管道內地下電纜故障定位技術研究

王坤

摘 要：電纜故障可以定義為影響電纜性能的任何缺陷，地下電纜的各種故障都是不相關的，電纜故障定位的成功在很大程度上取決于實際運行情況和檢修人員的工作經驗。在大多數國家，地下電纜一般鋪設在PVC管或其他類型管道內。如果將電纜直接埋在地下，對電纜故障進行定位會容易得多。但是當電纜敷設在導管內時，精確定位故障位置的難度就會顯著增加。本文主要介紹了管道內地下電纜故障定位的各種設備和方法，并分析這些方法的優缺點。

關鍵詞：電纜故障;故障定位;地下電纜;電纜管道

1引言

隨著城市電力需求的不斷增長，供電網絡的安全性和可靠性會變得越來越重要。但是供電網絡的智能化發展必然導致電網結構越來越復雜，其構成的組件也越來越多，這些組件可能會發生故障并中斷終端用戶的電力供應[1]。在世界范圍內運行的大多數低壓和中壓配電線路中，地下電纜已經被推廣使用了幾十年。地下高壓電纜因其不受天氣條件、暴雨、風雪和污染的影響而越來越多地被使用。盡管電纜的制造技術在穩步提高，但仍存在許多可能導致電纜在運行或測試過程中失效的因素[2]。在過去，定位直埋電纜下的任何故障是相對較為容易的。但是對于鋪設在管道內的地下電纜，定位電纜故障會變得困難得多。充分利用地下電纜管道內故障定位技術具有較為重要的實際意義。

2故障預定位方法

2.1多脈沖法

多重脈沖法（MIM）是目前最先進的電纜故障預定位方法。在每一個電纜故障鐘，無論是高阻或間歇故障，都不能直接通過時域反射儀（TDR）的方法來表征。TDR發出的低電壓脈沖在故障位置并沒有反映出來，因為故障阻抗相對于電纜正常部分的絕緣阻抗并沒有明顯降低。基于這一研究背景而設計出多重脈沖法，多重脈沖法是由耦合浪涌發生器產生的單個高壓沖擊來實現故障定位的。可以將高阻故障暫時改變為短路，因此可以通過名為二次脈沖法（SIM）的第二個TDR脈沖或名為多次脈沖法（MIM）的多個二次脈沖來檢測電纜故障。低壓TDR脈沖通過耦合單元耦合到浪涌發生器的高壓輸出。多重脈沖法（MIM）基本上是二次脈沖法（SIM）的一個更高級的發展。MIM的最大優點是它可以在更寬的時間范圍內監測電纜故障狀態。因此不再需要手動調整觸發延時時間，也不需要重復調試。

2.2沖擊電流法

上一小節提到的基于TDR脈沖的電纜故障預定位方法通常受到很長的電纜中信號的阻尼或沿電纜接頭反射的影響。阻尼的影響可能是由于電纜護套的腐蝕或接頭中的任何其他影響造成的。換句話說，任何對電纜長度電阻有影響的因素都會影響阻尼。在很長的電纜中，電纜的自然阻尼可能導致TDR脈沖在返回到時域反射儀之前被阻尼掉。因此，TDR方法無法適用于長電纜的故障定位。而脈沖電流法（ICM）可以很好地應用于這種情況。當浪涌發生器釋放高壓脈沖時，在故障點發生閃絡。這種閃絡導致瞬態電流波沿著浪涌發生器和閃絡點之間的電纜護套傳播。這種電流波將從故障點到電纜的起點重復地來回傳播。這個脈沖的間隔就可以確定為故障距離。對于耦合單元，電感耦合器（SKID）連接到浪涌發生器（SSG）電纜的護套。時間與反射儀可以設置為自動調整，并在屏幕上顯示圖形。由于瞬態電流波的脈寬較寬，ICM方法更適用于長電纜。

3精確定位方法

3.1聲學定位方法

在與直埋電纜具有相似特性的管道內敷設電纜，往往很難出現導針高阻故障和間歇性故障[3]。聲學方法可以準確地定位故障位置。作為信號源，浪涌發生器采用重復脈沖模式。來自浪涌發生器（SSG）的高能脈沖產生沿電纜傳輸的電壓脈沖。閃絡發生在故障點。這些重復的噪音/聲音是通過地面上的麥克風、接收器和耳機檢測到的。故障距離麥克風越近，從閃絡噪聲中檢測到的振幅越大。如果把它直接放在故障位置的頂部，就可以檢測到最高水平的閃絡噪聲。使用能量較高的浪涌發生器可以產生較高的閃絡噪聲。閃絡噪聲的大小取決于電纜管道埋地的深度，但即使電纜故障在管道內，通常也能聽到閃絡噪聲。

聲學故障定位裝置包括接收機和地面麥克風，具有數字傳播時距測量的特殊特性。首先，地面麥克風測量可沿高壓脈沖傳播的電纜記錄的電磁信號。由于這個信號在通向故障的所有電纜跟蹤中都是可用的，因此可以進一步使用它來確保遵循“電纜跟蹤”。最大信號可以確認地面麥克風的位置現在是直接在電纜的上方。其次，地面傳聲器在靠近故障位置時，通過地面檢測來自故障的閃絡噪聲。因此，每一個閃絡都會觸發兩個不同的觸發器：電磁觸發器和聲觸發器。這兩種信號的傳播速度不同。此外，距離故障的距離會影響觸發聲觸發和電磁觸發的差異。數字接收器自動轉換從故障位置測量的時間（傳播時間），并用數字儀表指示距離。根據儀表指示，距離指示最近的地方，可以找到故障位置。

3.2步電壓法

當電纜故障與土壤或地面直接接觸時，使用浪涌發生器不會在故障點產生閃絡。當沒有聲音信號或聽不到閃絡噪聲時，不可能使用聲學方法對電纜故障進行定位。這種情況主要是由于地下電纜完全燒毀[4]。利用階躍電壓法可以準確地定位出這些類型的電纜故障。低壓電纜以及引導電纜（信號線）的故障通常很難確定，這是因為施加在電纜上的高電壓沒有足夠的浪涌能量來產生強烈的可聽閃絡。由于這些電纜主要是未屏蔽的，所以在大多數情況下，故障電纜與周圍的土壤直接接觸。在這種情況下，步進電壓法更加適用。

另一種表現類似情況的故障類型是電纜護套故障。由于沒有確定的電位點，電纜外保護PVC管絕緣處的故障無法通過聲學方法定位。因此，產生強閃絡噪聲同樣困難。采用步進電壓法可以實現電纜護套故障的定位。這種方法也可以定位沿電纜的幾個護套故障。當地面探頭沿電纜軌跡放置在地面上時，接收機中的電位計將指向電位較高的方向，即故障點。順著這個方向直到電位計指向零。然后確定故障位置。

4結論

管道內電纜故障的定位有多種方法，采用不同的技術。了解和應用不同的電纜故障定位技術，可以使電氣技術人員在電纜敷設在管道內時也能更容易、更快地定位電纜故障。重點是了解環境條件，如土壤條件、天氣條件、道路條件等，以及了解電纜的故障情況。此外，使用正確的設備可以縮短電纜故障定位的時間。

參考文獻：

[1]陳本學，王曉梅，馬文華.一種地下電纜中間接頭故障定位裝置設計[J].集成電路應用，2020，37（02）：86-87.

[2]唐陽，李君豪，熊雙菊，謝詩雨，王勁峰.基于小波分析的地下電纜故障定位仿真研究[J].電子科技，2019，32（09）：60-64.

[3]張姝，林圣，唐進，何正友.基于雙層阻抗模型的三相單芯電纜自恢復故障定位[J].電工技術學報，2016，31（17）：1-10.

[4]姚勇光，高舜宇，郭克.基于小波分析的地下電纜故障定位仿真研究[J].機電工程技術，2015，44（09）：127-130+200.

作者簡介：王坤，漢，男，重慶，1991.04.06，學歷本科，職稱工程師，中國電建集團貴州工程有限公司，研究方向：電力施工管理。