电力电缆故障定位方法研究

电力电缆故障定位方法研究

刘德志 王连登

国网山东省电力公司寿光市供电公司  山东 潍坊 262700

摘要：现场使用的电力电缆，无论是高压还是低压，由于现场环境复杂，施工作业多，电缆经常受到损伤，造成接地或者短路事故，致使设备无法正常运行。电缆发生故障后首要任务是查找故障点，之后再进行分析、处理，但是现场使用的电缆一般较长，且要穿过电缆沟、桥架，甚至埋在地下，如何快速准确地找到故障点是处理问题的关键。现在查找电缆故障点较为成熟的方法是使用电缆故障测试仪查找，本文介绍了一些电缆发生故障后，查找故障点的实践经验。

关键词：高压电缆；故障；定位

引言

经济的发展使得城镇化进程不断加快，电力系统之中超高压、高压电力电缆的应用越来越广泛，成为机电设备中不可缺少的部分。但是伴随电缆数量的不断增多，因为受到自然灾害、外力、施工等因素的影响，导致电力电缆故障次数也有了明显的增加，最终导致电缆绝缘故障屡见不鲜，做好高压电缆故障的定位是关键所在。

1电缆故障常见类型

1.1低阻故障

低阻故障主要是因为绝缘材料本身受损，导致绝缘电阻R_f较小。出现这一类型的故障，其绝缘电阻可以利用低压脉冲的方式来进行测量。一般来说，低压动力电缆以及控制电缆是低阻故障最容易出现的区域。

1.2电缆绝缘性能下降引起的短路故障

湿气和电解腐蚀会降低电缆的绝缘性能。配电网电缆的绝缘层在高压和高热能的环境中长时间运行，绝缘层的寿命会不断降低。大量的绝缘介质丢失后，会发生绝缘退化。如果不及时更换绝缘层，绝缘层容易发生故障和泄漏，对电缆的安全运行造成影响。

1.3高阻故障

高阻故障本身也是因为电缆相间或者相对地绝缘受损引起的。但是在这一故障之下，绝缘电阻R_f较大，并且超过了10Z0，不能利用低压脉冲法来进行测量。其高阻故障经常会在高压动力电缆之上占据80%。

1.4外力破坏引起的电缆故障

由外部破坏电缆引起的配电网电缆故障率可能高达60％。外部破坏是电缆故障的最常见原因。外部破坏主要是由电缆线路附近工作引起的外部破坏，以及未按规定要求建造的一些城市工程或房地产工程构筑物引起的外部破坏。上述两种情况均会因外力破坏配电网电缆而导致故障。

2电缆故障形成的原因

通过对高压电缆故障进行仔细的分析，发现出现电缆故障主要是因为：第一，电缆本身的质量不达标，影响正常的使用。第二，电缆施工方式不当，导致电缆在施工环节受到不同程度的损伤。第三，因为电缆所处的环境相对特殊，电缆本身也容易受到外界环境的影响，最终留下安全隐患。第四，电缆容易受到外力的影响，进而引发电缆的机械损伤，其造成的事故占据电缆总事故的50%

3高压电缆故障的分析

电力电缆故障分析和处理一般都是事后进行调查维修，主要包括以下步骤：首先进行故障检测，检测故障是否依然存在，辨别正常和故障的电缆芯线，同时确定故障类型；然后进行故障测距，确定故障发生的大概距离，为精准定位故障点提供准确的相关信息；最后进行精测定位，在故障测距的基础上，实现故障点精准定位，以便及时开展检修。目前的测距方法有电桥法、低压脉冲反射法、脉冲电压法、脉冲电流法、直流高压闪络法、冲击高压闪络法、二次脉冲法等，这些方法根据不同的原理都可粗略测定故障距离；精确定位方法有声测定点法、音频定点法和声磁传播时间测量定点法。国内目前使用最广泛的定位方法是声测法定点，即给故障电缆施加高幅度脉冲信号使故障点出现闪络放电，从而产生声音信号，再利用高灵敏的微音器、接收机和放大器进行侦测，以实现故障点的精准定位，但无法完成电缆相间或相对地短路时的定位；音频定点法通过音频信号产生器向被测电缆中加入音频电流，分析故障点前后电缆电流所产生的磁通变化实现故障点的精准定位，但结果受很多因素影响，实现准确定位存在一定难度；声磁传播时间测量定点法是利用脉冲放电时，在电缆铺设路径所处地面测量声波从故障点到测量点的传播时间，计算出该点到故障点的距离，是一种理想的故障精确定位方法，可有效避免听觉上判断的误差。

4电缆故障定位方法

4.1电桥法

电桥检测法又被称为“经典电桥法”，是应用最为广泛以及应用历史最为悠久的电缆故障检测技术，但因为无法满足现在电力行业的需求，已经逐渐被淘汰。电桥检测法将被测电缆的故障相与非故障相连接构成小桥，通过调节桥臂上的可调电阻器使得电桥处于一个平衡状态，然后利用桥臂电阻比算出电阻值，而电缆的长度与电阻是成正比的，从而可以根据电阻值算出电缆故障距离。电桥法是比较传统经典的电路故障检测方法，它操作简单、方便而且精确度高，非常适合于电缆接地和短路故障的检测，缺点是不适用于检测高阻与闪络性故障，因为在故障电阻很高的情况下，电桥通过的电流很小，一般灵敏度的仪表很难探测到。电桥法检测时还需要知道电缆的材质、长度等原始资料，若是由不同截面的电缆组成时，还需对电阻等进行换算，此外，电桥法也不能测量三相短路或短路故障，也不适合用于高电阻设备。

4.2低压脉冲反射法

应用低压脉冲反射法进行检测的过程中，其实就是将低压脉冲注入电力电缆的故障相。该脉冲会沿着电缆进行传播，当到达阻抗不匹配的位置后，证明遇到了故障点，脉冲会产生反射，设置在测试点的仪器会记录该脉冲的信息，通过计算发射脉冲与反射脉冲在电缆中的传播时间以及往返的时间差，可以得出故障点和测试点之间的距离。这种检测方法具有简单直观的优势，即使不知道电缆的长度信息等资料，也可以计算出故障位置的相关信息，但是该种方法也具有缺点，即只有知道电缆走向时才能应用，对于高阻抗与闪络性故障不适合应用低压脉冲法进行测量。

4.3声波法

该种高压电力电缆接地故障查找技术主要运用于高阻接地故障以及闪络形故障中，主要是利用高压脉冲发生器，对高压电力电缆进行高压脉冲发射，当发射到故障点时，就会将能量进行释放，从而将接地点击穿，这时会产生较为短暂的响声；最后，利用拾音器对声响进行扩大，即可获取准确的高压电力电缆接地故障位置。

4.4跨步电压法

跨步电压适合用于电缆接地故障类型的定位，一般用于低阻故障的电缆，因此适用范围窄。原理是加入高压电流使其对大地漏电，从而在故障点附近产生一个电场，越靠近故障点，电势的变化率就会越大。跨步电压的检测方法有两种：一是利用故障点正上方的跨步电压为0，在故障点两侧沿电缆走向跨步电压极性相反且达最大值的特征来对故障点定位。二是利用放电电流在故障点上方环形发散的特征，在不同方向分别寻找两个等电位点，2组等电位点连线的垂直平分线的交叉点就是故障点。

4.5电缆烧穿法

在对高压电力电缆接地故障进行查找的过程中，如果相关工作人员利用声波法以及声磁同步法进行实际操作时无法实现瞬间击穿接地点，那么就需要利用电缆烧穿法对高压电力电缆节点电阻进行适当调整。当高压电力电缆节点电阻降低时，相关工作人员再利用声波法或声磁同步法即可准确查找到故障点。该查找技术的工作原理主要是利用电缆烧穿仪器向发生故障的高压电力电缆发射高压小电流，这时高压电力电缆就会发生不间断地短路发热，从而促使外部绝缘热老化以及碳化程度更加明显，相关工作人员即可据此准确查找到高压电力电缆的故障发生位置。

结束语

总而言之，在高压电缆的使用中，针对高压电缆故障进行合理有效的定位是保障其安全运行的基础所在。目前，根据当前对高压电缆故障性质的分析和对故障发生原因的不断探索，不难看出目前的故障定位技术有极大的发展空间。考虑到电缆故障发生的具体类型，综合环境以及相对应的技术分析，就可以采取合理有效的定位方法，实现故障发生位置的测距以及对应的定位处理，让故障定位变得快速、准确、方便，同时避免停电以及修复带来的经济损失，最终提高供电的稳定性。

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