一种改进的跨步电压法及其应用

王道龙，孙钦章，曾懿辉

(广东电网公司佛山供电局，广东 佛山 528000)

0 引言

某110 kV回路为架空和电缆混合的输电线路，某日B相发生故障，但重合闸不成功。经故障巡视和初步测量，判断为电缆线路存在故障。线路电缆部分总长1.3 km，故障时已运行5年，2个终端分别为塔上终端和GIS终端，并有2个中间接头。在塔上终端处测量B相缆芯对地绝缘电阻为350 Ω，属于低阻短路故障。通过对电缆故障点预定位，测得疑似故障点距塔上终端测试点约425 m。经现场核实，该点位于2号接头至塔上终端一段(见图1)，且处于某个十字路口中央。疑似故障点处的电缆采用顶管敷设，且发现电缆管附近有外单位的顶管施工，钻杆尚保留在地下，其方向与电缆顶管方向交叉，可能是导致此次故障的原因。

因此，不仅要对电缆故障精确定点，而且要对故障的原因进行分析，并确认是否是外单位顶管施工对电缆造成损伤引起的故障。

图1 故障电缆概况

1 传统的跨步电压法测试结果

由于该故障属于低阻短路，故选用跨步电压法进行精确定点。具体方法如下：在该电缆线路塔上终端的B相线芯注入具有一定幅值、宽度和间隔的直流脉冲，然后经故障点后流入大地。由于土壤存在地电阻，故以故障点为端点的射线上任意两点之间存在电位差，同一电位的所有点组成等位球面向远处传播。在地面上用2根金属测试棒和检流计组成信号接收器，当故障点正好处于2根测试棒的中点时，检流计的指示则为0，故可通过检测跨步电压的极性来确定故障点的准确位置(见图2)。

图2 跨步电压法原理

从终端塔脚到预定位点的电缆，除了疑似故障点附近一段是顶管外，其他部分均采用直埋敷设于槽盒中，距离地面约80 cm。在槽盒上方采用跨步电压法进行故障定位时，检流计的极性显示清晰，且幅度明显，均指向疑似故障点。但是在疑似故障点上方附近检测时，检流计指针几乎不发生偏转。经分析是因顶管敷设的电缆距离地面太深，再加上塑料管的隔断作用，使得地面难以检测到信号。

2 改进的跨步电压法

2.1 确定电缆故障点的位置

针对在故障点上方信号接收器无法检测到信号的问题，对原跨步电压法提出了如下改进措施：将2根金属测试棒用带绝缘外皮的金属导线代替，并将导线端部导体裸露一小段然后牢固绑扎于穿管器上；2个绑扎点即作为信号接收器的测试极，两极间保持一定距离，如图3所示。然后从故障线芯注入脉冲信号，将玻璃纤维穿管器深入电缆顶管内，并缓缓向前移动，同时观察检流计指针的偏转方向。

图3 改进的跨步电压法原理

将绑扎于穿管器的2个电极作为跨步电压测试电极，其条件是：电缆顶管内部充满水，使故障点的泄漏电流具有较好的传播介质；而根据现场实际判断具备上述条件。在穿管器逐步向顶管深处移动的过程中，观察到检流计的指针有明显摆动，且存在极性反向的点。通过不断前后移动穿管器，最终使检流计的指针指0，则此时穿管器上2个电极中点对应的电缆位置即为故障点或处于故障点附近。在顶管口对应位置的穿管器上做好标记，然后将穿管器抽出查看，通过测量标记点与2个电极的距离长度L1和L2，就可计算出故障点位置，故障点与标记点(即顶管口)的距离为：(L1+L2)/2。

2.2 确定故障点对应的地面位置

为确定故障点对应的地面位置，则需先获得顶管深度图。此图可通过液压传感器法获得，即将顶管内注满水，再将具备长度测量功能的液压传感器伸入顶管内，获取有限个采样点，通过传感器获得每个点的深度Hx，并读出其与顶管口的距离Lx。

根据第x-1个点确定第x个点的位置，如图4所示，该相邻两点间距为：Lx-Lx-1；方向为：

据此算法，利用采样的数据在Matlab软件中绘制出顶管深度图，如图5所示。

在图5中，由每个采样点的Lx，Hx，即可求出采样点投影到地面的点与顶管口的水平距离Dx，这三者之间成一一对应关系，如图6所示。从图6中即可读取故障点对的地面位置D。在本案例中，该点与预定位确定的疑似故障点相距约4 m，这是由于预定位确定疑似故障点时，并未考虑电缆顶管的弯曲度，所以确定的点并不精准。

图4 顶管深度图绘制方法

图5 Matlab软件的绘制顶管深度示意

图6 顶管曲线拟合

2.3 对定位结果的验证

根据上述改进的跨步电压法定位的结果，将该回路位于顶管内的一段电缆三相切断并拉出进行检查。经确认，跳闸的B相确实有大面积创伤，金属护套被削掉，绝缘被挤成碎末状，多股铜芯外露并断裂；而A，C 2相仅外护套有创伤，主绝缘尚完好，故而未发生跳闸。从B相外护套、主绝缘、铜芯呈现的形态，尤其是伤痕方向、铜丝偏转方向和尚未脱落的绝缘屑偏转方向完全一致，这说明电缆受到来自同一个方向的外力作用而损坏，即由该外单位顶管施工时遗留的钻杆所致。

3 结论与建议

在此次电缆故障的精确定位过程中，用改进的跨步电压法成功找到了位于顶管内部的电缆故障点，说明此种改进的跨步电压法适用于电缆故障点位于电缆顶管内的情形，有效解决了地面信号接收器无法检测到脉冲信号的问题。同时，也找出了电缆故障的原因，为认定事故责任提供了依据。此外，文中采取的顶管深度图绘制方法，也可以用于确定电缆顶管深度。相比基于电磁信号的管线深度测量方法，此法受到的干扰较小，准确度较高。

1 钟小乐．跨步电压法在查找电缆外护套故障中的运用[J].科技创新与应用，2012(8).

2 胡庆琬．使用MATLAB曲线拟合工具箱做曲线拟合[J].电脑知识与技术，2010(6).

3 周 辉，汪志刚，袁 晟．电力电缆故障测寻仪的使用[J].大众用电，2014(3).

4 许东升，田凤兰，赵 珩，等．电力电缆故障现场测距方法的研究与应用[J]．高压电器，2009(5).