配网电缆故障点定位方法的探讨

国网襄阳供电公司 李志超 袁毕芳 孙剑

1 开展配网电缆故障点定位的必要性

伴随着我国城市化建设的脚步，城市用地的紧张以及架空线的安全性问题促成了电力电缆在城市供电网中110kV及其以下系统中应用日益广泛。电缆在运行过程中，随着系统扩容等因素的冲击以及种种其它原因，运行时间越久，故障会越来越频繁。发生故障后如果不能快速的检测出故障点的确切位置，对事故及时进行处理，及时恢复送电，将给电网和用户带来巨大的损失，也给市民生活带来不便。为了提高供电可靠性就必须以最短时间修复这些日益增多的电缆故障。然而电力电缆是埋设于地下的特殊输电线路,不便于直接观察发现故障点。因而如何迅速准确的判定电力电缆故障性质和故障点位置是及时修复电力电缆和提高供电可靠性的前提保证。

配网10kV电缆受条件所限，大多采用穿管直埋、分布广泛、10kV专线电缆长度更长，运行环境恶劣，相对110kV以上主网电缆一般采用专用电缆沟敷设、拥有较为良好的运行环境等天然劣势决定了一旦配网电缆发生故障，电缆故障点的排查将是一个更加艰巨的任务。而随着襄阳地区电缆专线正随着电缆使用期限的增加而逐步老化，由此引起的故障日益增多，如何选择合理的故障点定位方法便成为急需解决的课题。实际工作中随着供电可靠性要求的不断提高，对电缆故障抢修的时间要求越来越高，也要求探索出准确高效的电缆故障定位技术及合理的电缆故障点定位流程。

2 襄阳地区近年电缆故障情况分析

截止2014年10月，襄阳供电公司范围内仅城区配网有各类电缆线路近200公里，加上用户专线，10kV电缆总长近500km。电缆类型绝大部分为交联聚乙烯绝缘，铜芯聚氯乙烯护套电力电缆，大部分采用穿管直埋方式敷设，少部分采用电缆沟方式敷设。襄阳地区从2006年1月到2014年10月止共发生各类电缆故障49次，具体故障统计情况见表1。

表1 襄阳地区2010～2014年电缆故障统计表

由表1可见，随着经济的发展，电缆长度的增加及电缆的老化，电缆故障数也逐年增多。近年来发生的10次因安装施工工艺造成电缆故障中，电缆中间头故障共6次，电缆终端头故障4次，因电缆头长期在恶劣环境下老化而引起的故障3次。因用户原因造成的高压故障12次，用户侧故障多的原因一是由于用户设备管理不到位，设备管理方故障防范意识不强，尤其是土建施工地段易误挖电缆造成电缆故障。

配网电缆多采用直埋电缆的方式敷设，运行条件受直埋通道周边环境影响很大，电缆故障率较高，故障查找困难。只有了解了电缆故障的类型，通过综合分析故障象征、变电站保护动作情况、线路的走向及周边环境，判断出故障性质，选择合适的测试方法，才能快速、准确的找到故障点，为有效缩短电缆线路故障停电时间提供保障。

3 现行电缆定位方法的比较

电缆线路故障测试的方法一般包括故障测距和精确定点。一般来说，电缆终端头故障，和外力破坏故障精确定点较简单，电缆本体和中间头故障精确定点较难。根据测试仪器和设备的原理大致分为电桥法和脉冲法两大类，其特点如下。

3.1 高压电桥法

高压电桥法是一种根据电桥原理，利用电缆导体戒金属屏蔽电阻均匀，与长度成比例的特点，通过电桥原理得到故障点的位置比例。它的优点是操作简单，精确度较高。因为施加直流，不会衰减，不需要很高电压。对于高阻击穿，无需烧穿，可以直接定位。特别是用于进水的电缆本体故障及稳定性高阻故障，非常方便。只要有5mA稳定电流通过，即可获得2m的定位精度。用于护层定位，对护层烧蚀少，便于修复。

图1 高压电桥法原理图

高压电桥法主要不足之处是定位点为电缆线路全长百分比，对电缆初始资料要求较高，对资料缺失的电缆线路误差较大。此外，电桥法有无法定位断线故障，在发生三相短路故障时需辅助电缆的缺点（见图1）。

3.2 脉冲法

脉冲法是应用脉冲信号进行电缆故障测距、定点的测试方法。是向故障电缆的导体输入一个脉冲信号，通过观察故障点发射脉冲与反射脉冲的时间差进行测距。低压脉冲法具有操作简单、波形直观、对电缆线路技术资料的依赖小和对电缆损伤小等优点。

脉冲法主要缺点是：对电阻大于100kΩ的短路（接地）故障，因反射波衰减较大而难以观察；由于受脉冲宽度的局限，低压脉冲法有测试盲区；不适合闪络型电缆故障。部分仪器接线复杂，有定位盲区。波形不典型时很难判别故障点。高压电缆绝缘缺陷点，钢带铠装低压电缆，PVC电缆介质损耗大，对脉冲信号衰减明显，无法定位。电缆长度过短时，无法定位。一些高阻击穿点在冲击电压下无法击穿，也难以定位（见图2）。

图2 部分情况下波发射法定位困难的原因

表2 现行电缆定位方法的比较

4 典型配网电缆故障定位案例介绍

简单介绍襄阳地区近年来发生典型的配网电缆故障点定位的过程、方法，通过分析比较采用方法及效果，总结配网电缆故障点定位的经验教训。

4.1 彩诚投资10kV专线电缆故障点定位过程介绍

2014年4月，襄阳供电公司运维部门接彩诚投资报修电话称电缆故障。鉴于10kV襄阳彩诚投资公司电缆专线为新建专线，仅仅投运不足一个星期，初步判断故障原因为外力破坏，在第一时间组织人员对电缆专线巡线后，迅速发现被挖掘机外力破坏的故障点及肇事挖机，此次故障点定位耗时仅15min左右。

4.2 老邮政局10kV专线电缆故障点定位过程介绍

2013年5月，老邮政局10kV电缆出现单相接地故障。此电缆为20世纪90年代初襄阳市区第一批交联聚乙烯电缆，采用直埋方式敷设，运行环境较为恶劣，在长时间超负荷运行后电缆绝缘击穿。因为击穿点进水，脉冲电压难以形成闪络击穿，造成波发射法无法准确定位。此种类型故障本应采用高压电桥法进行，但由于该电缆投运时间长，电缆初始资料不能满足高压电桥法测试精度要求，此次故障定位不得已采用耗时耗力的用高压发生器击穿残余电阻，再采用波反射法来定位故障点的方法进行。此次电缆故障定位耗时10h左右。

4.3 红星广场10kV专线电缆故障点定位过程介绍（见图3）

2014年9月，在进行红星广场10kV电缆专线交接电气试验时，发现该电缆A相无法承受交直流耐压试验，但绝缘电阻约7MΩ，且随电压变化小。该故障为典型高电阻接地，冲击电压无法击穿，因此传统波发射法无法定位。施工班组选择采用高压电桥法进行测试后，测得故障点在电缆全长的18.7%处。因电缆资料详尽、准确，经计算后判明该电缆线路一电缆中间对接头为故障点。经巡视后发现果然此电缆对接头因制作工艺不达标并且电缆对接井长时间浸泡积水导致击穿。此次故障定位耗时约2h。

图3 红星广场10KV专线电缆故障点

综合对比以上三起典型配网电缆故障点定位案例后，不难得出如表3所示的结论。

5 结束语

随着经济的发展和对电网可靠性要求的提升，电缆专线会成为电网中越来越重要的部分，电缆专线所具有的自身特点决定了电缆如果发生故障寻找电缆故障点会相当困难。而国内对于电缆故障定位的技术及流程都在摸索阶段，尚无统一的电缆事故处理规范。探索出准确高效的电缆故障定位技术及合理的电缆故障点定位流程是目前迫切需要的。

电缆故障首先根据故障电缆线路保护信号来判断电缆故障的类型，由于制造缺陷而造成的电缆故障是不多的，分析了解可能造成电缆故障的原因，对寻找电缆故障点是很有帮助的。例如，通过测距知道了电缆的故障距离，而在对应位置上，发现近期进行过城建施工，就可以怀疑为在施工的过程中损伤了被测电缆而引起了故障，往往不需要费很大功夫，就能很快地对故障进行定点。

表3 典型配网电缆故障点定位案例比较

一般情况下，电缆故障主要集中在单相接地故障和相间短路（接地）故障，电缆线路断线故障发生较少。根据电缆故障性质的判断结果，采用相应的测试设备对电缆故障点进行测试，才会起到事半功倍的效果。实践表明，运行中形成的击穿，往往残压电阻均较低，因为在中间接头内部戒击穿通道进水，很可能难以形成闪络击穿。使用电缆故障定位智能电桥定位，往往不需烧穿，5kV电压下即可顺利完成定位。竣工试验中形成的击穿，往往呈闪络型击穿。就测试方法而言，高压电桥法和波反射法各有所长，合理的选择测试方法也是电缆故障定位成功与否的关键因素。

最后，配网电缆故障点定位效率的提升不仅仅需要技术设备的提升，更需要对电网管理得不断提升。电力部门作为运行管理部门，应全面掌握电缆品种、长度、电缆的敷设状况、电缆的路径走向、电缆的接头数量和位置、电缆投运时间、电缆的故障历史记录、周围的施工状况等电缆详尽的初始资料，才能第一时间对电缆故障做到准确判断。

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