地铁电力电缆故障测寻方法分析与体会

邓育健

（广州地铁集团有限公司，广东广州510000）

0 引言

随着广州地铁线网的迅速发展，电力电缆的数量越来越多，发生电缆故障的可能性也越来越大。以二号线瑶台主所为例，其从供电局引至所内的两回110 kV专线电缆长达10 km，一旦出现故障将影响多条线路的用电，快速、准确地查找故障点，成为地铁电力电缆管理的迫切需要。电力电缆故障探测是一项技术性比较强的工作，需要技术人员掌握探测的原理和方法，并具有一定的工作经验。而对于电力电缆故障，一般难以用预防性试验进行预测，因此常以故障维修形式进行处理，且必须采用专门的仪器和方法进行诊断，主要步骤是先判断故障性质，再选择相应的方法进一步检查，精确测定故障点。对于一般的高阻故障，常用二次脉冲法进行故障定位。

1 二次脉冲法的实例应用

2015年5月15日，广州地铁河南主所赤河乙线故障，监控信息显示110 kV赤河乙线零序过流Ⅱ段、距离Ⅱ段保护动作，B相故障，开关跳闸，纯电缆线路重合闸未投，一次故障电流16.964 kA，录波测距3.185 km，保护测距1 km，赤沙站、河南站一/二次设备无异常，受影响车站电力负荷短时停电切换。现场绝缘对线路的三相绝缘电阻测试结果为：AC相电缆绝缘正常（A相电缆绝缘16 GΩ，C相电缆绝缘31.1 GΩ），B相电缆绝缘异常（B相电缆绝缘21.2 kΩ）。判断是B相发生髙阻接地故障。

由于是髙阻接地故障，技术人员决定使用XF28-1960V.4电缆故障定位系统进行处理，其检测方法为二次脉冲法。根据电缆长度选定测量范围档位“8 km档”，先使用低频脉冲对电缆全长进行测量，并以之为根据调整波速。根据工程经验，交联聚乙烯电缆的推荐波速为86.1 m/μs，用此波速测量电缆全长为5 km，与现场实际长度5.025 km基本一致。因此，使用此波速对电缆进行二次脉冲测试。

二次脉冲法是第二代波反射法技术的代表，通过对电容器进行充电提高电压，当电压增大到某一值时，与电容器相连的球面间隙则会发生击穿发电，高电压将直接施加到线芯及屏蔽之间，在该电压幅值大于故障点的击穿电压时，高压脉冲把故障点击穿形成燃弧，在燃弧的同时，仪器再发出一个低压脉冲，通过测量此低压脉冲在电弧点的反射时间，计算出仪器到故障点的距离。在电缆内阻抗变化的位置上如电缆故障处和在中间接头上以及分路接头上均会形成反射波，反射波的大小取决于阻抗变化的程度，其计算公式如下：

反射（%）=（Z2-Z1）/（Z2+Z1）×100%

式中，Z2为新的阻抗值；Z1为先前的阻抗值。

发生短路时，Z2远小于Z1，因此反射率为负值，脉冲信号倒转180°，出现负脉冲。通过反复测试，以低压脉冲的波形为标准，可以看出在故障点会有明显的下降波形，现场测距为2.9 km，如图1所示。

图1 故障点的负脉冲波形

2 故障点精确定位分析及验证

根据冲击波形分析，故障点约距离赤沙站2.9 km。因为测量波速度的匹配程度和仪器测量误差，再加上路面未发现施工及明显路面损害，所以必须进一步进行故障测听查找。故障测听是通过对故障电缆施加高压脉冲（使用前面仪器），在故障点处产生击穿，击穿点放电的同时对外产生电磁波同时发出声音，再使用声音检波器进行测听。

经过多次测试对比及波形的仔细分析后，变电人员根据定位距离到220 kV赤沙变电站沿途进行测听，逐步缩小故障搜索范围，而沿线均为马路面，因此选择深夜时分进行作业。然后定位到放电声音最清晰的地点位于新滘东路315西往东方向（明民汽车维修部侧红绿灯停车处）附近，对照图纸确定该处为5号接头井上方，初步确定故障点位置。在对疑似故障点进行开挖后，发现B相接头外壳破裂，有明显的放电痕迹，最终确定故障位置。

对电缆头送外分析，结果为放电击穿，原因为环氧浇注体与中央铝电极的界面存在缺陷，并经历了长期的热胀冷缩过程，两者共同导致界面条件劣化，出现局部放电，最终发生击穿，界面缺陷为产品个体偶然制造缺陷的可能性较大。

3 查找的经验和体会

（1）选用正确的波速。如果波速设定与电缆不匹配，将严重影响定位的准确性。一般先用低压脉冲法测出正常相的电缆全长（如线路较长可使用到某个中间接头的距离），跟已知的实际长度比较，在理论值附近进行波速校准，再进行二次脉冲测试。在条件允许的情况下，更宜在对侧电缆终端上重复测试，通过比较以获得更准确的结果。

（2）选择合适的冲击电压，重复多次测试。在高压脉冲到达故障点后，故障点击穿有一定的延时，随着电压的升高，延时将减少，而到了一定电压后，延时基本不变。因此随着冲击电压的升高，反射时间会缩短，计算所得的故障距离越来越短，在电压升高到某个值后，故障距离基本不变，此时的测距更有参考价值。另外，对于高阻接地的情况，故障点在经过反复的高压脉冲击穿后，会变得越来越容易击穿，即延时会越来越短，因此应重复多次测试，减少误差。如在本次故障中，由于故障相的绝缘电阻较高，经过数十次的冲击后反射波形才趋于稳定。

（3）二次脉冲法与声磁同步法配合，获得精确的故障点定位。以本次故障使用的XF28-1960V.4电缆故障定位系统为例，其精度为选定测量范围的0.5%，而本次根据电缆长度选定测量范围档位为“8 km档”，即测量结果与实际至少存在40 m的误差，难以直接进行开挖。为进一步确定故障点，须使用声音检波器进行精确测量。通过麦克风和电磁线圈，声音检波器可以在一定范围内探测脉冲放电时故障点产生的声波和电磁波，经过内部处理，在面板上显示声音的大小和方位，以准确定位。但其受外部环境的干扰较大，在此次故障中，沿线均为厚实的沥青路面，埋深约1.5 m，声磁衰减大；另外，由于道路车流量大，严重影响放电声音的捕获，因此最终选在半夜进行探测，以获得较好的结果。

4 结语

电力电缆的故障查找发展已经较成熟，对高阻故障而言，二次脉冲法有着较理想的效果，但现场仍需结合电缆的实际运行情况和声磁同步法进行分析，才能精确定位，对操作人员的经验要求较高，在人为因素的影响下，有可能增加不必要的抢修时间。未来将结合电缆在线状态检测和在线故障诊断等技术，更有效地缩短故障修复时间。

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