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1、电力电缆故障查找的方法与应用 何振铭摘要：本文主要是针对电力电缆故障查找的方法进行研究，研究电力电缆故障 查找的方法以及如何提高故障查找的效率，缩短线路的停电时间。现时电缆故障 的查找的方法其实已经比较成熟，有电桥法、声磁同步探测、二次脉冲法以及耐 压脉冲法等，但方法的运用能否快速准确地定位就因人而异，本人针对电缆故障 的查找的方法，结合本人多年的施工经验，总结出一套有效的电缆故障查找的方 法，大大提高了电缆故障查找的精准率以及效率。关键词：电桥法，声磁同步探测法，二次脉冲法，耐压脉冲法，施工经验， 精准率，效率、八、前言 随着城市的配电网架改造和完善，电力电缆的普及越来越广泛，随之电缆故 障
2、出现的频率就越来越高，所以电缆故障查找变得尤其重要，而且各个地区的供 电局对所属镇街的供电所的停电时效有严格的考核，各镇街的供电所要保证全年 的供电可靠性以及时户数符合指标要求，所以供电所对电缆故障查找的精准度和 效率要求高。现时电缆故障的查找的方法基本成熟，主要有电桥法、声磁同步探测、二次 脉冲法以及耐压脉冲法等，但方法的应用与实践的因人而异，要提高电缆故障查 找的精准度和效率，光靠设备和方法是不够的，因为现场的状况百出，方法不一 定能满足到每个现场的情况，所以本人结合多年的工作经验，总结出一套适用性 广、精准度高、效率快的方法，能满足在各种情况下一小时内查出电缆故障点。1 、电力电缆的种类
3、以及结构1.1 、电力电缆的种类 电力电缆按照电压等级分类，分为中、低压电力电缆（35 千伏及以下）、高 压电缆（110千伏以上）、超高压电缆（275800千伏）以及特高压电缆（1000千 伏及以上）。此外，还可按电流制分为交流电缆和直流电缆。按照绝缘材料分类，分为油浸纸绝缘电力电缆、塑料绝缘电力电缆、橡皮绝 缘电力电缆。1.2、电力电缆的组成结构 电力电缆的基本结构由线芯（导体）、绝缘层、屏蔽层和保护层四部分组成。 线芯是电力电缆的导电部分，用来输送电能，是电力电缆的主要部。绝缘层是将 线芯与大地以及不同相的线芯间在电气上彼此隔离，保证电能输送，是电力电缆 结构中不可缺少的组成部分。屏蔽层，
4、3kV及以上的电力电缆一般都有导体屏蔽 层和绝缘屏蔽层。保护层的作用是保护电力电缆免受外界杂质和水分的侵入，以 及防止外力直接损坏电力电缆2、电力电缆故障的种类2.1 短路性故障 短路性故障有两相短路和三相短路，一般由于制作工艺质量差、白蚁的蛀蚀 等造成，破坏性最大，往往都会造成其他联系的设备损坏，所以该类型的故障必 须快速响应与断开。2.2 接地性故障接地性故障是指电缆芯对大地的击穿，分为低阻接地以及高阻接地两种类型 一般为外力破坏、制作工艺差、绝缘老化等原因造成。对于大接地系统以及接消 弧线圈的接地系统，发生接地故障的线路能运行一段时间。2.3 断线性故障断线性故障是指电缆某一芯或多芯全断
5、或不完全断裂，一般由于电缆受到外 部拉力、地形的变化、短路故障电流烧断等原因造成，这故障不会导致线路跳闸 但会导致用户用电缺相。2.4 混合性故障混合性故障是指以上两种故障的混合。3 、电力电缆故障查找的方法3.1 、故障判断电力电缆故障查找的关键的一步是判断电缆的故障类型，因为这直接决定故 障查找工作之后应选用何种方法以及设备，影响故障查找的效率。上面已经叙述了，电缆的故障分为短路性故障、接地性故障、断线性故障以 及混合性故障。电缆故障的判断一般可以借助绝缘电阻表以及万用表。使用绝缘 电阻表测量电缆每相的绝缘电阻，包括相与相之间、相与大地之间的绝缘电阻， 然后按照不同电压等级的电缆的绝缘电阻
6、标准进行判断电缆的绝缘电阻是否合格 从而判断电缆的是短路性故障还是接地性故障。使用万用表的导通测试功能判断电缆是否断线故障，首先把电缆的各相分别 在另一头短接，然后通过万用表的导通功能测试短接的电缆芯是否导通，从而判 断电缆是否断路。对于接地性故障还需要判断电缆是高阻接地还是低阻接地，因为使用电桥法 测量故障点距离时，必须要把电缆的接地故障由高阻变为低阻，不然无法稳定和 精准地测量。其实按照不同人、不同的方法与使用不同的设备仪器，高阻、低阻 接地的区分标准都不同，一般以10kQ为划分，10kQ以下的是低阻接地，10kQ以 上的是高阻接地，但实际的划分标准主要由我们使用的电桥仪器的直流输出电压
7、等级决定，所以我们必须掌握我们设备的输出的电压等级，通过测试确定适合自 身设备测量要求的高阻低阻标准。3.2 、电缆故障的初步定位初步定位前，我们必须要确定电缆的走向以及长度，这两个参数直接影响电 缆故障的精准定位。电缆的走向需要结合图纸以及地下管道探测仪进行探测。电 缆的长度可以通过测距轮根据走向进行测量，但该方法误差较大，推荐使用低压 脉冲反射法进行测量，低压脉冲反射法测试时，向电缆输入一低压脉冲，该脉冲 沿电缆传播到阻抗不匹配点，如短路点、故障点、中间接头以及终点，脉冲产生 反射，回送到测量点被仪器记录下来，如图3-1所示：图1中，波形上发射脉冲与反射脉冲的时间差对应脉冲在测量点与阻抗不
8、匹配点往 返一次的时间，已知脉冲在电缆中的波速度V,则阻抗不匹配点距离，可由下式计算。L=VA t/2（3-1）根据低压脉冲反射法的原理我们在电缆两头悬空的测量一次波形，然后再在电缆另一头 接地，再测量多次波形，最后把两个波形的重叠对比，反射波的交点与发射波的起点的距离 就是电缆的总长。低压脉冲反射法测量电缆全长还需要确定脉冲波在不同绝缘介质的电缆的传播速度。波 速度可以根据上述的公式，通过测试已知长度的相同绝缘介质脉冲波的传播时间可以计算出 来。现在大部分的仪器都自带不同类型电缆的波速度参数供我们选择。接地性故障的初步定位前，若电缆是高阻接地的，必须要通过烧穿源或焊机等能产生大 电流的设备对
9、故障点进行烧穿，烧穿时间按照电阻的大少而异，一般需要 30 分钟以上时间。低压脉冲反射法以及电桥法都能对电缆故障进行初步定位，但按照本人多年的工作经验 总结，低压脉冲反射法受外界因素影响较严重以及对于波形的判断需要丰富的工作经验，而 电桥法则只受电缆接地的电阻影响，所以电桥法在实际的工作当中更加稳定与准确，而低压 脉冲法只适用于电缆长度的测量。通过低压脉冲法测量电缆长度后，使用电缆故障定位仪（电桥法）测量出电阻比例P%。, 按照下面的公式可以计算出电缆故障点的距离。L1=2P%L（3-2）图 3-2 电桥法测量原理图 对于短路性故障，可以将其转化为接地性故障，将短路的两相或三相的其中一相与大地
10、 可靠连接即可。对于断线性故障，可以通过低压脉冲法测量电缆长度的方法可以测出故障点 的距离。3.3、电力电缆故障的精准定位 根据已探测的路径以及故障点距离，通过使用测距轮，找到故障的大概位置，对于精准 点位可以通过使用跨步电压指示仪或声磁同步探测仪。跨步电压指示仪与声磁同步探测仪都需要通过电缆故障定位电源发射高压脉冲配合才能 工作，电缆故障定位电源的由调压器、电容、电力二极管以及放电球间隙组成，原理是通过 调压器缓慢升高，当电压升高至电缆故障点的击穿值时，电缆故障点将被击穿，发出声光电 磁信号。通过跨步电压指示仪可以检测出电信号，而声磁同步探测仪可以检测出声磁信号。跨步电压指示仪原理是通过微安
11、表测量由故障点向四周发散的故障脉冲电流大小和方向 进行定位。对于环境比较喧闹、电缆埋地较深以及泥地的情况下，使用跨步电压指示仪比声 磁同步探测仪效果更佳。声磁同步探测仪原理是测量故障点发出的声音信号和磁场信号的同步性以及两种信号接 收的时间差的大小进行判断，可以通过探测的声音最大并声音与磁场接收时间差额最小两个 参数可以准确判断故障点的位置，比跨步电压指示仪操作更加灵活方面，适用于更多的地形。跨步电压指示仪与声磁同步探测仪是相辅相成的方法，两种方法的相结合能符合全地形、 全环境的电缆故障查找。4、应用案例案例一 2014年8月顺德区乐从镇怡乐花园公用配电站P04柜4011开关出线低压电缆故 障
12、抢修。当天19时40分，收到供电所急修班负责人的抢修电话，因为时值夏天，加上是居民下 班吃饭时间，所以抢修任务艰巨，供电所负责人要求我们务必在20时45分前找到故障点， 并马上安排施工人员进行修复，在21 时15 分前送电。因为配电站已经是建设多年，所以我们得到的资料很少，甚至连线路走向图都没有。首 先，我们使用绝缘电阻表和万用表对电缆故障进行判断，发现是 AB 相短路接地性混合故障。 知道故障性质后，我们马上进行电缆走向的测量，一边探测一边使用测距轮测量电缆的长度 （电缆全长 123 米），因为测距轮的误差和局限性，我们再用波反射仪器（低压脉冲放射法） 对电缆长度再次进行测量，测量得出长度为
13、128米，测距轮测量与波反射仪器测量的电缆长 度相差 3.9%。确定了走向以及电缆总长后，我们马上使用电缆故障定位仪（电桥法）计算电阻比例， P%为341%，通过公式L1= 2P%。L我们可以得出故障点的长度是L1=2*0.341*128=87.296米。知道电缆故障的点的位置后，我们使用测距轮按照路径走向，走到故障点处，因为测距 论存在误差值，所以我们应该去到90.7米（L1*1.039）的位置。因为现场环境在小区内，比较安静，且路面是水泥地路面，使用跨步指示仪效果不佳， 所以我们使用声磁探测仪进行探测，最后确定了故障点是在89.3米处，与我们计算的电缆故 障点相差1.4米，在半径2米的误差
14、范围内，历时45分钟。若一开始我们使用测距轮测出的电缆长度数据，我们最终计算的故障点位置是83.8米， 与实际的 89.3 米的距离相差了6.5 米，误差很大，而且会大大增加我们查找故障的时间。案例二2012年3月顺德区龙江镇龙江变电站G05柜701开关的高压电缆出线因外力破 坏导致C相破损而接地，导致变电站701开关跳闸，影响较大。因为是外力破坏，故障点的 大概位置已经掌握了，所以我们所有人都觉得故障点会很快被找到，按照常规的方式，我们 确定好故障点的初步位置后，带着声磁同步探测仪去到故障点的大概位置，再结合现场顶管 机的顶管走向，已经能基本确定故障点的位置大概在人行道与花坛交界处。供电所要
15、求我们必须精准定位故障点究竟是在人行道上还是花坛上，因为这关乎到理赔 的问题，若故障点在花坛上的，需要开挖并对花坛的树木和花草进行破坏。所以我们马上使 用声磁同步探测仪进行探测，但因为故障点在马路边，过来的车辆较多，在人行道附近，人 员走动较多，现场环境实在是杂音十分多，最大的问题是电缆的埋深是8 米，所以使用声磁 同步探测仪对故障击穿的声音信号接收极度微弱，磁场信号的接收也十分微弱并不稳定，所 以我们马上改变使用跨步电压指示仪进行测量。在花坛处我们就把探测针插进花坛的泥土里 在人行道的位置，我们在路面晒水，把探测针平放在地上，增大探针的接触面积，跨步电压 指示仪是测量故障点的微电流的大小和方
16、向从而确定的位置的，因为电缆埋深8 米，所以电 流信号比较微弱，但还是能看得出微安表的波动，最终我们使用跨步电压指示仪探测出故障 点的具体位置，开挖后故障点只偏差了0.5 米，历时60分钟。结论 随着电力电缆的不断普及，电缆故障频率的升高，提高电力电缆故障点查找的效率和精 准度势在必行。虽然电缆故障查找的方法与技术日益先进与成熟，但在现场要懂得怎样去运 用，并要在工作当中不断总结及积累经验，本人所总结的方法是经过7 年的工作经验所得， 对于各种类型的电缆故障都有较好的应用，基本都能一个小时内找到故障点，并能把故障点 定位精准定位到半径 2m 范围内。参考文献：1 作者: 王卫东 电缆工艺技术原理及应用2 作者: 魏华勇 电力电缆施工与运行技术3 作者: 朱启林 电力电缆故障测试方法与案例分析4 作者:包玉树 电气设
