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配电网电缆故障点的定位方法王哲凡

发表时间：2020/9/9 来源：《基层建设》2020年第14期作者：王哲凡

[导读] 摘要：配电网的电力电缆通常敷设在地下，并且通常不允许电缆故障后重合闸。

        浙江省杭州市浙江省送变电工程有限公司浙江杭州 310016
        摘要：配电网的电力电缆通常敷设在地下，并且通常不允许电缆故障后重合闸。无法快速准确地确定故障的位置，将大大增加检查工作量，导致长期停电，并造成严重的经济损失。首先分析配电网电缆故障的原因，介绍配电网电缆的常见故障定位技术，分析了一种可以有效解决配电网电缆故障定位问题的分析方法，以帮助解决当前中国的电缆故障定位问题。
        关键词：配电网；故障点；定位
        1 引言
        配电网的电力电缆通常敷设在地下，电缆故障后通常不允许重合闸。无法快速准确地确定故障的位置，导致长期停电，并造成严重的经济损失，同时也给生活和生产带来不便。故障的主要原因是电缆和相关附件的老化以及日常维护不足，不能准确地识别电缆的故障点，在故障后也难以维修。随着电缆运行时间的增长，电缆故障的可能性会增加。快速准确地诊断电缆故障点对于及时排除故障和恢复电源至关重要。因此，有必要对如何定位电缆故障点进行详细分析。
        2 配电网电缆故障原因分析
        2.1 电缆绝缘性能下降引起的短路故障
        湿气和电解腐蚀会降低电缆的绝缘性能。配电网电缆的绝缘层在高压和高热能的环境中长时间运行，绝缘层的寿命会不断降低。大量的绝缘介质丢失后，会发生绝缘退化。如果不及时更换绝缘层，绝缘层容易发生故障和泄漏，对电缆的安全运行造成影响。根据相关研究的结果，配电网中大约10%～15％的电缆故障是由于电缆绝缘层中的水分引起的。这主要是由于密封过程不足或电缆端部的密封故障所致。如果电缆外部的保护层质量不够好，则空气中的湿气容易影响裂缝或气孔，绝缘层会变湿并影响绝缘性能，从而使配电网电缆绝缘下降产生短路故障，影响正常稳定的电源。通常，可以通过直流电压测试或绝缘电阻来确定电缆绝缘层的吸湿程度。
        2.2 外力破坏引起的电缆故障
        由外部破坏电缆引起的配电网电缆故障率可能高达60％。外部破坏是电缆故障的最常见原因。外部破坏主要是由电缆线路附近工作引起的外部破坏，以及未按规定要求建造的一些城市工程或房地产工程构筑物引起的外部破坏。上述两种情况均会因外力破坏配电网电缆而导致故障。
        3 电缆故障类型
        电缆故障根据发生情况不同可分为不同的故障类型。当故障出现在内部结构可分为主绝缘故障和金属护套故障；当故障出现在不同的电缆线路位置可分为本体故障和接头故障；而短路和开路故障则属于按故障性质进行的分类。电缆的绝缘损伤和缺陷是电缆的绝大多数故障出现的原因，其中最为常见是短路故障。根据故障电阻的大小，低电阻故障、高阻抗故障和闪络故障为短路故障的三种类型。
        3.1 低阻故障
        该故障是指电缆的绝缘电阻小到特定阻抗值时，其绝缘性相对地损坏，此时低压脉冲法是一种比较好的测量方法。出现低阻故障时，绝缘电阻将会变小到特定阻抗值，低于10Z0（Z0电缆波阻抗，一般小于40Ω）。低阻故障一个常见的特例就是短路故障。
        3.2 高阻故障
        该故障是指绝缘电阻较大，但这是与低阻故障相比较的，具体来说一般大于10Z0，此时低压脉冲法测量已经不适用了。
        3.3 闪络性故障
        一般故障在故障点都会形成电阻通道，而闪络性故障仅在放电间隙或闪络性表面。它的明显特点是阻值可以为无限大，但是降压后绝缘可自行恢复其绝缘性。从可靠性来讲，电缆线路是明显高于架空线路的，但由于各种因素的影响，电力电缆在实际运行中也会发生故障。

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例如强大的外力损坏，设计和制造工艺不过关，绝缘性受潮，绝缘出现老化变质，过电压，电缆的绝缘物流失，护套遭受腐蚀和材料存在缺陷等，这些都是导致电缆出现故障的主要原因。电缆由于深埋地下，发生故障时很难准确寻找到它的故障点。因此，如何以较低的经济成本精确、迅速地找出电缆出现故障的地方，成为了在高压电力电缆故障测寻技术中困扰供电公司和施工单位的重要难题。
        4 电缆故障检测方法
        4.1 故障性质确认
        当故障出现在电力电缆上时，故障性质的诊断是技术人员面对的首要问题，在此之后才开始确定采取的故障的预定位方法。预定位方法的选择十分关键，如果选择不恰当，不仅故障测寻的时间会延长，并且还会造成测试仪器的损坏。故障性质的确定主要包括几个方面：就电阻而言需判断故障电阻是高阻状态还是低阻状态；就故障点位置而言是闪络性故障还是封闭性故障；就故障类型而言是接地、短路、断线故障；就相数类型而言是单相、两相，还是三相故障。通常，不同的故障现象代表着不同的故障类型，通过这个故障的性质可以进行初步判断。
        4.2 故障预定位
        故障预定位是指能够测量出故障点到电缆任意一处的距离。预定位有很多种方法，主要可分为阻抗法和行波法两大类。（1）阻抗法。阻抗法是基于线路单端或者多端的电压、电流和阻抗间的关系，列写和求解故障点方程进而进行故障点预定位。经典电桥法是一种典型的阻抗法，基本原理是被测电缆存在故障相和非故障相，在电缆末端短接它们，并且故障相与非故障相分别接导电桥两臂上，为了使电桥达到平衡，需要通过两臂上的一个可调电阻器进行调节。利用比例关系和电缆长度是已知的，通过他们计算可以得出故障距离。电缆预定位时，低压电桥测量法常用在电缆低阻击穿情况上，电缆电容电桥测量则一般用于开路断线。测试过程简单而结果比较精确是电桥法测量的主要优点，但该方法中的测试回路需要有完好线芯，而且电源电压不能加太高。此外，在遇到探测高阻和闪络性故障的情况该方法无法轻易进行，因为此时故障的电缆有很大的故障电阻、很小的电桥电流。另外，如前面所述，电缆长度是已知的，但现实中有时候无法得知它的长度，并且由不同导体材料或不同截面组成的电缆线路还需要进行换算。例如，电桥法无法测量电缆三相短路故障。因此，它的适用范围比较小。（2）行波法。故障点的位置可以通过测量行波在电缆线路故障点和测量端之间往返的传播时间来确定，这就是常说的行波法。脉冲电压法、脉冲电流法、低压脉冲法和二次脉冲法是常见的基于行波法的离线测距方法。
        4.3 音频感应法
        当电网中的短路故障出现在电缆上并且电缆的接地电阻的阻值较低时，故障处的放电声音很微小，尤其是在金属性接地故障点处，因无放电声而无法进行故障点定位。此时，就要用音频感应法来对上述无法定位故障点的情况进行故障点定位。音频感应法是将1kHz的音频信号发生器发出的音频电流信号注入待测电缆，使其发出电磁波。垂直或者水平地将接收线圈放置于地面上，并将接收线圈接收到的信号传输到接收机进行放大。地面上的磁场主要是在两个通有电流的导体间产生的，并且随着电缆的扭距的变化而变化。因此，当探测器的探头沿着电缆向故障点移动时，会听到声音有规则的变化。当探测器的探头到达故障点上方时，听到声响会增强，再从故障点继续沿着电缆向前移动，音频信号会明显变弱甚至是中断。所以，在声响明显变强或中断的点即是故障点。
        5 结语
        近年来，配电网中的架空线逐渐被地下电缆取代，如何准确，及时地定位电缆故障已成为重要的问题。本文首先分析了配电网电缆故障的原因，介绍了配电网电缆的常见故障定位技术，分析了一种可以有效解决配电网电缆故障定位问题的方法。
        参考文献：
        [1]娄国辉，王佳宇，郑永健.10kV电缆故障查找及定位技术的分析[J].科技风，2018（23）.
        [2]陈斌.10kV电缆故障查找及定位技术探究[J].山东工业技术，2018（3）.
        [3]刘瑜.10kV配网电力电缆故障检测与定位技术[J].电子制作，2017（7）.