電纜線路故障定位方法設計

【摘要】隨著我國城鎮化建設速度的不斷加速與城市工業區環境綠化美化的需要，電纜在城市電網中的作用與日俱增，占比也越來越高，在大中城市已經成為主導的供電形式，因此，研究電纜線路故障定位方法，保證可靠的電力供應是十分重要的。本文采用脈沖電流法對電纜線路故障進行定位。

【關鍵詞】電纜線路； 故障定位； 脈沖電流法前言

在實際電纜線路運行過程中，出現開路短線故障的概率很小，一般以低阻狀態單相短路、高阻狀態單相短路、閃絡狀態單相接地故障為主，大約占到總故障的80%，而這些故障中又以高阻狀態單相短路和閃絡狀態單相故障為主，這些狀態下線路的故障電流很小，很難做到精確的測定，而脈沖電流法利用一定的脈沖電流將高阻或者閃絡性故障點瞬時擊穿又瞬時恢復到原狀態，這對故障定位是極為有力的。下面詳細利用闡述這種方法在故障定位中的設計應用。

1脈沖電流法定位的原理

采用高電壓將輸送電力的電纜線路的故障點擊穿，如圖2-1所示，發生擊穿后會產生電流行波信號，用相應的儀器設備采集并記錄下這些信號，而電流行波信號在測量端與故障點往返一次的時間為Δt，如圖2-2所示，根據公式l=v*Δt/2就可計算出故障距離。這種測試方法稱為脈沖電流法。在這一方法中，利用線性電流耦合器實現電纜故障線路中的電流行波信號采集。

圖2-1 脈沖電流測試法的接線方法

在這種方法中，故障點放電產生脈沖信號，而非利用測試儀器產生脈沖信號。如圖2-2所示，設定故障點放電脈沖波形的起始點，故障點的反射脈沖波形為起另一個始點，它們之間的距離就是故障距離。

圖2-2 脈沖電流法測試波形示意圖

依據高壓脈沖發生器對故障電纜施加高電壓的方式的不同分為直流高壓閃絡測試法和沖擊高壓閃絡測試法。下面分別討論這兩種方法的理論分析設計。

2沖擊高壓閃爍測試設計

沖擊高壓閃絡測試法簡稱沖閃法，它適用于低阻、高阻、閃絡性單相接地、多相接地或者相間絕緣不良的故障。

沖閃法的接線示意圖如下圖4-1所示，它在接線方式上與直閃法基本相同，只不過比直閃法多了一個球形間隙G，在儲能電容C與電纜之間進行串接。在充電過程中，通過調節器調壓實現對電容的充電過程，如果電容C上的電壓達到一定上限時，球形間隙G就會出現被擊穿的現象，這時，電容C對電纜線路進行放電操作，在這一過程中，可以看做是將直流電壓瞬時加到電纜上。如果電壓等級足夠的高，那么故障點就會出現被擊穿放電的現象，其放電所產生的高壓脈沖電流行波信號往返循環傳播與故障點和測試端之間，直到弧光熄滅或者信號被衰減掉為之；信號的傳播與耦合同步進行，即高壓電流行波信號往返傳播一次，電流耦合器就耦合一次，這樣通過測量故障點放電產生的電流行波信號在測試端和故障點往返一次的時間Δt，就能計算出故障點的距離。但用沖閃法要了解和注意一下幾個問題：

圖4-1 沖閃法測試接線圖

（1）絕緣擊穿不僅與電壓高低有關還與電壓作用時間密切相關。在測試時，電壓加到故障點處可能要持續一段時間才能發生擊穿，這個時間稱為放電延時。受電纜上得到的沖擊高壓大小和故障點處電容、電感等電氣參數的影響，放電延時有長有短。在用儀器測試時，可根據具體情況進行設置。沖擊高壓脈沖信號越過故障點，還沒到達電纜對端，故障點就擊穿的稱為直接擊穿；從對端返回后故障點才擊穿的稱為遠端反射擊穿。直流電壓行波在開路末端反射后，電壓會加倍，有利于擊穿故障點。（2）如何使故障點充分放電 依據上面的敘述，使得故障點充分放電的措施有兩條：一是高電壓；二是通過增大電容的辦法延長電壓的作用時間。由高壓設備供給電纜的能量可以由公式算得。即高壓設備供給電纜的能量與貯能電容量Ｃ成正比，與所加電壓的平方成反比，要想使得故障點充分放電，必須要有足夠的使得故障點放電的能量。

（３）如何判斷故障點擊穿與否 沖閃法的判斷的關鍵就是如何判斷故障點是否出現擊穿放電的現象。經驗不足的人員往往會主觀認為，只要出現球間隙放電的現象，就可認為故障點出現被擊穿的現象了，可這種想法在實際判定中可能是不正確的。因為球間隙是否被擊穿與球間隙的距離及所加到球間隙的電壓的幅值是密切相關的。球間隙的距離越大，擊穿球間隙所需要的電壓幅值就越高，這是一種正相關的近似線性關系。而電纜線路故障點能否出現被擊穿的狀況是與施加到線路故障點上臨界擊穿電壓密切相關的，大于鄰近值就可實現擊穿，反之，如果球的間隙比較小，它的間隙擊穿電壓比線路故障點擊穿電壓小，那樣很顯然，線路的故障點就不會出現被擊穿的狀況。

在實際判定中除了可以以相關儀器記錄到的波形來判斷故障點是否出現被擊穿的情況，還可以利用一定的故障現象來實現對故障點是否擊穿的判斷。

１）電纜線路故障點在沒被擊穿的情況下，球間隙的放電聲一般比較嘶啞，聲音比較小也不清脆，雖然也可能出現連續的放電聲，但故障點的火花十分微弱；而故障點出現擊穿現象時，球間隙的放電聲音是比較清脆響亮，而且放電的火花也比較大。２）電纜線路在故障點未出現擊穿時，監測線路的儀表可以發現，電流、電壓表在空間的擺動比較小，而當出現故障點擊穿的現象時，監測儀表——電流、電壓表指針在空間上的擺動范圍較大。

3結語

隨著國民經濟與科學技術的不斷發展，電纜的應用也會越來越廣泛，與之對應的電纜故障測試技術也在不斷發展。因此，我們一定要加強對電纜故障測試的研究，不斷提高故障測試的精確性與快速性，以此來不斷提高供電的可靠性，為國民經濟的快速發展提供可靠的電力保證。

參考文獻

［1］徐丙垠等.電力電纜故障探測技術［M］.北京：機械工業出版社，1999.

［2］ 郭道勇.試論電力電纜行波故障測距方法［J］，黑龍江科技信息，2009，22