電纜故障測試方法探討

李偉

摘 要：隨著電力行業(yè)和城市建設的快速發(fā)展，供電和用電都大量地采用電纜來送電，這樣既提高了供電的安全性和可靠性，又符合城市建設和景觀美化的要求。如何保證電纜的安全和可靠運行就成了供電企業(yè)的一項重要工作，當電纜出現(xiàn)故障的時候，快速準確地找到電纜故障位置并進行修復是目前我們工作的一個重點和難點。

關鍵詞：故障類型；低壓脈沖法；高壓脈沖法；燒穿

1 電纜故障的類型及測試方法

根據(jù)電纜故障發(fā)生的性質(zhì)和特點，我們一般將其分為以下幾種：

（1）開路性故障；

（2）短路性故障；

（3）高阻泄漏性故障；

（4）閃絡性故障。

常見的測試方法有高壓電橋法和脈沖測距法，電橋法優(yōu)點是簡單、方便、精確度高，但是電橋法只能測試單相和兩相開路故障和短路故障，而不能測量三相短路或斷路故障，也不能測試高阻泄漏性故障和閃絡性故障，實際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡性故障。脈沖測距法采用的是雷達測距原理，向電纜注入一個電脈沖，該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點，如短路點、故障點、中間接頭等，脈沖產(chǎn)生反射，回送到測量點被儀器記錄下來。發(fā)射脈沖與反射脈沖的時間差△t，對應脈沖在測量點與阻抗不匹配點往返一次的時間，已知脈沖在電纜中的波速度V，則故障距離，可由該公式進行計算：L=V·△t/2。

由于電橋法測試電纜故障的局限性，目前已經(jīng)少使用，目前大量使用的電纜故障測試儀是基于脈沖測距法，因此作者重點討論脈沖測距法在電纜故障測試中的應用和分析。

2 脈沖測距法的應用

脈沖測距法可分為低壓脈沖法和高壓脈沖法（也叫沖閃法）。低壓脈沖法其電脈沖的幅度為100伏左右，脈沖寬度為1微秒左右，低壓脈沖只能測試開路故障和短路故障。高壓脈沖法（沖閃法）其電脈沖的幅度可高達幾萬伏，脈沖寬度可達幾十毫秒，這樣的電脈沖是具有一定能量的，可以將高阻泄漏性故障和閃絡性故障瞬時擊穿，形成短路性質(zhì)的故障，并有反射回波。

3 低壓脈沖法測試電纜故障

故障點的特性阻抗不同，則反射波也不同，對于開路故障，反射波和發(fā)射波同相。短路故障，反射波和發(fā)射波反相，因此我們可以從發(fā)射波的方向來判斷故障性質(zhì)，通過反射波和發(fā)射波的時間間隔來確定故障點的距離。低壓脈沖法適用于測試斷線故障及低阻故障（100歐以下為低阻，100歐以上為高阻）。經(jīng)過現(xiàn)場實踐證明，低壓脈沖測試法測試開路故障及低壓故障，測試波形清晰直觀，很容易判讀。

4 高壓脈沖法（沖閃法）測試電纜故障

高阻故障及閃絡性故障可用沖閃法進行測試，對于沖閃法測試電纜故障我們并不陌生，它采用試驗變壓器將電壓升到上萬伏，再經(jīng)過整流并給電容充電，當電壓足夠高的時候，就將球間隙擊穿，這樣就可形成一個高壓脈沖，這個高壓脈沖具有足夠能量來擊穿電纜的高阻泄漏性故障和閃絡性故障。

采用高壓脈沖將故障擊穿的目的是測試電纜故障的距離，如何獲取高壓脈沖測試時的波形是測試的關鍵，目前有分壓法和耦合法兩種。這兩種方法我們都使用過，下面就分壓法和耦合法的特點和優(yōu)缺點進行對比分析。

4.1 分壓法

為了讓測試儀器能夠測試并顯示高壓脈沖擊穿故障點的波形，采用了電阻分壓的方法，R1是一個大功率的水電阻，其阻值為50MΩ～100MΩ，R2是一個100Ω的電阻，利用這兩個電阻的分壓關系，幾十千伏的電壓只在R2電阻有幾伏的壓降，這樣就可以接到測試儀上。由于我們關心的是反射的脈沖波，高壓首先將球間隙擊穿，高壓脈沖再將故障點擊穿，波形的反射是疊加在高壓脈沖上的，為了獲得反射波，需要在測試點前接入一個電感L，否則，這個反射波就會被電容接地短路掉，無法觀察。通過我們實際使用和電路分析，高壓脈沖分壓法有明顯的不足：

（1）安全性差，儀器接入高壓回路中，對測試人員和測試儀器都有安全威脅。

（2）波形特征不明顯，由于要對上萬伏的高壓脈沖進行大比例的衰減才能接入儀器中，脈沖反射本來只是寄生在大震蕩波形之中，這就使得波形更小，極難分辨。

（3）采集信號比較困難，由于共模干擾的存在，測試過程中很容易造成儀器死機、黑屏等現(xiàn)象。

（4）不能對故障點是否已經(jīng)擊穿給出準確的判斷，當采集不到波形時，不能確定故障點是否擊穿，或是其他原因。

（5）L、R1、R2等的存在使電路的電氣特性復雜化，尤其是分壓電阻（一般為水阻）對采集波形起到關鍵作用的選擇要求很高，如阻值配備不合適將給波形的采集和判讀造成很大麻煩。

4.2 耦合法

高壓脈沖耦合法取樣采用線性電流耦合器采集電纜中的電流行波信號。

線性電流耦合器L放置在儲能電容C接電纜外皮的接地引線旁，感應地線中的電流變化磁場。

經(jīng)過現(xiàn)場實測證明，不管是中遠距離故障，還是近距離故障，高壓脈沖耦合法測試波形都很好，波形穩(wěn)定，故障特征明顯。

5 故障點不能擊穿的解決方法

我們在故障測試中經(jīng)常會碰到故障點無法擊穿，無法測到故障點波形，現(xiàn)根據(jù)作者日常經(jīng)驗，提出以下幾點個人見解。

（1）提高電壓（即拉大球間隙距離）。

（2）增大電容容量，使用兩個或以上的電容器串聯(lián)。

（3）采用“機關槍法”。

當拉大球間隙，提高脈沖電壓，或者增大電容的容量，都不能將故障點擊穿，而提高脈沖電壓和增大電容容量可能會受到設備容量和耐壓等級限制。當使用直流高壓發(fā)生器或者試驗變壓器給電纜加壓時，隨著電壓的提高電流很快增大，甚至超過了試驗設備的容量范圍，故障點仍然不能擊穿。為了解決這個問題，作者進行了大量的試驗和分析。故障點擊穿并形成放電現(xiàn)象，需要有足夠能量，能量的大小與電流、電壓以及所施加的時間都有關系。用直流高壓發(fā)生器或者試驗變壓器給電纜加壓時，所能施加的電壓和電流都不大。用高壓脈沖法，雖然能提供足夠高的電壓和電流，卻不能維持足夠長的時間。

我們在使用高壓脈沖法測試電纜故障時，都是以一定的頻率進行放電，當提高初級（調(diào)壓器）電壓，則放電頻率提高，當放電頻率進一步提高時，甚至可以認為我們在給電纜連續(xù)施加足夠大的電壓和電流，球間隙使我們能夠提供足夠高的電壓，電容使我們能夠提供足夠大的電流，這樣就形成了足夠的電能，并很快將故障點擊穿。一旦故障點被擊穿，放電頻率驟然降低，使用這種方法一般只需幾分鐘即可將故障點擊穿。使用這種方法時可適當將球間隙減小，以便很快形成持續(xù)放電現(xiàn)象，本人將這種方法取名“機關槍法”。

（4）使用聲測法直接定點

有的時候，電纜的故障波形是測不出來的，有的電纜整根泡在水中，這時，就有可能長時間都無法燒穿，如果是長度較短的電纜，因其為高阻故障，用聲測法試驗時放電聲音相當大，因此可沿電纜路徑聽其放電聲即找到故障點.對于長度較短的電纜，當故障點沒有燒穿而無法測出故障點距離時，直接使用聲測法有時也能大大縮短故障查找時間。

6 結束語

雖然電纜故障點測尋難點大、定點困難，且故障類型多種多樣，但原理大致相同，應正確使用相應的測尋方法進行故障查找，結合理論知識及現(xiàn)場經(jīng)驗，便能事半功倍，順利完成各種電纜故障的搶修任務。