电力电缆故障分析与测距研究

电力电缆故障分析与测距研究

王晓东

（国网上海市南供电公司201199）

摘要：电缆事故一旦发生极易造成大面积停电或生产事故，致使经济受到重大损失，有时还会引起社会负面影响。而电缆事故发生时，事故类型复杂，事故点不易见、难于查找，尤其是敷设于水下、地下等隐蔽的场所，查找事故点非常困难，电缆事故点定位是排除电缆故障的前提条件，准确的电缆故障定位技术可以缩短查找故障点的时间，有利于快速排除故障，减少由电缆故障带来的损失。本文探讨研究了电力电缆故障分析与测距的相关内容，旨在提供一定的参考与借鉴。

关键词：电力电缆；故障分析；测距

1电力电缆故障分析与测距现状分析

电力电缆故障检测技术方法较多，总体上可以分为阻抗法和行波法两类。阻抗法是在应用欧姆定理的基础上发展而来的，它主要是以检测线路阻抗的不同而实现测距目的。行波法主要是利用波的传播理论为基础发展而来。根据是否离线的需要，行波法有离线检测与在线检测两个分支。离线检测是应用最广泛的测量方式，在线检测以往仅处于理论研究阶段，在近些年才得以实际应用。目前依托计算机技术发展的实时专家系统可以实现对电缆进行自动检测；采用高速光电传感技术，利用光纤对电缆进行在线故障检测；近年还出现了将全球定位系统(GPS)技术应用于故障在线检测的方法。

随着电磁波理论的发展，行波技术在电力电缆故障测距方面得到广泛应用，特别是小波理论的研究是近年国内外科研人员的主要研究课题。该法利用小波奇异点检测确定线路故障发生时刻及其两次行波波头到达检测点的时间间隔，从而推算出故障位置，达到故障定位的目的。小波变换在电力系统中应用虽然仍处在初步发展阶段，随着科学技术的不断发展，特别是数字信号技术的发展，小波技术在电力电缆故障测距方面将会有广阔的发展空间。

2电力电缆故障分析与测距技术应用研究

2.1电力电缆故障性质的分析

电力电缆故障性质的分析，就是先要确定电缆故障的类型与严重程度，以便测试人员选择适当的故障测距与定点方法。首先测试故障电缆的绝缘电阻，测量每相对地电阻确定是否是接地故障，相间电阻判断是否为短路故障，阻值判断是高阻或低阻故障。对于阻值较低的低阻型故障还应该用万用表测量电阻值，判断其是否为金属性接地故障。在测量电缆各相绝缘电阻值后，还应对电缆的连续性进行校验，排除断线故障的可能性。

2.2电力电缆故障粗测

（1）电桥法。基于电缆长度与缆芯电阻成正比的特点和惠斯登电桥的原理，可将电缆短路接地、故障点两侧的环线电阻引入直流电桥，测量其比值。由测得的比值和电缆全长，可算出测量端到故障点的距离。电桥法的优点是比较简单，精确度较高，但只适用于低阻故障，一般的高阻和闪络性故障不易探测。

（2）脉冲电压法。利用直流高压或脉冲高压信号把故障点击穿，然后通过电压脉冲在观察点与故障间往返一次的时间来测距，它适用于高阻和闪络性故障。优点是不必将高阻与闪络性故障击穿，测试快；适用于各种故障，对电缆原始资料的依赖性少。缺点是安全性差，易发生高压信号渗入，损坏仪器；测试可靠性差，增强了复杂性且降低了电容放电时的电压，使故障点不易击穿；在故障放电特别是冲闪时，波形难以分辨。

（3）脉冲电流法。脉冲电流法是通过一线性电流祸合器测量电缆故障击穿外产生的电流脉冲信号的方法。它实现了仪器与高压回路的电祸合，省去了电容与电缆之间的串联电阻与电感，简化了接线，传感器祸合出的脉冲电流波形较容易分辨。所以相对于脉冲电压法而言，此法得到了更广泛的应用。

（4）低压脉冲法。低压脉冲法是测试时向电缆注入一低压脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点，如断路点、短路点、中间接头等，通过故障点反射脉冲与发射脉冲的时间差原理来测距。根据波形极性还可判断故障性质，如短路故障的反射脉冲与发射脉冲极性相反，断路故障反射脉冲与发射脉冲极性向同，因此低压脉冲法适用于测试交联电缆低阻、短路、断路故障。

2.3电力电缆故障精确定点

（1）声测法。该方法利用直流高压设备向电容器充电、储能，当电压达到某一数值时，球间隙击穿，设备和电容器上的能量经球间隙向电缆故障点放电，产生机械振动声波，用人耳或设备的听觉来区别。能量大的放电，在地表上就可以辨别，能量小的就需要用灵敏度较高的拾音器设备，来找出放电声音最大的位置。该方法主要用于电力电缆高阻故障的定点。

（2）音频信号法。如果发生了低阻故障，就很难或听不到声测法所检测到的放电声音。这时可以使用音频信号法通过检测地面上磁场的变化，并根据耳机中响声的变化可探测故障点的位置。音频信号在故障点正上方接收到的信号会突然增强，过了故障点后信号会明显减弱或消失，则音频信号最强处即为故障点。

(3)声磁同步法。其基本原理是向电缆施加冲击直流高压使故障点放电，在放电的瞬间电缆金属护层与大地构成的回路中形成感应环流，从而在电缆周围产生脉冲磁场。仪器接收脉冲磁场信号和从故障点发出的放电声音信号，根据检测到的声磁两种信号时间间隔最小的点即为故障点。此法优点在于定点精度较高，抗环境干扰性强，信号易于理解和辨别。

(4)跨步电压法。跨步电压法，通过向故障相和大地之间加入一个直流高压脉冲信号，在故障点附近用电压表监测放电时两点间跨步电压突变的大小和方向来找到故障点。此法优点是可以指不故障点的方向；缺点是只能查找直埋电缆外皮破损的开放性故障，不适用于查找封闭性或非直埋电缆的故障。

3结语

综上所述，电力电缆故障分析和测距，是一项技术性和经验性很强的工作。其理论基础相对成熟，但与现场环境、系统运行方式等多方面都密切关联，而故障测距定位经验是一个缓慢积累的过程。故障成因及现象千差万别，这一切都需要在掌握理论知识的基础上，灵活运用所学的理论，结合丰富的现场实际经验，分析波形的突变拐点，才能快速准确地找出电缆故障，及时排除线路故障而迅速恢复供电，尽可能减小经济损失。

参考文献

[1]李娟.基于SOPC技术的电缆故障测距系统的研究[D].上海交通大学,2007.

[2]方磊.电力电缆故障定位方法研究及在线检测装置实现[D].长沙理工大学,2009.

[3]陈德超,李鸿,韩聪.基于谐波的电力电缆单相接地故障在线测距方法研究[J].电力学报,2014,03:193-196.