配網電纜故障定位技術的分析與應用

王玉妍

摘要：隨著電力行業和科技水平的快速發展，從電力電纜故障現狀出發，對當前常見的電纜故障定位方法原理以及優缺點進行了剖析，主要包括阻抗法、行波法、聲測法、聲磁同步法等，最后對電纜故障定位方法的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：電纜;故障定位;重合閘;阻抗法

引言

我國城市化進程在不斷加快，土地資源越來越緊缺，因此架空線路轉變成電纜的趨勢逐年加快，使得電纜在城市內110kV及以下電壓等級輸電應用中愈加廣泛。隨著城市的發展，對電力需求不斷上升，已運行的電纜往往超負荷運行，加上電纜隨著運行年限加長的自然老化過程，以及外力破壞等因素，電力電纜故障率逐年上升。電纜故障后一般不允許重合閘，如果不能快速準確地判斷故障點所在位置，將極大地加劇巡檢工作量，并引起長時間停電事故，造成嚴重經濟損失，與此同時也給生活及生產帶來不便，快速精準地診斷電纜故障對于及時排查故障并恢復供電具有重要意義，因此有必要對電纜故障定位方法進行深入研究。

1電力電纜故障原因

1.1施工故障

不科學的安裝以及施工是引起高壓電力電纜故障的主要原因。敷設電纜時，若施工人員不根據規范開展施工作業，就有可能會對高壓電力電纜使用壽命造成影響。此類故障的相關表現主要體現在如下4個方面。第一，電力電纜表面存在破損的情況。施工人員在操作過程中的失誤與錯誤等，均會讓電力電纜表面出現破損，水流入電纜中內，進而形成安全隱患。第二，連接管接觸不良。就需要長距離施工的電力電纜而言，若施工人員未正確處理兩個電纜間的導體連接管，除了會引起接觸不良的故障外，還會引起毛刺以及尖角的情況。第三，未嚴格密封中間接頭。施工人員在敷設電纜的過程中，若電纜中間接頭存在密封性不強的情況，當電纜處在潮濕環境中時，水分就會由接頭處進入，進而影響電纜絕緣性。第四，電纜接頭設置不合理。導致此問題的原因主要在于施工人員未根據設計方面對電纜予以敷設，如電纜周圍存在多個接頭，導致電纜運行安全性與穩定性下降。

1.2超負荷運行

現階段，用電量越來越高，電纜長期處于超負荷運行狀態。同時，電纜在正常運行時暴露在空氣中，尤其是高溫環境，超負荷運行會造成電纜溫度較高，對電纜的使用壽命造成影響，加快電纜老化速度，影響絕緣性，同時也很容易發生擊穿事故。

1.3電纜質量問題

電纜質量問題也是引起電纜故障的主要原因之一，其中較為常見的狀況為質量問題導致的電纜進水，這是電纜本體質量問題造成絕緣事故的主要原因。要想對此問題予以有效的解決，需要在展開農網改造中，借助新型的交聯電纜對油紙絕緣電纜進行更換。由于當前國內有很多生產電纜的廠家，同時質量各不相同，因此應大力控制電纜質量。在生產電纜中，針對絕緣屏蔽層表面和加工環境的處理，均應加大控制力度。

2電纜故障定位方法

2.1阻抗法

使用阻抗法進行故障定位的前提是線路參數已知，并且測量點與故障點之間的阻抗可以測量或計算，并且電纜線路的參數必須均勻分布。在此前提下，故障距離的確定可以通過特定的方程計算而出。電橋法是阻抗法的一種，在電纜故障定位技術發展初期應用最多的即是電橋法。采用電橋法進行故障定位時，忽略電纜線路的分布參數影響將電纜當作集中參數進行處理，因此在相同時刻下，電纜任何一點的電流大小相等，且不存在相位偏差，電纜的本體電阻與電纜長度呈正比關系。進行故障定位前，應將故障相一端與非故障相一端相連，電橋兩臂分別接在故障相與非故障相的另一端，然后調節電橋上的變阻器使得電橋平衡，電橋平衡時電流計指針為0。電橋平衡后利用簡單分壓關系和已知電纜長度即可求出故障點與觀測點的距離。對于低阻類型電纜擊穿，一般用低壓電橋，而對于斷線擊穿，則采用電容電橋。電橋法測量結果準確，但需要完好的非故障相作為測量回路，此外，試驗電壓不能過高。電橋法故障定位原理簡單，測量精度較高，但只適用幾種特定類型的故障，對于高阻故障，電橋法失效。由于施加電壓較低，在高阻故障下，電橋中流過的電流很小，對電流計的測量精度提出了很高的要求，當精度不夠時則容易造成定位不準。此外，使用電橋法需要提前獲知電纜的詳細參數，這對于工程實踐來說往往具有較高的難度，因此隨著新技術的不斷發展，電橋法逐漸在電纜故障診斷中淡出了舞臺。

2.2行波法

行波定位法在架空線路故障診斷中應用廣泛，定位精度高，且響應及時，可以快速定位故障點。行波法在電纜中的應用首先是以低壓脈沖法出現的，該方法基于電磁脈沖折返射原理，當人為向故障電纜中注入高頻電流脈沖時，前行的電流脈沖在遇到故障點時會產生反射，通過記錄起始脈沖與反射脈沖的時間差，并利用單端行波定位即可實現故障點的精確定位。最新的低壓脈沖法已不需要監測記錄的波形主波與反射波來判斷時間差，而是通過儀器自動計算，大幅提升了診斷效率，但這種方法也存在著缺陷與不足，如脈沖電壓幅值較低，當遇到高阻故障時，反射波微弱以至于無法識別。脈沖電流法彌補了低壓脈沖法難以定位高阻故障的缺陷。該方法需要對故障電纜施加高壓，使得故障點發生擊穿，產生脈沖電流，然后用高性能監測終端監測并提取故障行波信號，根據行波定位法即可確定故障點所在位置。這種方法大部分場合下可靠性較高，但也存在一定的盲區，且有時故障閃絡波形復雜，加大了識別難度，嚴重時造成定位失敗。在行波定位法的基礎上，20世紀90年代衍生了一種被稱作二次脈沖法的定位方法，該方法首先發送一個低壓脈沖進行電纜長度的測量與校核，得到精確全長后，進一步發送一個高壓脈沖使得故障點發生擊穿，然后再發送一個低壓測試脈沖，即可在被擊穿的故障點處形成反射。該方法對于大多數類型電纜故障是適用的，安全性高且精度較為理想，缺點是故障點維持低阻狀態時長無法確定，當電纜受潮嚴重，使得擊穿時間增加時，則容易增大定位誤差。

2.3聲測法

聲測法是一種精確定位方法，其通過探聽電纜故障點產生的聲音進行精確定位，由于聲波在介質或空氣中傳播時衰減極快，通過聲音信號即可判定故障點是否在被測點附近。如果電纜敷設較淺或者護層已被破壞，對外會產生較為強烈的放電聲音，無需借助外在儀器即可聽到放電聲音;反之，如果電纜護層未被燒穿，放電聲音很小，則需要高精度的聲音接收儀器，通過測量微弱振動信號并進行轉換以及放大后才能變成可聽聲音。聲測法儀器結構及原理簡單，價格相對低廉，定位精度高，缺點是容易受噪音干擾，當現場環境噪聲較大時可能無法利用該方法進行故障診斷。

結語

目前電纜故障診斷技術已多樣化，為電纜故障的快速排查提供了有力的解決手段，然而對于電纜故障的預防及預警尚缺少有效手段，相關研究工作尚處于摸索階段，需進一步加深研究，從而在根本上避免故障的發生。

參考文獻

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