10～110 kV 电缆线路故障探测方法研究

韦立坤，乔丕凡，王立勇，张 凯，张柏宗

（国网山东省电力公司潍坊供电公司，山东 潍坊 261000）

0 引言

随着城市建设的不断发展，10～110 kV 电缆线路以其占用空间小、运行稳定、环境适应能力强、美化市容、改善电力系统功率因数、降低供电成本等优点越来越受到城市规划者的青睐，但电缆线路故障探测难度大，在一定程度上制约了电缆线路的广泛应用。长时间的停电检修不仅对电力客户造成经济损失［1］，也给电网企业的健康运行带来了负面的社会效应，因此创新电缆线路故障探测工作方法，快速有效地进行故障诊断和定位具有重要意义。

文献［2］简述了10 kV 线路故障原因及故障查找中的全面搜查法、遥测法和仪器检测法。文献［3］对常见的电缆故障定位方法原理及优缺点进行了剖析。文献［4］详细分析和探讨了故障预定位和精确定位方法。文献［5］介绍了电缆故障的原因、性质和测距方法。目前的研究多集中在对电缆故障中某个环节的分析，如故障类型、测距方法或定位方法，缺乏对电缆故障探测过程完整、系统地研究分析。

简要介绍市区10～110 kV 电缆线路故障原因及分类，提出电缆线路故障探测四步工作法，即探测前准备、故障性质诊断、故障测距、故障定点，并对每个步骤进行详述，进而制定10～110 kV 电缆线路故障探测流程。以实际案例验证电缆故障探测方法的有效性，为今后此类故障的处理提供参考。

1 10～110 kV 电缆线路故障原因及分类

1.1 故障原因分析

在城市市区内10～110 kV 电缆线路故障有逐渐形成的，也有突然发生的，分为单一型和复合型两类，发生故障的原因也多种多样，常见的故障原因可以分为以下几类［6-8］：

1） 附件制作工艺不达标。电缆附件包括中间接头和电缆终端，用于连接电缆与电缆、电缆与其他电气设备或架空线路，是最容易发生故障的部件。电缆附件的制作工艺不达标直接影响到电缆线路的运行质量和使用寿命，安装人员水平不足（不了解部件性能、剥切尺寸不满足要求、密封或接地安装不合格等）、现场安装环境差（温度过高、湿度过大、有灰尘等）均会导致电缆附件制作工艺不达标。

2）过程施工不规范。在电缆敷设过程中，施工不规范会导致电缆本体受损或运行条件变差，导致电缆在运行过程中发生故障。例如：施工队伍未按要求放置滑轮、输送机、牵引机会造成电缆在地面拖行、转弯处的弯曲半径过小等问题，损伤电缆外护套，甚至破坏到电缆的内部结构，致使电缆使用寿命缩短；施工过程中未对电缆两端进行有效的密封处理，会导致潮气、水分进入电缆内部，运行一段时间后引发电缆本体绝缘故障。

3）本体质量不过关。生产商在电缆生产过程中对产品质量管控不严格，导致电缆绝缘层中有气泡或杂质、内外屏蔽有突起、交联度不均匀等缺陷。电缆在运行过程中电场强度分布不均匀，造成电缆绝缘破坏，随着运行时间的增长，最终导致电缆绝缘击穿故障。

4）外力破坏。外力破坏是外部力量对运行中电缆线路造成的破坏，通常是因为施工方案交底不严、施工方暴力施工、交通事故或自然灾害（如地震、洪水、台风、泥石流等）导致电缆通道坍塌等原因造成的。

1.2 故障分类

10～110 kV 电缆线路发生故障后，其故障点可用图1 所示电路来等效，其中：Cf为局部分布电容，Rf为绝缘电阻，G 为击穿电压Vg的击穿间隙。不同的故障情况下，上述3 个数值变化很大，并且互相之间没有必然联系［9］。

电缆线路故障可分为断线故障、低阻故障、高阻故障、闪络性故障四类，其绝缘电阻和击穿情况如表1 所示［10］。

表1 电缆线路故障分类

2 10～110 kV 电缆线路故障探测流程

10～110 kV 电缆线路故障探测流程如图2 所示，主要包括：探测前准备、故障性质诊断、故障测距、故障定点。

图2 10～110 kV 电缆线路故障探测流程

2.1 探测前准备

10～110 kV 电缆线路故障查找人员在进行电缆探测前应完成以下准备工作：

1）提前掌握故障线路的相关设计、运维、检修资料，包括通道类型、路径信息、电缆走向、电缆路面标识、线路长度、中间接头位置信息、临近线路运行情况等。

2）配备适当的测量仪器并检查合格，夜间探测应配备足够的照明，恶劣天气条件下准备好必要的个人防护用品和安全工器具，现场作业前须按要求做好相应的安全措施。

2.2 故障性质诊断

10～110 kV 电缆线路故障性质诊断，即借助绝缘电阻表、万用表等仪器仪表确定电缆线路的故障类型，为探测人员选择合适的电缆故障测距和定点方法提供依据，是电缆故障探测工作的基础。主要分为以下几个步骤：

1）导通试验，根据相接地、相不接地时的导通情况进行初步判断，分为相接地不导通类、相不接地导通类、导通正常类。

2）测量绝缘电阻，使用绝缘电阻表对各相分别进行测量。

3）若相接地不导通类中绝缘电阻值为无穷大或正常，则该相为断线故障。

4）若相不接地导通类中绝缘电阻值远小于正常值，用万用表进行进一步精确测量，如果测量阻值小于1 kΩ（或根据使用的设备自行规定），则判断该相为低阻故障；反之，为高阻故障。

5）若导通正常类中绝缘电阻值为无穷大或正常，则进行直流耐压试验，若直流耐压试验击穿，则判断该相为闪络性故障；反之，则该相无故障，为完好相。

2.3 故障测距

10～110 kV 电缆线路故障测距，即借助低压脉冲法、脉冲电流法、二次脉冲法等方法判断故障点离探测点的距离，确定故障点的大概范围，为最终故障定点提供助力。

在进行故障测距前，首先应用低压脉冲法测量电缆全长，再根据故障类型选择合适的测距方法进行测量。不同性质的故障采用的测距方法有所不同，如表2 所示。

表2 10～110 kV 电缆线路故障测距方法

2.4 故障定点

10～110 kV 电缆线路故障定点，即为基于故障测距结果，借助声测定点法、音频感应法、声磁同步法等方法对电缆故障进行精确定点。根据故障类型选择合适的定点方法进行精确测量，如表3 所示。得到电缆线路故障探测作业现场流程如图3 所示。

表3 10～110 kV 电缆线路故障定点方法

3 案例分析

2019 年8 月13 日，某10 kV 电缆线路发生故障停电，探测人员在了解该条电缆的路径走向、长度规格及相关运行历史等资料后，对该条电缆线路进行故障探测。

3.1 故障性质诊断

对故障电缆线路进行导通测试、绝缘电阻测量及直流耐压试验，试验结果如表4 所示。绝缘电阻测量结果及耐压试验击穿情况如表5 所示。

表4 故障电缆线路导通试验结果

表5 绝缘电阻测量结果及耐压试验击穿情况 MΩ

由表5 可知： 线路无断线故障；B 相为高阻故障；A 相、C 相为完好相。

3.2 故障测距

图3 10～110 kV 电缆故障探测现场作业流程

对B 相高阻故障进行故障测距，利用故障测距仪器采用脉冲电流法对B 相高阻故障进行故障测距，试验波形如图4 所示。

由图4 可知，电缆故障点离故障探测点147.9 m。

3.3 故障定点

对B 相高阻故障进行故障定点，基于故障测距结果，利用故障定点仪器采用声磁同步法在故障区段内，对B 相进行故障定点，找到离故障点最近位置时的波形如图5 所示。

经现场核查，此处有电力工井，打开井盖后，有烟冒出，伴有放电声传出。下井查看后，确认故障点为电缆中间接头，对该中间接头进行解剖分析，发现该中间接头主绝缘上留有半导体线丝未清理，导致线路发生故障，如图6 所示。

图4 B 相故障测距波形

图5 B 相故障定点测试结果

图6 B 相电缆故障处解剖

4 结语

随着城市电缆线路规模的不断发展，电缆故障探测难度大、检修时间长等问题逐渐凸显，科学的测试方法既提高了故障抢修的效率，也降低了作业人员盲目抢修带来的风险。

提出一种10～110 kV 电缆线路故障探测的方法，通过电缆线路导通试验进行故障分类，利用绝缘电阻测量确定故障性质，借助低压脉冲、脉冲电流、二次脉冲等方法判断故障区间，最后用声测定点、音频感应、声磁同步等方法进行故障定点。为广大电力同行处理类似问题提供参考。