配網電纜故障測試技術分析

梅競成

鹽城供電公司

配網電纜故障測試技術分析

梅競成

鹽城供電公司

電力電纜在運行中由于各種原因會出現不同的故障，為了搶修電纜，盡快恢復供電，減少負荷損失，需要在最短的時間內找到故障點，修復電纜后恢復供電。電纜故障主要分為低阻故障、高阻故障和開路故障，其中以低阻故障和高阻故障最常見。電纜故障測距技術是測量電纜測試端到故障點的電纜線路長度，目前低壓回波法、二次脈沖法和沖擊電流法，本文主要研究分析了針對低阻或短路故障的低壓回波法和針對高阻故障的二次脈沖法。

電纜故障；故障測距；高阻故障；低阻故障；低壓回波法；二次脈沖法

緒論

配電網中電纜生產質量、敷設過程、終端頭和中間頭工藝、電纜附件、所在環境等都深刻影響電纜的穩定運行，上述任何一個環節控制不到位，都會導致電纜運行中的隱患和缺陷。無論電纜本體、中間頭還是終端頭故障，按故障性質可分為低阻(短路)故障、高阻故障、開路故障。在電纜故障現場，先通過絕緣電阻表測量電纜各相線芯對地、對金屬屏蔽層和各線芯間的絕緣電阻，如果阻值過小就改用萬用表測量，從而確定電纜故障性質。電纜故障測距方法主要有低壓回波法、二次脈沖法、沖擊電流法等，其中低壓回波法主要針對低阻故障，二次脈沖法和沖擊電流法主要針對高阻故障。本文主要介紹二次脈沖法，應用于高阻故障。因為國內外電纜運行經驗表明，電纜故障中90%以上的故障是低阻故障和高阻故障，所以本文著重分析針對低阻故障的低壓回波法和針對高阻故障(包括閃絡性故障和泄露性故障)的二次脈沖法。

1.低壓回波法

低壓回波法可以測出電纜的開路、短路以及電纜端頭的位置。同時可以用于測量電纜全長、波速度。

1.1低壓回波法測試原理

低壓回波法測試時，從電纜一端輸入一個低壓脈沖信號，該脈沖信號沿著電纜傳播，當遇到電纜中阻抗不匹配點，如：開路點、短路點等，會產生波的反射和折射，反射回測試端，記錄波形，根據波形分析可以得到電纜總長和故障點位置。

假設從儀器發射出發射脈沖到儀器接受到反射脈沖的時間差是t，也就是脈沖信號從測試端到阻抗不匹配點往返一次的時間為t，同時如果已知脈沖電磁波在電纜中的傳播速度是v，那么根據公式，即可計算出阻抗不匹配點距測量端的距離l的數值。

故障距離是測量脈沖與回波脈沖之間的時間差推算出來，這就涉及到電波在電力電纜中傳播的速度問題。在各種不同導體截面積的電力電纜里，經過多次反復的測試得知，電磁波在絕緣電纜中的傳播速度v約為160，因此只要測量脈沖與反射脈沖的時間差t，即可根據公式計算出電纜故障距離。

1.2低壓回波法波形分析方法

根據均勻傳輸線理論分析，電纜發生斷路故障的反射波形與發射脈沖波形極性相同，短路或者低阻故障的反射波形與發射脈沖波形極性相反。

2.二次脈沖法原理

二次脈沖法主要用于測試高阻故障和閃絡性故障。

2.1二次脈沖法測試原理

二次脈沖法需要高壓脈沖發生器和時域反射儀配合使用。高壓脈沖發生器發出高壓脈沖，沖擊放電間隙，在電纜故障測試中，故障點被高壓信號擊穿時，一般會產生電弧，由于便攜式高壓脈沖發生器一般容量都不高，這個擊穿電弧一般持續時間都很短。由于電弧的電阻很小，因此實際上可以認為，在電弧存在期間，故障性質變成低阻甚至低阻甚至短路故障。時域反射儀從電纜一端輸入一個低壓脈沖信號，該脈沖信號沿著電纜傳播，當遇到電纜中阻抗不匹配點，會產生波的反射和折射，反射回測試端，記錄波形，根據波形分析可以得到電纜總長和故障點位置。

2.2二次脈沖法測試過程

用二次脈沖法測試時，先用高壓脈沖發生器擊穿故障點，在起電弧期間由時域反射儀發射一個低壓測試脈沖，這時的故障實際上成了短路故障，根據反射回來的波形，就可以測出高阻故障具體位置。具體就是先用高壓信號發生器使電纜的高阻故障擊穿放電，在高壓電弧產生的同時，在電弧存在時通過耦合器向故障電纜中發射低壓脈沖信號，獲得并記錄下反射波形，此波形可稱為帶電弧脈沖反射波形。由于電弧電阻很小，可認為是短路故障，獲得的帶電弧脈沖反射波形是和發射脈沖波形極性相反的負脈沖。在高壓電弧熄滅后(此時電纜故障恢復到高阻狀態)，再向電纜中發射一低壓脈沖信號，對低壓脈沖來說此時反映的是電纜無故障波形。將兩波形對比，波形分叉下行點就是故障點位置。注意，如果在高壓觸發后所有的回波波形與高壓觸發前的波形相似，有可能是因為沖擊電壓太低，故障點沒有放電，可以適當提高沖擊電壓，重新進行測試，例如配電網中10kV的電纜故障測試過程中，高壓脈沖發生器電壓可以打到12～16kV。

結束語

配電網電纜故障測試技術已經在實際電力生產現場有了廣泛的應用，可以靠上述技術手段在短時間內找到電纜故障點，修復電纜后恢復供電，客觀地提高了電纜故障尋找修復的效率。限于篇幅，本文對電纜故障的分類還不夠詳細，對電纜故障測試方法的研究還不夠全面，需要在實踐中做進一步的總結和研究。

[1]羅俊華，等.10kV及以上電力電纜運行故障統計與分析[C].全國第七次電力電纜運行經驗交流會論文集，2004.

[2]張國棟主編.電纜故障分析與測試.北京：中國電力出版社，2005.