武照龙

【摘  要】随着城市的发展，对电力需求不断上升，已运行的电缆往往超负荷运行，加上电缆随着运行年限加长的自然老化过程，以及外力破坏等因素，电力电缆故障率逐年上升。电缆故障后一般不允许重合闸，如果不能快速准确地判断故障点所在位置，将极大地加剧巡检工作量，并引起长时间停电事故，造成严重经济损失，与此同时也给生活及生产带来不便。快速精准地诊断电缆故障对于及时排查故障并恢复供电具有重要意义，因此有必要对电缆故障定位方法进行深入研究。

【关键词】电力电缆;故障;定位方法

1电力电缆故障原因和分类

1.1故障原因

造成电缆故障的原因是复杂的。要想对故障点进行快速判断，就需要对电缆的工作环境以及常见原因有所了解，这也是减少电缆故障的一个重要途径。常见的故障原因主要包括外力破坏、电缆质量、电缆中间头制作不达标、管理存在问题、自然现象造成的损伤以及电缆生产质量等。

外力破坏主要是在未经许可、核实的情况下进行的打桩、开挖等施工破坏电缆而导致的接地短路故障。电缆施工质量问题是未能落实安装要求，在施工过程中走形成碰伤或不合理的机械牵引力对电缆形成拉伤，对于移动设备，通常会出现因固定不够而发生变形、摩擦、拉扯和错位而出现绝缘故障。电缆接头故障的原因大致包括以下几个方面：潮湿环境下未对电缆头进行相关防护;中间接头因密封不良而受潮导致的绝缘层劣化;中间接头导体连接管管口不平整而导致的压接不良;不合理的中间接头设置。电缆的管理方面，存在电缆长期超负荷工作而未进行相关维护，长期处于腐蚀环境中，通过热力管线未采取防护措施，这些都导致电缆的绝缘老化、腐蚀以及过热损坏。

1.2故障分类

类似于电力电缆的分类，从不同层面来看，故障分类有所不同。如封闭性和开放性故障，接地和非接地故障，单相故障和多相故障等。电缆故障主要包括以下几类：开路故障是电缆的护层或导体因断裂而导致电压无法达到对端或是绝缘电阻无穷大的情况;低阻故障是指电缆相对地或两者之间的绝缘损伤，绝缘电阻小到能用抵押脉冲进行测量，其中的特例是短路故障;高阻故障是电缆相对地或两者之间的绝缘损伤后电阻较大，不可通过低压脉冲法来对故障进行测量。

2电缆故障定位方法

截止目前位置，电力电缆故障定位方法主要以离线法为主。离线定位法一般将预定位以及精确定位结合在一起，其中预定位法判断故障所属大致位置，以阻抗法和行波法为主。在阻抗法故障定位中，主要采用是平衡电桥原理。行波法则包含多种定位方法，主要包含脉冲电流法、二次脉冲法、低压脉冲法等多种方法。预定位粗略判断出故障大致位置，然后利用精确定位进行进一步的判断。精确定位法主要包括声测法以及声磁同步法。

2.1阻抗法

使用阻抗法进行故障定位的前提是线路参数已知，并且测量点与故障点之间的阻抗可以测量或计算，并且电缆线路的参数必须均匀分布。在此前提下，故障距离的确定可以通过特定的方程计算而出。

电桥法是阻抗法的一种，在电缆故障定位技术发展初期应用最多的即是电桥法。采用电桥法进行故障定位时，忽略电缆线路的分布参数影响将电缆当作集中参数进行处理，因此在相同时刻下，电缆任何一点的电流大小相等，且不存在相位偏差，电缆的本体电阻与电缆长度呈正比关系。进行故障定位前，应将故障相一端与非故障相一端相连，电桥两臂分别接在故障相与非故障相的另一端，然后调节电桥上的变阻器使得电桥平衡，电桥平衡时电流计指针为0。电桥平衡后利用简单分压关系和已知电缆长度即可求出故障点与观测点的距离。对于低阻类型电缆击穿，一般用低压电桥，而对于断线击穿，则采用电容电桥。电桥法测量结果准确，但需要完好的非故障相作为测量回路，此外，试验电压不能过高。

电桥法故障定位原理简单，测量精度较高，但只适用几种特定类型的故障，对于高阻故障，电桥法失效。由于施加电压较低，在高阻故障下，电桥中流过的电流很小，对电流计的测量精度提出了很高的要求，当精度不够时则容易造成定位不准。此外，使用电桥法需要提前获知电缆的详细参数，这对于工程实践来说往往具有较高的难度，因此随着新技术的不断发展，电桥法逐渐在电缆故障诊断中淡出了舞台。

2.2行波法

行波定位法在架空线路故障诊断中应用广泛，定位精度高，且响应及时，可以快速定位故障点。行波法在电缆中的应用首先是以低压脉冲法出现的，该方法基于电磁脉冲折返射原理，当人为向故障电缆中注入高频电流脉冲时，前行的电流脉冲在遇到故障点时会产生反射，通过记录起始脉冲与反射脉冲的时间差，并利用单端行波定位即可实现故障点的精确定位。最新的低压脉冲法已不需要监测记录的波形主波与反射波来判断时间差，而是通过仪器自动计算，大幅提升了诊断效率，但这种方法也存在着缺陷与不足，如脉冲电压幅值较低，当遇到高阻故障时，反射波微弱以至于无法识别。

脉冲电流法弥补了低压脉冲法难以定位高阻故障的缺陷。该方法需要对故障电缆施加高压，使得故障点发生击穿，产生脉冲电流，然后用高性能监测终端监测并提取故障行波信号，根据行波定位法即可确定故障点所在位置。这种方法大部分场合下可靠性较高，但也存在一定的盲区，且有时故障闪络波形复杂，加大了识别难度，严重时造成定位失败。

在行波定位法的基础上，20世纪90年代衍生了一种被称作二次脉冲法的定位方法，该方法首先发送一个低压脉冲进行电缆长度的测量与校核，得到精确全长后，进一步发送一个高压脉冲使得故障点发生击穿，然后再发送一个低压测试脉冲，即可在被击穿的故障点处形成反射。该方法对于大多数类型电缆故障是适用的，安全性高且精度较为理想，缺点是故障点维持低阻状态时长无法确定，当电缆受潮严重，使得击穿时间增加时，则容易增大定位误差。

2.3声测法

声测法是一种精确定位方法，其通过探听电缆故障点产生的声音进行精确定位，由于声波在介质或空气中传播时衰减极快，通过声音信号即可判定故障点是否在被测点附近。如果电缆敷设较浅或者护层已被破坏，对外会产生较为强烈的放电声音，无需借助外在仪器即可听到放电声音;反之，如果电缆护层未被烧穿，放电声音很小，则需要高精度的声音接收仪器，通过测量微弱振动信号并进行转换以及放大后才能变成可听声音。声测法仪器结构及原理简单，价格相对低廉，定位精度高，缺点是容易受噪音干扰，当现场环境噪声较大时可能无法利用该方法进行故障诊断。

2.4声磁同步法

考虑到声测法容易受噪音干扰的特点，需要结合其他技术手段进行辅助定位。故障发生时，放电不仅产生机械波性质的声波，还产生电磁波，同步向周围空间辐射。由于电磁波传输速度远高于声速，因此仪器总是先检测到电磁波，然后才测到声波。在电缆故障点正上方时，测量到的电磁波与声波时差最小，通过这种方法判断电缆故障点的精确位置。由于磁場信号抗干扰能力强，因此声磁同步检测法比单一的声测法精度更高，也更加可靠，因此应用更加广泛。

结语

目前电缆故障诊断技术已多样化，为电缆故障的快速排查提供了有力的解决手段，然而对于电缆故障的预防及预警尚缺少有效手段，相关研究工作尚处于摸索阶段，需进一步加深研究，从而在根本上避免故障的发生。

参考文献：

[1]马晓燕.电力电缆故障定位方法[J].卷宗，2014（1）：167-167.

[2]电力电缆故障定位方法研究及在线检测装置实现[D].华北电力大学，2015.

（作者单位：广东威恒输变电工程有限公司）