电缆故障定位

供电电缆故障定位问题的研究

随着社会的发展，电缆的维护变得越来越重要。电缆无论采取何种结构形式，都处于自然环境之中，由于受气候、周围环境、外力影响以及逐年腐蚀、老化等原因，线路特性会发生变化，甚至出现断线、接地等故障，使线路中断，给人们的日常工作、生活带来不便。为了减少线路故障所占时间，电缆的故障定位显得格外重要。目前电缆故障定位的方法较多，主要有：直流电桥法、低压脉冲反射法、脉冲电压法(冲闪法)、脉冲电流法等等。在实践中，对于不同类型的电缆故障，使用哪一种电缆故障定位方法，迅速准确地查明电缆故障点，对保证线路畅通具有十分重要的意义。

一：造成电缆故障的原因

1、电缆线的机械损伤。当前由于机械损伤引起的电缆故障占电缆事故很大的比例。虽然有些机械损伤很轻微，当时并没有造成故障，但在几个月甚至几年后损伤部位就会发展成故障，影响电缆的使用。

2、电缆线的绝缘受潮。一是因接头盒或终端盒结构不密封或安装不良而导致进水；二是金属护套因被外物刺伤或腐蚀穿孔。

3、电缆线绝缘老化变质。一是绝缘介质电离时，气隙中产生臭氧、硝酸等化学生成物，腐蚀绝缘；二是绝缘中的水分使绝缘纤维产生水解，造成绝缘下降。

4、电缆线过电压。大气与内部过电压作用，使电缆绝缘击穿，形成故障，击穿点一般是存在缺陷。

5、电缆线的设计和制作工艺不良。电缆线的中间接头和终端头的防水、电场分布设计不周密，材料选用不当，工艺不良、不按规程要求制作会造成电缆头故障。

6、电缆线材料缺陷。如对绝缘材料的维护管理不善，造成电缆绝缘受潮、脏污和老化。

7、电缆线护层的腐蚀。如电缆的绝缘物流失油浸纸绝缘电缆敷设时地沟凸凹不平，或处在电杆上的户外头，由于起伏、高低落差悬殊，高处的绝缘油流向低处而使高处电缆绝缘性能下降，导致故障发生。

二：电缆故障定位原理及方法

电缆故障的探测一般要经过诊断、测距、定点三个环节。

2.1 电缆故障性质的诊断

电缆故障性质的诊断就是确定故障电阻是高阻还是低阻；是闪络还是封闭性故障；是接地、短路、断线，还是它们的混合；是单相、两相，还是三相故障。然后根据故障发生时出现的现象，初步判断故障的性质。通过上述判断不能完全将故障的性质确定下来，还必须测量绝缘电阻和进行“导通试验”。进行“导通试验”时，将电缆的末端三相短接，用万用表在电缆的首端测量芯线之间的电阻。

2.2 电缆故障测距方法

目前使用的电缆故障定位方法主要是基于时域反射技术，时域反射技术主要针对有阻抗变化的故障进行精确的定位。该技术通过在被测线对中发送测试信号，同时监测信号在该线对的反射相位和强度来确定故障的类型，通过信号发生反射的时间和信号在电缆中传输的速度可以精确地报告故障的具体位置。当线路输入一个脉冲电波时，该脉冲波便以速度y 沿线路传输，当行距离遇到故障点后被反射折回输入端，测出发射脉冲与反射脉冲之间的往返时间L 用下列公式来计算故障点的距离：

L=T*V／2

式中L为距故障点的距离(m)；T为测得的反射脉冲与发射脉冲间的时间差(μs)；V／2为半波速(m/μs)。

从实际测量中得知，电波在电缆中传播，其传播速度与绝缘介质有关，为获得准确结果绝对需要采用正确的传播速度，如果不知道传播速度，可由已知的完好的电缆长度计算出。

根据电缆故障的类型，可采用不同的电缆故障检测方法，不同的电缆故障检测方法有各自的优缺点。目前国内外应用于电缆放障检测方法主要有以下几种：

1、直流电桥法：适用于低阻接地故障，基于电缆沿线均匀，电缆长度与缆芯电阻成正比的特点，并根据惠斯登电桥的原理，可将电缆短路接地、故障点两侧的环线电阻引人直流电桥，测量其比值。通过调节桥臂平衡所得数据与电缆总长度计算距离测试点与故障点的长度，此种方法要求故障电缆有一好相或有相同型号的辅助电缆，需要知道电缆的准确长度，对于不同材料组成的电缆需要进行换算，不适用于高阻与闪络性故障。其优点是简单、方便、精确度高，缺点是不适用于高阻与闪络性故障。特别是对一些特殊的故障没有明显的低压脉冲反射，但又不容易用高压击穿，如故障电阻不是太高的话，使用电桥法往往可以解决问题。

2、低压脉冲反射法：适用于低阻、短路、断线故障，通过向电缆注入一个低压脉冲，测量故障点的反射脉冲与发射脉冲的时间差来计算故障距离。优点是简单、直观，不需要知道电缆的准确长度；缺点是不适用于高阻与闪络性故障。

3、脉冲电压法(冲闪法)：适用于各种故障，用直流高压或高压脉冲使电缆故障击穿，

然后测量故障点反射脉冲与发射脉冲的时间差来计算电缆故障点。优点是故障的可测率相对较高，测试速度快，不必将高阻与闪络性故障烧穿，直接利用故障击穿产生的瞬间脉冲信号，测试速度快，测量过程也得到简化；缺点是安全性差、波形复杂难以分辨。

4、脉冲电流法：是目前应用最广泛的检测方法，适用于各种故障，用直流高压或高压脉冲使故障点击穿，然后用线性耦合器测量电缆故障击穿时产生的电流脉冲与发射脉冲的时间差来计算故障点距离。其测试线路安全可靠、接线简单并且脉冲电流波形容易分辨。

三、电缆线故障的具体定位

1、声测定点法。声测法是电缆故障主要的定点方法，主要用于测量高阻与闪络性故障，对于低阻故障（金属性短路除外），也可使用该方法。声测定点主要是利用故障点的放电声音定点，使用可调压的高压设备，使故障点击穿放电，故障间隙放电时产生的机械振动，传到地面，便听到“啪、啪”的声音，利用这种现象可以十分准确地对电缆故障进行定点。对于电缆护层已被烧穿的故障，往往可在地面上用人耳直接听到故障点放电声。

2、音频感应法。一般用于探测故障电阻小于10 欧的低阻故障。用音频感应法对两相短路并接地故障，以及三相短路或三相短路并接地故障进行测试，都能获得满意的效果，故障点位置之绝对误差为1～2 米。探测时，用1 千赫的音频信号发生器向待测电缆通音频电流，发出电磁波；然后，在地面上用探头沿被测电缆路径接收电磁场信号，并将之送入放大器进行放大；而后，再将放大后的信号送入耳机或指示仪表，根据耳机中声响的强弱或指示仪表指示值的大小而定出故障点的位置。

3、裸露电缆故障的特殊定点方法。一是局部过热法，在粗测故障点位置后，用手触摸故障电缆，过热处即为故障点。用局部过热法，可以较准确地确定故障点的位置。二是偏芯磁场法，就是沿电缆铅皮均匀分布的电流，而无芯线电流，此时，接收线圈环绕电缆圆周表面旋转一周，线圈中接收到的磁场信号亦无强弱变化。据此便可以测寻出故障点。

4、声磁同步法。在实际测试中，环境噪声的干扰增加了声测法准确辨别的难度。由于故障点放电时，除了产生电声外，还会产生高频电磁波向地面传播。通过同时接收声波和电磁波方法来判断当前的声波是否由故障点放电引起。这就是声磁同步法，它是对声测试方法的改进，提高抗干扰能力。

5、电缆识别方法。对于多条电缆并排敷设的情况，在寻找和排除电缆故障点时，需要区分出哪条是要寻找的电缆。由于通电导体周围的磁场强度与导体的距离成反比，并且电缆的某一相导体不在电缆的轴线上，所以可以通过在电缆的导体对地或两异体之间入音频电流信号，利用探测仪接收电缆周围磁场的变化，来判断所要寻找的电缆。