基于多次脉冲法的电缆故障精确定点和埋设路径探测方法

吴兴广

基于多次脉冲法的电缆故障精确定点和埋设路径探测方法

吴兴广

（广州市兴日科技有限公司）

相较于二次脉冲法，多次脉冲法在故障点形成多次反射波，补偿脉冲波形的丢失，使测试人员更易于从不同类型的反射波形中判断电缆故障类型。介绍一种基于多次脉冲法的电缆故障精确定点和埋设路径测量方法，可在多次脉冲电缆故障定位系统预定位的基础上实现故障点精准定位和电缆埋设路径精确探测。该方法波形更易识别，不仅减少现场测试人员对以往经验的依赖，还减少由相似经验对现场故障造成的负面影响。

电缆；多次脉冲法；电缆故障定点；埋设路径探测

0 引言

随着城市电网改造工程的推进和供电网络的不断增多，考虑到城市景观及供电安全，电力部门正逐步放弃架空电线的布线方式，而采用埋地铺设电力电缆的电网布线方式。电力电缆因具有供电可靠性高、不占地面空间、寿命长和安全性高等优点[1]，在电网建设、改造中的应用日益增多。但电缆深埋地下，表皮易被土壤腐蚀而造成屏蔽层对地短路，进而发生闪络击穿；基建施工过程，地下电缆有被误切断的可能；鼠患严重地区可能发生电缆被鼠类咬断的情况。电缆故障影响供电区域生产生活的情况时有发生，而地埋电缆隐蔽性较强，不易快速找到故障点。因此，研究一种快速精确定位电力电缆故障点的方法，对于保证地埋电力电缆网络正常供电、保障正常生产生活秩序非常必要。

1 多次脉冲电缆故障定位系统工作原理

多次脉冲法是在高压闪络法中高压击穿并使故障点放电这一现象的基础上提出的[2]。多次脉冲电缆故障定位系统的原理：利用高压冲击发生器的高压冲击使故障点放电，形成短时弧接地；控制低压测量脉冲在故障点燃弧短路状态下形成短路弧反射；比较参考波形和故障波形，分析故障点距离。该系统适用于35 kV级及以下的低压电缆的故障定位；若结合其他辅助工具，亦可定位110 kV级别的地埋电缆故障。相比其他电缆故障定位方法，该方法优点：1）可探测的电缆故障类型更广泛，包括对地短路、对地高阻泄漏和断路等其他方法难以准确定位的故障；2）无需击穿电缆高阻，在输出高压击穿脉冲的同时发出16个探测脉冲，在打通短路回路的瞬间进行探测。当高压脉冲消失时，即使故障点恢复到高阻状态，也不影响测量效果。现场测试人员可从仪器储存的波形中挑出最易判断的波形，根据波形判断故障点到波形发射端的物理距离。

多次脉冲电缆故障定位系统框图如图1所示，主要包括高压发生器、高压输出线、系统接地线和电缆故障测试仪等部件。

图1　多次脉冲电缆故障定位系统框图

2　电缆故障精确定点

利用多次脉冲电缆故障定位系统测量电缆测量端至故障点的长度称为预定位；确定故障点准确的地面位置称为精确定点[3]。

2.1　电缆故障精确定点原理

电缆故障精确定点利用声磁同步原理：在地埋电缆一端施加脉冲高压，使其故障点产生放电电弧，放电电弧产生电磁波和振动声波——声磁信号，同步接收声磁信号；根据接收到的电磁波和振动声波的时间差，采用数字方式转换接收机定点探头至故障点的直线距离；同时，沿电缆埋设路径，依据探头接收到的声波，利用耳机判断故障点放电振动声音大小，由于故障点正上方的振动波声音最大，故可准确判断故障点的精确位置[4]。

多次脉冲电缆故障定位系统实现故障精确定点，需要保证以下相关技术指标：

1）控制单元必须准确触发脉冲发生器，使测量脉冲发出时间合适、准确；

2）高压冲击发生器的输出电压、冲击能量以及输出脉冲电压、直流电压是重要技术指标，多次脉冲法能有效定位故障的前提是击穿故障点，冲击能量是电压击穿后，故障点放电状况的决定因素，即放电的维持时间、精确定点时的放电声音等；

3）合适的脉冲记录仪及采样频率是实现电缆故障精确定点的必备条件，特别是采样频率决定了故障预定位精度。若脉冲记录仪采样频率为400 MHz（周期为0.0025 μs），测量脉冲在电缆中波速度为80 m/μs，一个采样周期内测量脉冲运行的距离为0.2 m，该距离长度也是定位精度。0.2 m定位精度已是电缆故障精确定位，该定位精度已可以准确找出故障点并开展抢修。电缆故障定位精度由采样频率决定，所以采用采样频率较高的脉冲记录仪是实现电缆故障精确定点的关键。

2.2　电缆故障精确定点操作方法

电缆故障精确定点过程操作示意图如图2所示。首先，利用高压变压器在电缆一端施加冲击高压，使故障点产生放电电弧；现场测试人员手持数显声磁同步定点仪接收机及定点探头，在电缆故障测试仪初测的故障点附近接收故障电缆放电点的放电电弧振动声音和电缆辐射的电磁波；数显屏上显示读数最小、振动波声音最大点，即为电缆故障点的精确位置。

图2　电缆故障精确定点过程操作示意图

3　电缆埋设路径探测

寻找地埋电缆的埋设路径，是电缆故障测试的一个重要环节[5]。

3.1　路径探测原理

本文利用电缆辐射的路径信号电磁波和磁性天线的方向性来完成埋地电缆路径探测。

电缆路径探测前，断开电缆始端接地系统的接地编织线，并保证被测电缆终端接地线可靠接地。在电缆始端处，路径信号产生器的信号输出电缆芯线夹在电缆编织线上，接地线夹在系统地上，路径信号产生器与电缆连线示意图如图3所示。

图3　路径信号产生器连线示意图

打开路径信号产生器电源，对电缆施加经过音频调制的15 kHz电流信号，沿被测电缆路径上方将出现路径信号电磁波辐射。用数显同步定点仪接收机接收15 kHz电流辐射的电磁波。经放大、解调后还原出音频信号并送至耳机，依据耳机声音大小变化，利用谷值法原理，垂直于地面的磁性天线在电缆正上方接收到的电磁信号最弱的位置即为地下电缆埋设位置。将地面上探测到的电磁信号最小点连接起来，可准确判断出电缆埋设路径。

3.2　峰值法探测路径

在地埋电缆一端施加15 kHz电流信号，利用路径探测接收机在电缆上方探测电缆电流信号，耳机可监听到调制的断续声波。

采用峰值法探测路径时，接收机的探测磁棒轴线平行于大地，且探测磁棒轴线和电缆埋设方向正交，探测磁棒接收电缆发出的水平电流磁场（磁力线）分量。峰值法路径探测原理图如图4所示，当探测磁棒偏离电缆正上方时，电缆发出的环状磁力线的水平分量减小，且随探测磁棒逐渐远离被测电缆，听到的声音也逐渐变小；探测磁棒位于电缆正上方时，听到的声音最大，向被测电缆两边移动声音逐渐减小。最大声音点下方即为电缆埋设路径。

图4　峰值法路径探测原理图

3.3　谷值法探测路径

在地埋电缆一端施加15 kHz路径信号，利用耳机监听15 kHz调制的断续声波。

采用谷值法探测路径时，接收机的探测磁棒轴线垂直于大地，探测磁棒接收电缆发出的垂直电流磁场（磁力线）分量。谷值法路径探测原理图如图5所示，当探测磁棒在电缆正上方，电缆发出的环状磁力线的垂直分量为零，听到的声音最小，随着探测磁棒偏离电缆正上方，磁性天线接收到的磁力线垂直分量增加，探测磁棒接收到磁力线垂直分量增大，听到的声音变大；随着偏离电缆距离的增加，磁力线变弱，声音变小。最小声音点（哑点）下方即为电缆埋设路径[6]。

图5　谷值法路径探测原理图

3.4　电缆埋设深度测量

通过谷值路径探测法探测到线缆埋设路径后，延埋设路径移动定点仪，当听到音量最小点时，根据等腰直角三角形两直角边相等的原理，即可测量故障点距离地面的垂直距离。

4　结语

利用多次脉冲法在故障点形成多次反射波的特性，使现场测试人员能更快、更准确找到最佳反射波，测量故障点距离发射点的物理距离。为后续精确定点和故障点垂直地面距离测量创造条件，降低测试人员对经验的依赖，且无需配置延弧设备，具有便携性。本文介绍的基于多次脉冲法的电缆故障精确定点和埋设路径探测方法，从根本上提高地埋电缆现场故障判断的精准率，缩短抢修时间，为电网安全可靠运行提供有力保障。

[1] 王射林.电缆故障的精确定位技术探究[J].工程技术研究,2017(9):58,60.

[2] 吴健,唐辉,师鸿亮,等.浅析多次脉冲法在电缆故障测距中的应用[J].企业技术开发,2013,32(7):17-19.

[3] 吴喜玉.电力电缆故障快速定位新技术研究[J].贵州电力技术,2015,18(5):69-72.

[4] 张贵军.厂区10kV电力电缆改造工程研究[J].工程技术研究,2017(1):227-228.

[5] 荆克,解扎.高压电力电缆故障定位技术探讨[J].吉林化工学院学报,2013,30(1):49-51,54.

[6] 王键.电力电缆的故障分析及检测方法[J].集成电路应用, 2019,36(1):51-52.

Accurate Location and Buried Path Detection Method for Cable Faults Based on Multiple Pulse Method

Wu Xingguang

(Guangzhou Xingri Technology Co., Ltd.)

Comparing with 2 plus testing method, multi-plus testing can give several reflect plus, which can compensate lost plus or wrong plus. Operator can judge the fault type of cable more easily, and do not rely on former experience. We introduce a method that can locate the fault point of cable, which is based on multi-plus locating system.

Cable; Multi Plus; Cable Fault Locating; Buried Path Detection

吴兴广，男，1971年生，硕士，助理工程师，主要研究方向：高压测试仪器研发。E-mail: 1479261723@qq.com