地下电缆故障精准定位方法

高 戈

(国网山西省电力公司大同供电公司，山西 大同 037038)

0 引言

为响应城市美化以及安全保障的要求，城市配网大多采用地下敷设形式，缆化率已然成为衡量城市发展的重要指标。但电缆的地下敷设存在很大的隐蔽性，给电缆的故障定位带来了很大的困难，导致故障修复时间变长[1]。快速定位地下电缆的故障点，不仅能提高系统供电的可靠性，还能减少故障修复费用及停电损失。

在实际生产工作中，由于在线电缆故障定位的成本、准确性与可靠性等问题未得到广泛推广，现场仍采用传统的离线故障定位方法。文献[1]讲述了行波法的原理，并对其在电缆故障的应用进行了详细介绍，但高阻故障不适用；文献[2]提出了阻抗法与行波法组合提升测距精度，并分析了识别波头的各种情况，但如何准确识别依然是个难点；文献[3]和[4]提出了三步定位法的雏形，但不同类型故障所用设备的种类差别很大，携带不便。

因此，基于传统的电缆故障定位方法，提出了一种通用的三步定位法。首先通过兆欧表与0.1 Hz耐压试验来判断故障类型；然后采用低压脉冲法、高压冲闪法与电缆故障烧穿法相结合进行预定位；最后利用声磁同步法准确定位。该方法已进行了实际应用，效果良好。

1 电缆故障产生与处理

1.1 电缆故障产生原因

电缆故障的主要原因有外力损伤、长期超常规运行、接头问题、地面沉降、电缆本体故障以及化学腐蚀等。按照故障的主要表现形式，电缆故障大体分为断路故障、低阻短路故障、闪络性故障、高阻泄漏故障四大类[5]；按照故障位置分为主绝缘故障、护套故障、本体故障和接头故障四类。接头是电缆的重要薄弱点，受制作工艺、人员经验的影响较大，因此加装防爆盒以防止接头故障引燃沟道内其他电缆；暴力施工导致电缆外破故障的占比也比较大，其不可预见性很强，而且集中在施工季，对故障查找的时效提出了更高要求。

1.2 电缆故障测距

行波法是电缆故障测距的常用方法，主要利用阻抗不匹配时波的折反射理论实现故障测距。

行波传播途径如图1 所示，输入信号Ui在故障点处被分成了反射波Uf(反方向传播)和折射波Uo(继续向前传播)。在传播介质材料相同的情况下，传播速度v应保持一致，其中入射时间到接收到反射波的时间间隔为Δt，可计算出故障点距测试点的距离L=vΔt/2。

图1 行波传播途径

行波法在实际应用中受到很多制约，如何简单、经济地获取行波信号以及故障产生的行波信号具有不确定性等因素影响了其推广应用。在行波法的基础上还衍生出二次脉冲法、低压脉冲法、脉冲电压法、脉冲电流法以及多次脉冲法等电缆故障测距方法等。

1.3 电缆故障精准定位常用方法

目前，声测法、声磁同步法、音频感应法、跨步电压法和局部过热法是进行电缆故障精准定位的常用方法[6，7]，但是每种方法适用范围不同，各有利弊。现场不同类型故障所用设备不通用，种类差别大，携带不便，亟需开发一种方法，以减少携带设备，提高工作效率。

2 通用三步定位法

电缆故障定位流程如图2 所示。

图2 故障定位流程

2.1 确定故障类型

确定电缆故障类型主要是为故障预定位做好基础。维护人员利用兆欧表测量电缆绝缘电阻(线芯与地之间的电阻/对地绝缘电阻)以及采用万用表进行导通试验(末端三相短接测电阻)。

1) 导通试验合格。若电缆三相线芯中存在对地绝缘电阻低，则进行下一步故障预定位；若电缆三相线芯对地绝缘电阻都在兆欧级别，则采用0.1 Hz 耐压试验设备逐相进行耐压试验：若三相电缆耐压试验通过，则电缆判定无故障；若耐压试验中发生闪络，则找到故障相进行故障预定位。

2) 导通试验不合格。此时电缆存在断线问题，则对断线相进行故障预定位。

2.2 故障预定位

故障预定位是根据低压脉冲法和高压冲闪法的综合对比分析，预先判断故障点在电缆路径的大概位置的方法，其为故障精准定位的关键，主要流程如下。

1) 导通试验合格，电缆三相线芯中存在对地绝缘电阻低的情况。先采用低压脉冲法测量绝缘良好相线芯的全长并保存波形，再采用高压冲闪法进行故障点预定位。

2) 导通试验合格，电缆三相线芯对地绝缘电阻正常，耐压试验中发生闪络的情况。先采用低压脉冲法测量绝缘良好相线芯的全长并保存波形，再采用电缆故障烧穿法烧穿电缆，最后采用高压冲闪法进行故障点预定位。

3) 导通试验不合格。先采用低压脉冲法测量绝缘良好相线芯的全长并保存波形，再采用高压冲闪法进行故障点预定位。

2.3 故障精准定位

利用球球间隙放电对电缆加压，将电缆故障击穿放电，放电产生的声音沿电缆传播。声测法就是在故障预定位附近通过耳朵获取放电声，声响最大的位置即为故障点位置。

声磁同步法是通过采集声波信号和磁场信号，计算两者之间时间差。时间差越小表示设备与故障点的距离越近。

对于沟道电缆故障点通过声测法就可以完成精准定位，但是直埋电缆需要借助声磁同步法来定位故障点。

3 方法应用

3.1 电缆低阻故障查找

绝缘电阻测量与导通试验结果如表1 所示。

表1 绝缘电阻测量及导通试验结果

表1 中可判断该电缆导通试验合格，电缆B相线芯对地绝缘电阻低，因此，采用低压脉冲法测量A 或C 相线芯的全长并保存波形，波形显示故障电缆全长约为875 m。

对B 相进行高压冲闪法试验，在采样波形图确定故障点距离，并根据电缆路径，在地图上利用测距工具进行预定位(故障点距测试点距离约为590 m)，结合电缆路径和相关资料可知预定位附近电缆为直埋敷设，维护人员利用声磁同步法进行精准定位，查找出故障点。

3.2 电缆高阻故障查找

绝缘电阻测量与导通试验结果如表2 所示。

表2 绝缘电阻测试及导通试验结果

表2 中可判断该电缆导通试验合格，三相线芯对地绝缘电阻都在兆欧级别；继续进行0.1 Hz 耐压试验，当电压增加至9 kV 左右时B 相发生闪络，此时泄露电流为12 mA；再次利用5 000 V 兆欧表进行电阻测试，B 相电阻为102 MΩ。

对电缆三相进行低压脉冲反射法测试，得到的波形相同，显示电缆全长为5 692.4 m；继续对电缆B 相进行高压冲闪法，在电压加至28 kV 时，球球间隙放电，但是电压降低较少，故障点未被击穿，因此利用LB4/60 A 设备对B 相进行烧穿试验，将电压加至0.2 kV 时，其电流在500 mA 波动，持续约3 min，电压下降，电流快速增大，电缆故障点烧穿；再测量绝缘电阻以及进行导通试验，结果如表3 所示。

表3 绝缘电阻测试及导通试验结果

对电缆B 相进行高压冲闪法试验，由波形可知故障点预定位在路径的2 968.8 m 处，结合电缆历史资料判断出故障点在高速路段的隧道内，敷设方式为电缆沟敷设。运维人员进入隧道通过声测法最终确定了故障位置。

4 结束语

地下电力电缆的隐蔽性导致了电缆故障的查找十分困难，因此，通过分析电缆故障产生的原因与类型以及对传统电缆故障定位方法的研究，结合实践提出一种实用的通用型电缆故障定位方法，设计出确定故障类型、故障预定位、故障精准定位三步定位流程并投入电缆低阻和高阻故障查找的实际应用，为现场运维人员提供了一种省时、可行的电缆查障方法，有效提高了检修排障的效率。