电力电缆故障测距方法的研究

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２ ． １ ． ３ 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相同，因此 低压脉冲法适用于测试交联电缆的低阻、短路、断
１ 电力电缆故障产生的原因及分类
１ ． １ 电力电缆线路故障产生的原因
题； 运行中期（ ５一２ ５ 年内） ，电缆本体和附件基本 进人稳定时期， 线路运行故障率较低，故障主要原 因是电缆本体绝缘树枝状老化击穿和附件呼吸效应 进潮而发生沿面放电；运行后期（ ２５ 年后） ，电缆 本体绝缘树枝老化、电一 热老化以及附件材料老化 加剧，电力电缆运行故障率大幅上升。 电力电缆的故障原因大致可归纳如下： ） 绝缘老化变质。电缆绝缘长期运行工作， ａ 受到伴随电作用而来的化学、热和机械作用，介质 发生物理化学变化， 介质的绝缘水平下降。 ） 过热。电缆绝缘内部气隙游离造成局部过 ｂ 热， 使绝缘炭化。电缆过负荷产生过热， 安装于电
电缆故障测距中，行波测距法优于阻抗测距法，并对行波法今后发展的方向提 出一些设想。 关键词：电力电缆；故障测距；行波测距法；阻抗测距法 中图分类号：Ｔ Ｍ７ ５ ５ 文献标志码： Ａ
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图 １ 电缆故障等效电路
图１ 中， Ｒ ｓ ｍ 为绝缘电阻， Ｇ ｂ 是击穿间隙（ 其 击穿电 压为 Ｕ ｇ ） ，Ｃ ｄ、 为局部分布电容， 不同的故
障， Ｒ ｉ ｎ ｓ ， Ｇ ｂ ， Ｃ ｄ ｉ ｓ ， Ｕ ｇ 的 数值变化 很大。 间隙 击 穿电 压Ｕ ｇ 的 大小取决于放电 通道的 距离， 绝缘电
点， 提出了行波故障测距方法。行波测距法利用行 波在测量点到故障点之间往返一次的时间， 经过简 单运算即可得到距离。 在行波信号的获取和识别上 国内外学者提出 了许多不同的方法， 第一类是利用电压行波信号的 方法。但是，电压行波信号不易获取，因此，利用 双端电压行波信号对电缆故障测距的方法并未得到 推广应用。第二类是采用电流行波信号的测距方 法。目 前国内基本上只采用电流行波进行故障测 距， 其原因：当母线出线较多时，电压信号 比较 弱，而电流信号却很强，电流行波信号比 较容易获 取。在工程应用上，与以上两类方法相对应的方法 有低压脉冲反射法、脉冲电压法和脉冲电流法等。 ２ ． １ ． １ 脉冲电压法
随着电缆应用成本的下降和城市电网改造工作 的开展，经济的飞速发展及城市规模不断扩大。考 虑到城市建设规划，电网的安全运行以及供电可靠 性等因素，电力电缆获得了越来越广泛的应用，电 缆会逐步取代架空线输送电能。但随着电缆规模越 大，运行时间越长，电缆故障会越来越频繁。地下 电缆一旦发生故障，寻找起来十分困难， 不仅需浪 费大量的人力物力，而且还将带来难以 估量的停电 损失。到现在为止，如何准确、迅速、经济地查找 出电缆故障仍是一个难度非常大的课题，日 益受到 国内各供电企业和技术人员的关注。
２ ． ３ 其他方法 除上述行波测距法和阻抗测距法之外，国外还 有学者提出利用分布式光纤温度传感器监测电缆沿 线的温度变化情况来进行故障定位的方法。根据专 家对电缆发展趋势的预测 ， 未来所有的电缆都可能 配备适当的光纤系统，该光纤系统或者包含在电缆 内部或者紧紧环绕电缆。因此利用光纤温度传感器 来实现电缆故障测距的方法前景光明。 关于在线和离线测距的问题。目 前大部分电缆
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电力电缆故障测距方法的研究
赖晓峰
（ 广州南方电力建设集团有限公司， 广州 ５ １ ６０） ０
摘要：电力电缆获得越来越广泛的应用，但电力电缆故障测距仍然缺少有效的方法，为此，对现有电缆故障测 距方法的原理和方法进行研究和比较， 侧重比较 了行波测距法与阻抗测距法的优缺点，最后得 出结论：在电力
．１ ２ ． ４ 二次脉冲法 二次脉冲法的出现，使电缆高阻抗故障测试变 得十分简单，成为最先进的测试方法。其工作原 理：因为低压脉冲准确易用，结合高压发生器发射 冲击闪络技术， 在故障点起弧的瞬间通过内部装置 触发发射一低压脉冲，此脉冲在故障点闪络处（ 电 弧的电阻值很小） 发生短路反射，并将波形储存记 Ｊ 忆 在仪器中，电弧熄灭后， 复发一低压测量脉冲到 电缆中， 此低压脉冲在电缆故障点不能被反射， 直 接到达电缆末端，并在电缆末端发生开路反射， 将 两次低压脉冲波形进行叠加对比， 非常容易判断故 障点位置。 当前， 二次脉冲法是一种很成熟也比较有效的 方法。其优点是：接线简单，切换容易，安全可 靠；自 动化程度高， 实现自 动匹配、自 动判断、自 动计算； 测量精度高，结果准确。国内外多家厂家 都在生产这种装置， 运用较多的是车载型电缆故障 测试仪， 离线测量是其一大特点。
路故障。
障测距，而不能用于高阻故障和闪络性故障，但 是， 据统计，电力电缆有 ６ ０％以上的故障是高阻 抗故障， 在预防性试验中被击穿的故障有 ９ ０％以 上是高阻抗故障。对于电缆线路，比 较典型的阻抗 测距方法有如下两种： ） 根据电弧呈电阻性的特性， ａ 再利用分参数 线路理论就可以求出沿线路各点的电压与电流，在 故障点处电流和电压是同相位的， 推导出故障定位 方程，采用的是单端电压电流信息。 ） 根据线路的长线方程，分别由两端计算出 ｂ 故障点电压幅值应相等的结果，就可以知道故障时 沿线电压的分布规律。使用搜索迭代的方法可以计 算出故障点的位置，因为采用的是电压的幅值，故 不要求双端数据同步，这是一种双端测距方法。
流的影响， 埋地电缆的铅或铝包遭到腐蚀而损坏。 ） 绝缘受潮。中间接头或终端头在结构上不 ｅ
广 东 电 力
第２ ０ 卷
密封或安装质量不好而造成的绝缘受潮。 ） 过电压。过电压主要指大气过电压和内过 ｆ 电压。许多户外终端接头的故障是由大气过电压引 起的，电缆本身的缺陷也会导致在大气过电压的情 况下发生故障。
） ９ 材料缺陷。电缆制造问题、电缆附件制造 上的缺陷和对绝缘材料的维护管理不善等都可能使
电缆发生故障。 ） 设计和制作的工艺问题。 ｈ １ ． ２ 电缆故障类型 １ ． ２ ． １ 从形式上分 电缆故障从形式上可分为串联与并联故障。串 联故障是指电缆一个或多个导体（ 包括铅、铝外皮） 断开。通常在电缆至少一个导体断路之前，串联故 障是不容易发现的；并联故障是指导体对外皮或导 体之间的绝缘下降， 不能承受正常运行电压。实际 的故障组合形式是很多的， 几种可能性较大的故障 形式是一相对地、两相对地和一相断线并接地。电 缆故障点的等效电路见图 １ 所示。
分辨出故障。
第６ 期
赖晓峰：电力电缆故障测距方法的研究
２ ． １ ． ２ 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 故障击穿时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， 传感器藕合出的
脉冲电流波形较容易分辨。
阻Ｒ 二 的大小取决于电缆介质的炭化程度，而分布 电容 Ｃ ｄ 、 的大小取决于故障点的受潮程度，数值很
小 ，一般可以忽略。
１ ・ ２ ． ２ 从故障情况分
根据故障电阻与击穿间隙情况，电缆故障可分 为开路、低阻、高阻与闪络性故障。 ） 开路故障。电缆的各芯绝缘良好， ａ 但有一 芯或数芯导体断开或虽未断开， 但工作电压不能传 输到终端， 虽然终端有电压但负载能力较差。 ） 低阻故障。电缆的一芯或数芯对地的绝缘 ｂ 电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于正常阻值较多，
缆密集地区、电缆沟及电缆隧道等通风不良 处的电
缆、穿于干燥管中的电缆及电缆与热力管道接近的
电力电缆线路故障率和多数电力设备一样，投
人运行初期Fra Baidu bibliotek １一５ 年内） 容易发生运行故障，主要
原因是电缆及附件产品质量和电缆敷设安装质量问
收稿 日 期 ：２ （ ） ０ ６ 一 １ ２ 一 １ ８
部分等， 都会因本身过热而使绝缘加速损坏。 ｃ ）机械损伤。 如挖掘等外力造成的损伤。 ） 护层的腐蚀。因受土壤内酸、碱和杂散电 ｄ
它首先利用直流高压或脉冲高压信号的作用把 电缆故障点击穿， 然后通过测定放电电压脉冲在观
察点与故障之间往返一次时间来测距。它适用于高 阻抗和闪络性故障。其优点是不需要将高阻抗与闪
络性故障击穿，直接利用故障击穿产生的瞬间脉冲 信号。因此，测试速度快， 适用于各种电缆故障， 对电缆原始资料的依赖性少，所获得波形简单易理 解。其缺点是： 安全性差； 测试可靠性差；不容易
第２ ）卷 第６ （ 期 ２ ０ ０ ７ 年６ 月 文章编号： １ ０ ０ ７ 一 ２ ９ ０ Ｘ （ ２ ０ ０ ７ ） （ ） ６ 一 ０ ０ １ １ 一 ０ ５
广 东 电力
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Ｖｏ ｌ ． Ｚ ＯＮｏ ． ６
２ 国内外对电力电缆故障测距的理论研究
及应用现状
电力电缆故障测距方法在原理上可分为两大 类： 行波法和阻抗法， 其中包括单端法和双端法。
２ ． １ 行波测距法
行波故障测距的研究可追溯到 ２ ０ 世纪 ５ ０年
代，人们根据电压和电流行波在线路上有固定的传
播速度（ 电力电缆的波速为 １ ０一２ ５ ０ｍ ／ 哪） 这一特
电阻值低于 １ ０２ 。 （ ２ 。 为电缆线路波阻抗） 而芯线连 接良好。一般常见的这类故障有单相接地、两相或 三相短路或接地。 ） 高阻抗与闪络性故障。电缆的一芯或数芯 ｃ 对地的绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于正常 阻值较多，但高于 １ ０Ｚ ｃ ，而芯线连接良好。若故 障点没有形成电阻通道，只有放电间隙或闪络性表 面， 此时故障即为闪络性故障， 据统计， 这两类故 障约占整个电缆故障的 ９ ０ ％。实际发生的故障绝 大部分是单相对地绝缘下降故障。