10～110 kV 電纜線路故障探測方法研究

韋立坤，喬丕凡，王立勇，張 凱，張柏宗

（國網山東省電力公司濰坊供電公司，山東 濰坊 261000）

0 引言

隨著城市建設的不斷發(fā)展，10～110 kV 電纜線路以其占用空間小、運行穩(wěn)定、環(huán)境適應能力強、美化市容、改善電力系統(tǒng)功率因數(shù)、降低供電成本等優(yōu)點越來越受到城市規(guī)劃者的青睞，但電纜線路故障探測難度大，在一定程度上制約了電纜線路的廣泛應用。長時間的停電檢修不僅對電力客戶造成經濟損失［1］，也給電網企業(yè)的健康運行帶來了負面的社會效應，因此創(chuàng)新電纜線路故障探測工作方法，快速有效地進行故障診斷和定位具有重要意義。

文獻［2］簡述了10 kV 線路故障原因及故障查找中的全面搜查法、遙測法和儀器檢測法。文獻［3］對常見的電纜故障定位方法原理及優(yōu)缺點進行了剖析。文獻［4］詳細分析和探討了故障預定位和精確定位方法。文獻［5］介紹了電纜故障的原因、性質和測距方法。目前的研究多集中在對電纜故障中某個環(huán)節(jié)的分析，如故障類型、測距方法或定位方法，缺乏對電纜故障探測過程完整、系統(tǒng)地研究分析。

簡要介紹市區(qū)10～110 kV 電纜線路故障原因及分類，提出電纜線路故障探測四步工作法，即探測前準備、故障性質診斷、故障測距、故障定點，并對每個步驟進行詳述，進而制定10～110 kV 電纜線路故障探測流程。以實際案例驗證電纜故障探測方法的有效性，為今后此類故障的處理提供參考。

1 10～110 kV 電纜線路故障原因及分類

1.1 故障原因分析

在城市市區(qū)內10～110 kV 電纜線路故障有逐漸形成的，也有突然發(fā)生的，分為單一型和復合型兩類，發(fā)生故障的原因也多種多樣，常見的故障原因可以分為以下幾類［6-8］：

1） 附件制作工藝不達標。電纜附件包括中間接頭和電纜終端，用于連接電纜與電纜、電纜與其他電氣設備或架空線路，是最容易發(fā)生故障的部件。電纜附件的制作工藝不達標直接影響到電纜線路的運行質量和使用壽命，安裝人員水平不足（不了解部件性能、剝切尺寸不滿足要求、密封或接地安裝不合格等）、現(xiàn)場安裝環(huán)境差（溫度過高、濕度過大、有灰塵等）均會導致電纜附件制作工藝不達標。

2）過程施工不規(guī)范。在電纜敷設過程中，施工不規(guī)范會導致電纜本體受損或運行條件變差，導致電纜在運行過程中發(fā)生故障。例如：施工隊伍未按要求放置滑輪、輸送機、牽引機會造成電纜在地面拖行、轉彎處的彎曲半徑過小等問題，損傷電纜外護套，甚至破壞到電纜的內部結構，致使電纜使用壽命縮短；施工過程中未對電纜兩端進行有效的密封處理，會導致潮氣、水分進入電纜內部，運行一段時間后引發(fā)電纜本體絕緣故障。

3）本體質量不過關。生產商在電纜生產過程中對產品質量管控不嚴格，導致電纜絕緣層中有氣泡或雜質、內外屏蔽有突起、交聯(lián)度不均勻等缺陷。電纜在運行過程中電場強度分布不均勻，造成電纜絕緣破壞，隨著運行時間的增長，最終導致電纜絕緣擊穿故障。

4）外力破壞。外力破壞是外部力量對運行中電纜線路造成的破壞，通常是因為施工方案交底不嚴、施工方暴力施工、交通事故或自然災害（如地震、洪水、臺風、泥石流等）導致電纜通道坍塌等原因造成的。

1.2 故障分類

10～110 kV 電纜線路發(fā)生故障后，其故障點可用圖1 所示電路來等效，其中：Cf為局部分布電容，Rf為絕緣電阻，G 為擊穿電壓Vg的擊穿間隙。不同的故障情況下，上述3 個數(shù)值變化很大，并且互相之間沒有必然聯(lián)系［9］。

電纜線路故障可分為斷線故障、低阻故障、高阻故障、閃絡性故障四類，其絕緣電阻和擊穿情況如表1 所示［10］。

表1 電纜線路故障分類

2 10～110 kV 電纜線路故障探測流程

10～110 kV 電纜線路故障探測流程如圖2 所示，主要包括：探測前準備、故障性質診斷、故障測距、故障定點。

圖2 10～110 kV 電纜線路故障探測流程

2.1 探測前準備

10～110 kV 電纜線路故障查找人員在進行電纜探測前應完成以下準備工作：

1）提前掌握故障線路的相關設計、運維、檢修資料，包括通道類型、路徑信息、電纜走向、電纜路面標識、線路長度、中間接頭位置信息、臨近線路運行情況等。

2）配備適當?shù)臏y量儀器并檢查合格，夜間探測應配備足夠的照明，惡劣天氣條件下準備好必要的個人防護用品和安全工器具，現(xiàn)場作業(yè)前須按要求做好相應的安全措施。

2.2 故障性質診斷

10～110 kV 電纜線路故障性質診斷，即借助絕緣電阻表、萬用表等儀器儀表確定電纜線路的故障類型，為探測人員選擇合適的電纜故障測距和定點方法提供依據(jù)，是電纜故障探測工作的基礎。主要分為以下幾個步驟：

1）導通試驗，根據(jù)相接地、相不接地時的導通情況進行初步判斷，分為相接地不導通類、相不接地導通類、導通正常類。

2）測量絕緣電阻，使用絕緣電阻表對各相分別進行測量。

3）若相接地不導通類中絕緣電阻值為無窮大或正常，則該相為斷線故障。

4）若相不接地導通類中絕緣電阻值遠小于正常值，用萬用表進行進一步精確測量，如果測量阻值小于1 kΩ（或根據(jù)使用的設備自行規(guī)定），則判斷該相為低阻故障；反之，為高阻故障。

5）若導通正常類中絕緣電阻值為無窮大或正常，則進行直流耐壓試驗，若直流耐壓試驗擊穿，則判斷該相為閃絡性故障；反之，則該相無故障，為完好相。

2.3 故障測距

10～110 kV 電纜線路故障測距，即借助低壓脈沖法、脈沖電流法、二次脈沖法等方法判斷故障點離探測點的距離，確定故障點的大概范圍，為最終故障定點提供助力。

在進行故障測距前，首先應用低壓脈沖法測量電纜全長，再根據(jù)故障類型選擇合適的測距方法進行測量。不同性質的故障采用的測距方法有所不同，如表2 所示。

表2 10～110 kV 電纜線路故障測距方法

2.4 故障定點

10～110 kV 電纜線路故障定點，即為基于故障測距結果，借助聲測定點法、音頻感應法、聲磁同步法等方法對電纜故障進行精確定點。根據(jù)故障類型選擇合適的定點方法進行精確測量，如表3 所示。得到電纜線路故障探測作業(yè)現(xiàn)場流程如圖3 所示。

表3 10～110 kV 電纜線路故障定點方法

3 案例分析

2019 年8 月13 日，某10 kV 電纜線路發(fā)生故障停電，探測人員在了解該條電纜的路徑走向、長度規(guī)格及相關運行歷史等資料后，對該條電纜線路進行故障探測。

3.1 故障性質診斷

對故障電纜線路進行導通測試、絕緣電阻測量及直流耐壓試驗，試驗結果如表4 所示。絕緣電阻測量結果及耐壓試驗擊穿情況如表5 所示。

表4 故障電纜線路導通試驗結果

表5 絕緣電阻測量結果及耐壓試驗擊穿情況 MΩ

由表5 可知： 線路無斷線故障；B 相為高阻故障；A 相、C 相為完好相。

3.2 故障測距

圖3 10～110 kV 電纜故障探測現(xiàn)場作業(yè)流程

對B 相高阻故障進行故障測距，利用故障測距儀器采用脈沖電流法對B 相高阻故障進行故障測距，試驗波形如圖4 所示。

由圖4 可知，電纜故障點離故障探測點147.9 m。

3.3 故障定點

對B 相高阻故障進行故障定點，基于故障測距結果，利用故障定點儀器采用聲磁同步法在故障區(qū)段內，對B 相進行故障定點，找到離故障點最近位置時的波形如圖5 所示。

經現(xiàn)場核查，此處有電力工井，打開井蓋后，有煙冒出，伴有放電聲傳出。下井查看后，確認故障點為電纜中間接頭，對該中間接頭進行解剖分析，發(fā)現(xiàn)該中間接頭主絕緣上留有半導體線絲未清理，導致線路發(fā)生故障，如圖6 所示。

圖4 B 相故障測距波形

圖5 B 相故障定點測試結果

圖6 B 相電纜故障處解剖

4 結語

隨著城市電纜線路規(guī)模的不斷發(fā)展，電纜故障探測難度大、檢修時間長等問題逐漸凸顯，科學的測試方法既提高了故障搶修的效率，也降低了作業(yè)人員盲目搶修帶來的風險。

提出一種10～110 kV 電纜線路故障探測的方法，通過電纜線路導通試驗進行故障分類，利用絕緣電阻測量確定故障性質，借助低壓脈沖、脈沖電流、二次脈沖等方法判斷故障區(qū)間，最后用聲測定點、音頻感應、聲磁同步等方法進行故障定點。為廣大電力同行處理類似問題提供參考。