電纜故障測(cè)試方法探討

姜峰

【摘要】：隨著電力行業(yè)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，供電和用電都大量地采用電纜來(lái)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(shè)和景觀美化的要求。如何保證電纜的安全和可靠運(yùn)行就成了供電企業(yè)的一項(xiàng)重要工作，當(dāng)電纜出現(xiàn)故障的時(shí)候，快速準(zhǔn)確地找到電纜故障位置并進(jìn)行修復(fù)是目前我們工作的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。

【關(guān)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(cè)試方法

根據(jù)電纜故障發(fā)生的性質(zhì)和特點(diǎn)，我們一般將其分為以下幾種：（1）開(kāi)路性故障；（2）短路性故障；（3）高阻泄漏性故障；（4）閃絡(luò)性故障。常見(jiàn)的測(cè)試方法有高壓電橋法和脈沖測(cè)距法，電橋法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、方便、精確度高，但是電橋法只能測(cè)試單相和兩相開(kāi)路故障和短路故障，而不能測(cè)量三相短路或斷路故障，也不能測(cè)試高阻泄漏性故障和閃絡(luò)性故障，實(shí)際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡(luò)性故障。脈沖測(cè)距法采用的是雷達(dá)測(cè)距原理，向電纜注入一個(gè)電脈沖，該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點(diǎn)，如短路點(diǎn)、故障點(diǎn)、中間接頭等，脈沖產(chǎn)生反射，回送到測(cè)量點(diǎn)被儀器記錄下來(lái)。發(fā)射脈沖與反射脈沖的時(shí)間差△t，對(duì)應(yīng)脈沖在測(cè)量點(diǎn)與阻抗不匹配點(diǎn)往返一次的時(shí)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(jìn)行計(jì)算：L=V·△t/2。由于電橋法測(cè)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(cè)試儀是基于脈沖測(cè)距法，因此作者重點(diǎn)討論脈沖測(cè)距法在電纜故障測(cè)試中的應(yīng)用和分析。

2、脈沖測(cè)距法的應(yīng)用

脈沖測(cè)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(cè)試開(kāi)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(dá)幾萬(wàn)伏，脈沖寬度可達(dá)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(luò)性故障瞬時(shí)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(cè)試電纜故障

故障點(diǎn)的特性阻抗不同，則反射波也不同，對(duì)于開(kāi)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(lái)判斷故障性質(zhì)，通過(guò)反射波和發(fā)射波的時(shí)間間隔來(lái)確定故障點(diǎn)的距離。低壓脈沖法適用于測(cè)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，低壓脈沖測(cè)試法測(cè)試開(kāi)路故障及低壓故障，測(cè)試波形清晰直觀，很容易判讀。

4、高壓脈沖法（沖閃法）測(cè)試電纜故障

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

4.1分壓法

為了讓測(cè)試儀器能夠測(cè)試并顯示高壓脈沖擊穿故障點(diǎn)的波形，采用了電阻分壓的方法，R1是一個(gè)大功率的水電阻，其阻值為50MΩ～100MΩ，R2是一個(gè)100Ω的電阻，利用這兩個(gè)電阻的分壓關(guān)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(cè)試儀上。由于我們關(guān)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(diǎn)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(cè)試點(diǎn)前接入一個(gè)電感L，否則，這個(gè)反射波就會(huì)被電容接地短路掉，無(wú)法觀察。通過(guò)我們實(shí)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(duì)測(cè)試人員和測(cè)試儀器都有安全威脅。（2）波形特征不明顯，由于要對(duì)上萬(wàn)伏的高壓脈沖進(jìn)行大比例的衰減才能接入儀器中，脈沖反射本來(lái)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(hào)比較困難，由于共模干擾的存在，測(cè)試過(guò)程中很容易造成儀器死機(jī)、黑屏等現(xiàn)象。（4）不能對(duì)故障點(diǎn)是否已經(jīng)擊穿給出準(zhǔn)確的判斷，當(dāng)采集不到波形時(shí)，不能確定故障點(diǎn)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(fù)雜化，尤其是分壓電阻（一般為水阻）對(duì)采集波形起到關(guān)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(hào)。線性電流耦合器L放置在儲(chǔ)能電容C接電纜外皮的接地引線旁，感應(yīng)地線中的電流變化磁場(chǎng)。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)證明，不管是中遠(yuǎn)距離故障，還是近距離故障，高壓脈沖耦合法測(cè)試波形都很好，波形穩(wěn)定，故障特征明顯。

5、故障點(diǎn)不能擊穿的解決方法

我們?cè)诠收蠝y(cè)試中經(jīng)常會(huì)碰到故障點(diǎn)無(wú)法擊穿，無(wú)法測(cè)到故障點(diǎn)波形，現(xiàn)根據(jù)作者日常經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)個(gè)人見(jiàn)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(gè)或以上的電容器串當(dāng)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(diǎn)擊穿，而提高脈沖電壓和增大電容容量可能會(huì)受到設(shè)備容量和耐壓等級(jí)限制。當(dāng)使用直流高壓發(fā)生器或者試驗(yàn)變壓器給電纜加壓時(shí)，隨著電壓的提高電流很快增大，甚至超過(guò)了試驗(yàn)設(shè)備的容量范圍，故障點(diǎn)仍然不能擊穿。為了解決這個(gè)問(wèn)題，作者進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和分析。故障點(diǎn)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(shí)間都有關(guān)系。用直流高壓發(fā)生器或者試驗(yàn)變壓器給電纜加壓時(shí)，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(zhǎng)的時(shí)間。（3）使用聲測(cè)法直接定點(diǎn)。有的時(shí)候，電纜的故障波形是測(cè)不出來(lái)的，有的電纜整根泡在水中，這時(shí)，就有可能長(zhǎng)時(shí)間都無(wú)法燒穿，如果是長(zhǎng)度較短的電纜，因其為高阻故障，用聲測(cè)法試驗(yàn)時(shí)放電聲音相當(dāng)大，因此可沿電纜路徑聽(tīng)其放電聲即找到故障點(diǎn).對(duì)于長(zhǎng)度較短的電纜，當(dāng)故障點(diǎn)沒(méi)有燒穿而無(wú)法測(cè)出故障點(diǎn)距離時(shí)，直接使用聲測(cè)法有時(shí)也能大大縮短故障查找時(shí)間。

結(jié)束語(yǔ)

雖然電纜故障點(diǎn)測(cè)尋難點(diǎn)大、定點(diǎn)困難，且故障類型多種多樣，但原理大致相同，應(yīng)正確使用相應(yīng)的測(cè)尋方法進(jìn)行故障查找，結(jié)合理論知識(shí)及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，便能事半功倍，順利完成各種電纜故障的搶修任務(wù)。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]徐云有.電纜故障測(cè)試方法探討問(wèn)題研究[D].上海交通大學(xué)，2014.

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