地埋电缆故障定位查找方法分析

刘 斌，朱 杰，刘丽洁，马林生，牛光辉

(国网安徽省电力公司阜阳供电公司，安徽 阜阳 236000)

地埋电缆故障定位查找方法分析

刘 斌，朱 杰，刘丽洁，马林生，牛光辉

(国网安徽省电力公司阜阳供电公司，安徽 阜阳 236000)

针对地埋电缆发生故障后难以处理的问题，分析了故障类型与产生原因，详述了故障查找步骤、判断依据及各类查找方法的工作原理;通过波形图进行原理分析，并结合实例对查找方法进行了论证，完善了整个故障查找程序，提高了工作效率，保障了供电的可靠性与稳定性。

地埋电缆；原理分析；故障定位；故障查找

0 引言

目前，在城市配电网中，为了减少电杆与架空线路对城市土地与空间的占用，地埋电缆线路的应用越来越多。地埋电缆虽可减少倒杆、断线、雷击等事故的发生，但由于被埋于地下，当其发生故障后无法直接找出故障点位置，加大了故障处理的难度，给电网的检修人员带来一定的麻烦。

1 地埋电缆故障的原因

地埋电缆故障类型主要分为低阻接地、高阻接地、线芯对屏蔽层或钢铠短路和断路、相间短路以及闪络性故障等。

地埋电缆发生故障的原因比较多，主要有人为因素和自然因素2种：

(1) 人为因素主要包括外力破坏、附件制造质量不合格、敷设施工质量不良等；

(2) 自然因素主要包括电缆超过寿命周期和绝缘老化变质，一般情况下，低压电缆在运行5-8年后，高压电缆在运行8-15年后，开始出现绝缘老化现象。

以上故障原因最终导致电缆主绝缘下降，形成电击穿或热击穿等。为了保障用户可靠、稳定用电，需要快速查找地埋电缆故障原因并及时进行处理。

2 地埋电缆故障定位的步骤

电缆故障定位的基本步骤分为故障性质判断、故障测距和故障定点3步。

2.1 故障性质判断

当地埋电缆发生故障后，断开故障电缆两端与设备的连接，并断开故障电缆两端的接地，用绝缘电阻测试仪与万用表测量电缆相与地、相间的绝缘电阻值。若电阻值不大于200 Ω，则为低阻故障；若大于200 Ω，则为高阻故障；若为无穷大，则为开路故障。当这些测试均无法判定故障性质时，应对电缆进行耐压试验，判断是否有闪络故障。

2.2 故障测距

判断出电缆故障性质之后，对电缆故障进行预定位，即故障测距。故障测距主要方法有电桥法与脉冲法2种。电桥法包括传统直流电桥、压降比较法和直流电阻法；脉冲法包括低压脉冲法、脉冲电流法、多次脉冲法和脉冲电压法等。在目前的使用方法中，脉冲法应用最为广泛，因此主要对该方法进行分析。

2.2.1 低阻故障测距

若为低阻故障，则采用低压脉冲法。测试时向电缆注入一低压脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点，如短路点、故障点、中间接头等，脉冲产生反射，回送到测量点被仪器记录下来，脉冲反射原理如图1所示。从仪器发射脉冲开始计时，到接收到故障点的反射脉冲共需时间Δt，脉冲行波传播速度为V，则故障点距离Lx为：

其中，开路故障反射脉冲与发射脉冲极性相同；而短路故障的反射脉冲与发射脉冲极性相反。因此，通过识别反射脉冲的极性，可以判定故障的性质。反射脉冲波形如图2所示。

图1 脉冲反射原理

图2 反射脉冲波形

2.2.2 高阻故障测距

若为高阻故障，故障点绝缘电阻大于200 Ω，则故障点的反射系数很小，无法分辨反射脉冲，因此低压脉冲法无法对高阻故障进行测距。此时需使用高压发生器向故障电缆施加高压，击穿故障点，通过瞬间放电的电火花使故障点变为短路故障，并维持几μs至几百ms，在故障点和测量端之间同时自动产生来回反射波形。通过测量相邻2次来回反射波形的时间Δt，再根据公式(1)，便可计算出故障距离。

2.2.3 闪络故障测距

采集放电脉冲信号有2种方法：电压取样和电流取样。采用电流取样即为脉冲电流法时，波形较易识别，因此经常被使用。脉冲电流法又可分直闪法和冲闪法，直闪法主要用于闪络故障，即故障点绝缘电阻极高；冲闪法用于故障点电阻不是很高的情况。

直闪法工作原理如图3所示，其中：T1为调压器，T2为高压变压器(容量应在1 kVA左右)，VD为高压硅堆，C为高压储能电容器(容量在2 μF以上)，L为电流耦合器。调节T1调压器，逐渐升高输出电压，直至击穿故障点。

图3 直闪法工作原理

冲闪法原理如图4所示，与直闪法基本相同，区别在于在储能电容C和电缆之间串入一球间隙G。调节T1调压器对电容C充电，当电容电压上升到一定程度时，球间隙G击穿，电容C对电缆放电。由于电容的内阻极小，输出电压将能足够高并击穿故障点。

图4 冲闪法工作原理

多次脉冲法相当于低压脉冲法与脉冲电流法的结合，它是向电缆施加高压使得故障点击穿产生电弧，电弧的交流电阻很低，可认为是一个低阻短路故障。采用一定的技术手段可使电弧延续时间大幅度延长并稳定，在电弧延续时间内，向电缆发送低压脉冲，故障点处的电弧将把脉冲反射回测量端，其波形类似于低压脉冲法的低阻故障波形，波形如图5(a)所示；在电弧熄灭后，故障点恢复到高阻状态，再向电缆发射一次低压脉冲，将得到一个电缆末端开路的反射波形，波形如图5(b)所示；将2个波形同时显示，在故障点处会出现明显差异，可很容易地判断并测量故障距离，波形如图5(c)所示。

2.3 故障定点

测出电缆故障的距离后，需精确定位故障点。常用的故障定点方法有磁场感应法、声测法、声磁同步法和跨步电压法。

图5 多次脉冲法波形

2.3.1 磁场感应法

主要用于绝缘电阻小于10 Ω的低阻故障。向故障电缆发射1 kHz的音频电流信号，此时线芯通路周围会感应出磁场信号，磁场信号在故障点时达到最大，经过故障点后会突然减弱，以此判断故障点位置。该种方法还可以用于电缆路径的探测。

2.3.2 声测法

利用故障点被击穿放电时伴有放电声音，放电声音最大处正是故障点正上方的原理来定位故障点。此种方法需给故障电缆施加高压让其形成放电，故适合于开路故障、高阻故障和闪络故障。

2.3.3 声磁同步法

利用故障点击穿放电时，在故障间隙产生机械振动并传到地面的特点，结合声音与磁场信号共同判断故障点。此方法适合于开路故障、高阻故障和闪络性故障。

2.3.4 跨步电压法

在故障点附近，电流从护层破损点向各个方向流入大地，在地面上的任意2点间形成电位差，即跨步电压的原理，通过检测跨步电压的强度和方向，以确定故障点的位置。

3 实例分析

某环网柜一出线柜至1号杆的地埋电缆发生接地跳闸事件。该段故障电缆总长约890 m，中间有1处接头，电缆从环网柜开始穿管进入地下，一直到达1号杆，然后上杆接到开关处。对该故障电缆进行绝缘电阻测量，其结果如表1所示。

表1 故障电缆相对电阻值 kΩ

根据表1的测量结果，可判定该接地故障类型属于A，C 2相对地高阻接地，故可使用脉冲电流法进行高阻故障测距与定点判断。使用脉冲电流法中的冲闪法进行故障点距离测量，通过在环网柜端加压，利用手动放电方式，给电缆加瞬时高压，信号从接地点返回，以测量出接地点的大概距离。对于正常B相，所测得的长度约为892.5 m，波形如图6所示。对于故障A，C 2相，故障点距环网柜约816 m，如图7所示。

图7 故障A，C 2相波形

根据所测故障点大概位置，利用跨步电压法进行了精确定点，然后进行开挖，找出了故障位置。其故障现象如图8所示。

图8 现场故障点

最后对故障点进行处理，并对该段处理后的电缆进行绝缘电阻测试，其结果如表2所示。

表2 处理后电缆相对电阻值 GΩ

由表2及以上分析可知，通过以上方法可以精确地查找出故障位置。故障消除后，电缆线路恢复正常。

4 结论

通过对地理电缆故障定位查找步骤、方法原理以及实例的分析可知，以上所述的电缆故障查找方法可以快速、准确地进行故障判断与定位，有效缩短了电缆故障的查找时间，以及时处理故障、提高工作效率，保障了供电的可靠性与稳定性。

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3 赵荣昌．查找电力电缆故障的方法和体会[J]．广东输电与变电技术，2005，17(2)：67-69.

4 徐党国，郭东升．电缆故障定位技术[J]．国际电力，1998，2(2)：43-45.

2016-09-19。

刘 斌(1987-)，男，工程师，主要从事电力设备的检修维护工作，email：liubin4180@163.com。

朱 杰(1977-)，男，工程师，主要从事电力设备检修、试验和保护工作。

刘丽洁(1979-)，女，工程师，主要从事电力设计工作。

马林生(1987-)，男，工程师，主要从事变电设备检修工作。

牛光辉(1988-)，男，工程师，主要从事电力设备计量、信息采集工作。