve the accuracy and efficiency of malfunction location.

power cable；malfunction；traveling wave method

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