地铁电力电缆故障测寻方法分析与体会

地铁电力电缆故障测寻方法分析与体会

发表时间：2018-11-13T17:27:35.113Z 来源：《电力设备》2018年第17期作者：顾新

[导读] 摘要：随着电力、能源行业的发展，各种电缆越来越多地运用到生产生活的各个领域，而且一般都埋入地下，当电缆发生故障后，如何快速准确的查找故障点，尽快恢复供电，是长期困扰人们的难题。

（南京地铁运营有限责任公司江苏省南京市 210012）

摘要：随着电力、能源行业的发展，各种电缆越来越多地运用到生产生活的各个领域，而且一般都埋入地下，当电缆发生故障后，如何快速准确的查找故障点，尽快恢复供电，是长期困扰人们的难题。通常，采用高压冲击“闪络法”来测试故障，查找故障。本文结合地铁电力电缆故障的实例，阐述了电力电缆故障检测的方法。

关键词：电力电缆；故障；二次脉冲法

一、电缆故障的探测方法

电缆故障性质判断的方法一般来讲，首先是将故障电缆组与电源及负荷连接解除，使之脱离电源。再按照以下的步骤进行测量，通过对数据的分析从而判断电缆故障的性质。电缆线路故障的探测方法取决于故障的性质，电缆线路故障可分为开路故障、低阻故障及高阻故障三种类型。电缆故障点的粗测，就是测出故障点到电缆任一端的距离，这一步骤是故障定点的必要准备。粗测的方法有很多种，按基本原理分为两类，一类是传统的电桥法，另一类为脉冲反射法。传统的粗测方法是将高阻故障经过烧穿后变成低阻故障，而后用电桥法或低压脉冲法进行测量。使用脉冲反射法探测电缆故障时，无需高阻烧穿，可以直接于故障点加直流高压或冲击高压，使之闪络，找出故障点的位置。

1、直流电桥法。直流电桥法是最早采用的探测电缆故障的方法，多年来一直是测寻电缆故障的主要手段。对于低阻接地及相间短路故障，目前这种方法仍然被广泛采用，而且精度较高。直流电桥法是应用单臂电桥的原理，将电缆故障点两侧的线芯电阻引入直流电桥，测量其比值，由测得的比值和电缆长度可算出测量端到故障点的距离。

2、脉冲反射法。脉冲反射法测量仪器均是根据线路电波的传输及反射原理设计的。根据传输线理论，每条线路都有其一定的特性阻抗Zc，Zc只与线路的一次参数和传输频率有关，而与线路的长短无关。反射程度可用反射点上的反射电压或电流与入射电压或电流之比表示，称为反射系数P。反射系数与线路的特性阻抗和该点的负载阻抗有关，电压反射系数Pu可用下式表示：

Pu=U反/U入=Zx－Zc/Zx+Zc

当线路发生断线故障时，Zx→∞，则PU=Zx－Zc/Zx+Zc=1此时发生正反射，即反射脉冲与入射脉冲方向相同。当线路发生短路故障时，Zx→0，则PU=Zx－Zc/Zx+Zc，此时产生负反射，即反射脉冲与入射脉冲方向相反。

当线路无故障时，负载阻抗Zx=Zc，则PU=Zx－Zc/Zx+Zc=0此时无反射。根据分析可知，不管电缆发生何种故障，故障点的负载阻抗与电缆特性阻抗不相等，就会产生反射。因此，脉冲反射法对于电缆的低阻接地、高阻接地、短路、断线和闪络性故障均适用。

(1)压脉冲法。对电缆的低阻接地，短路及断线故障，低压脉冲法可很方便地测出故障距离。当线路输入一脉冲电波时，该脉冲波以速度V沿线路传输。当行进Lx距离遇到故障点后被反射折回输入端，其往返时间为T，此时有下式:2Lx=VT。则故障点的距离为:Lx=VT/2，电波在电缆线路中的传输速度V与电缆的一次参数有关，对每一种线路来说是一个固定值，所以只要选择对的传输速度，则可以准确地测试出故障点的距离。

(2)冲击闪络法。当故障点处形成贯穿性通道或故障电阻不是很高的情况下，有两种场合不能使用高压脉冲法。①随着电压的慢慢增加，泄漏电流逐渐增大，但故障点并不闪络;②由于泄漏电流不断增大，试验设备的容量受到限制，或由于试验设备内阻很大，导致故障点加不上电压，电压全降在试验设备的内阻上。遇到这两种情况时，必须采用冲击闪络法，冲击闪络法测试原理接线用冲击闪络法测试，直流高压经球隙地电缆冲击直至击穿，产生的闪络电弧形成短路反射。冲击闪络法测试线路必须于球隙与线芯之间串接电感L，这是因为储能电容C的容量较大，对于传输来的高频脉冲电压波相当于短路元件，无法取出反射波形。L对脉冲电压波有反应。脉冲开始瞬间电感中不能流过电流，相当于L开路，发生正反射。然后电流逐渐增大，经过一定时间后，电感中电流可顺利通过，相当于电感短路，变为负反射。所以，冲击闪络法是在测量端利用电感反射电波，并通过电感使测量仪取得故障波形的。

二、二次脉冲法的实例应用

该地铁现场绝缘对线路的三相绝缘电阻测试结果为：AC相电缆绝缘正常，B相电缆绝缘异常。判断是B相发生髙阻接地故障。由于是髙阻接地故障，电缆故障定位系统进行处理，其检测方法为二次脉冲法。根据电缆长度选定测量范围档位“15km档”，先使用低频脉冲对电缆全长进行测量，并以之为根据调整波速。因此，使用此波速对电缆进行二次脉冲测试。

二次脉冲法是第二代波反射法技术的代表，通过对电容器进行充电提高电压，当电压增大到某一值时，与电容器相连的球面间隙则会发生击穿发电，在该电压幅值大于故障点的击穿电压时，高压脉冲把故障点击穿形成燃弧，在燃弧的同时，仪器再发出一个低压脉冲，通过测量此低压脉冲在电弧点的反射时间，计算出仪器到故障点的距离。在电缆内阻抗变化的位置上如电缆故障处和在中间接头上以及分路接头上均会形成反射波，反射波的大小取决于阻抗变化的程度，其计算公式如下：

反射（%）=（Z2-Z1）/（Z2+Z1）×100%

发生短路时，Z2远小于Z1，因此反射率为负值，脉冲信号倒转180°，出现负脉冲。通过反复测试，以低压脉冲的波形为标准，可以看出在故障点会有明显的下降波形，现场测距为320m，如图所示。

故障点精确定位分析及验证，根据冲击波形分析，B相电缆故障点距雄州变电站320米处。因为测量波速度的匹配程度和仪器测量误差，再加上路面未发现施工及明显路面损害，所以必须进一步进行故障测听查找。故障测听是通过对故障电缆施加高压脉冲在故障点处产生击穿，击穿点放电的同时对外产生电磁波同时发出声音，再使用声音检波器进行测听。经过多次测试对比及波形的仔细分析后，变电人员根据定位距离到220kV雄州变电站沿途进行测听，逐步缩小故障搜索范围。然后定位到放电声音最清晰的地点方向，初步确定故障点位置。在对疑似故障点进行开挖后，发现B相顶管破坏，B相电缆用手摸有切面凹口，有明显的放电痕迹，最终确定故障位置。

通过脉冲反射法测量电缆故障，能较好地解决高阻和闪络性故障的探测，而且不必过多地依赖电缆长度，截面等原始材料，根据线路电波的传输及反射原理，根据电缆故障点电阻的高低，向故障线芯加不同的脉冲电压，脉冲电压以电波的形式在故障点与电缆终端头之间往返反射并在电缆的终端将电波记录下来，然后，电波波形求得电波往返反射的时间，进而再根据电波在电缆中传播的速度，计算出故障点到测试端的距离。采用脉冲反射法可以很好的与现代电脑科技相结合，通过不同的分析程序进行故障点的修正，从而使故障的判断更准确。

参考文献

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[2]洪滨,李明.浅谈高压探测电力电缆故障实测案例分析[J].电线电缆,2013(3).

[3]王永红,陈庆国,魏新劳.采用高压电桥方法对电缆击穿点定位[J].电线电缆,2012(4).