（广州供电局有限公司从化供电局 广州 510900）
摘要：电缆中间头长期运行在冷热变化明显、湿度较大、密封隐蔽的环境中，且电缆中间头附件本身质量及制作人员工艺参差不齐等原因，会导致其发生受潮、闪络、局部放电甚至绝缘击穿等故障，因此电缆故障测寻工作重要而有意义。本文介绍了故障定位方法体系、以及SebaKMT电缆故障定位系统的构成、原理及功能。然后通过分析典型的长电缆两处中间头同时故障和金属性接地故障的案例，得到以下启示：对于长电缆故障必须准备多次故障测寻，逐段排除中间头或电缆本体故障；金属性接地故障可用低压脉冲反射波形直接判断故障点距离，利用声磁延迟最小点确定故障点。
关键词：电缆；故障定位；SebaKMT系统；案例分析
城市配电网电缆化率逐年提高，电缆故障不像架空线明显易查，必须借助专业设备和仪器[1]。随着电缆故障测寻理论不断发展，国内外电缆故障测寻仪器或系统产品越来越丰富和成熟[2-3]。电缆故障测寻仪器已成为电力运维单位的必备工器具之一，从化供电局自2013年购置SebaKMT电缆故障定位系统，通过实践积累了一定的故障测寻工作经验。下面本文通过简要介绍故障定位理论研究，然后以SebaKMT电缆故障定位系统为具体实例，针对典型电缆故障测寻案例和故障分析，阐述该套系统原理、功能、应用情况及经验启示，以期抛砖引玉，批评指正。
1 故障定位理论研究
1.1 故障定位的意义
为方便10kV电力制造和运输，一盘电缆长度约500m。而配网馈线将电能从变电站输送到用户往往需要数公里，导致配电网存在几公里长的电缆馈线，这样的馈线需要制作多个电缆中间头。电缆中间头长期运行在冷热变化明显、湿度较大、密封隐蔽的环境中，且电缆中间头附件本身质量及制作人员工艺参差不齐等原因，会导致电缆中间头发生受潮、闪络、局部放电甚至绝缘击穿等故障，因此电缆故障测寻工作重要而有意义。
1.2 故障定位方法体系研究
为系统地研究配电网故障定位方法，本文提出了配电网故障定位方法体系，即按故障类型分为两大类，即主要用于定位单相接地故障的方法和主要用于定位非单相接地的方法。主要用于定位单相接地故障的定位方法按其信号利用方式不同，可分为主动式定位方法与被动式定位方法。主要用于非单相接地故障的定位方法按其解决问题的方式不同，可分为直接法和间接法。具体包含方法见下表1所示。
而该故障定位方法体系之外，还有基于贝叶斯理论的故障定位方法[4]、基于数学形态学的故障定位方法[5]、基于拓扑辨识的故障定位方法[6]、基于参数识别的故障定位方法[7]和户外故障点探测法[8]等，尚待进一步归类。
2 SebaKMT电缆故障定位系统研究
工欲善其事，必先利其器，为提高电缆故障测寻效率，从化局于2013年购置了SebaKMT电缆故障定位系统，至今已经顺利完成了15次电缆故障测寻工作。该系统由Teleflex SX智能脉冲反射仪、SPG 32-1750高压单元、T16+电缆故障精确定点仪组成。前两者配合可进行电缆故障预定位，后两者配合可进行声磁同步法精确定点，以下详细介绍各部分工作原理。
2.1 Teleflex SX的工作原理
Teleflex SX的工作原理与雷达脉冲反射原理相同。在被测电缆近端输入一个有一定能量、一定波形的发射脉冲，这个脉冲之后会以特定的波传播速度向电缆终端方向传播。任何一点电缆电气特性的改变都会使脉冲发生反射现象。这些反射都将被Teleflex SX忠实记录并显示在屏幕上。电缆电气特性的改变也可能由电缆本体故障、接头故障引起。电缆远端终端会反射一个很明确的反射波形，波形性质与发射脉冲方向相同。通过观察被测电缆反射波形方向、振幅、传播需要的时间，可以确定故障种类和故障点位置。
2.2 SPG 32-1750高压单元工作原理
SPG 32-1750高压单元系统是个独立的紧凑的封闭设计的仪器，具有冲击放电操作、绝缘测试、带弧反射的冲击放电操作等功能。其主要元件即冲击发生器的基本工作原理是，冲击电容靠可转换的高压电源进行充电。通过放电间隙放电到故障电缆，当关闭设备时，电缆或者设备当中的剩余能量通过接地放电间隙进行放电。
2.3 精确定点原理
应用高压单元系统配合T16+电缆故障精确定点仪精确定点时，我们在故障电缆的一端将冲击发生器连接到故障电缆终端头，冲击信号发出后将在故障点处产生闪络冲击放电。故障点处的冲击放电噪音在电缆故障点上方的地面传播，被地面上的传感器记录。测试点距电缆真正故障点的距离可以用两种方法计算出来，一种是冲击放电噪音的音量大小；另外一种是故障点放电一刹那，同步发出的磁场信号与声音信号到达传感器的时间差。
3 典型电缆故障案例分析
3.1 街口站F9长电缆故障案例分析
2015年12月04日23时左右，街口站F9发生故障跳闸导致夏日港湾、夏日南湾等小区两千余户居民停电。所属城郊供电所接到用户报障开始查找故障，05日通过对架空线路分段摇表测量线路绝缘电阻，将故障缩小至干线#09电缆分支箱后段负荷，并及时恢复干线#09电缆分支箱前段负荷正常供电；06日分段遥测各段电缆绝缘电阻逐步确定干线#09电缆分支箱至干线#10电缆分支箱段长1586m电缆的黄相发生单相接地故障，将该段电缆黄相从开关柜解开接入SebaKMT电缆故障定位仪，分别利用二次脉冲法和脉冲电流法确定故障点距离测试点346m以及400m，见图1、图2所示。通过声磁同步法最终确定距离测量点350m左右处电缆#1电缆中间头外观有一个破坏性烧穿洞，加入8kV电压放电信号，有强烈的放电火花及放电声音。
以从化局街口站F9干线#9至#10分支箱#2电缆中间接头为例，如图4所示。从解剖检查的情况来看，该电缆中间头击穿故障的直接原因在于其冷缩硅橡胶绝缘套管内壁存在一条长约10cm的裂缝，与裂缝损伤为陈旧状态，缝的位置与该电缆连接管压接口锋利的尖角对应，从损伤位置特征可以判断该裂缝是由于该电缆头再制造过程中被连接管压接口上锋利的尖角刮伤所致，于电缆中间接头冷缩硅橡胶套管的损伤导致了该电缆中间接头密封性能和绝缘性能均下降，缆中间接头周围环境的潮气和导电介质侵入到电缆中间接头内部，使电缆中间接头内部发生放电现象，成了本次电缆中间接头在运行中击穿的事故发生。此外，电缆中间头制作工艺差，从对故障相接头解剖情况可见，故障相电缆绝缘层没有按照制作标准倒角，头连接管压接口数量不足。以上均属安装制作上的施工质量问题。
3.3 绿洲F23金属性接地故障案例分析
2015年12月18日10时左右，绿洲F23干线#32断路器零序动作跳闸，太平供电所配电运行人员通过故障巡视，发现全长322m的交警支线C相单相接地故障，用万用表可测得其接地电阻约为18Ω。由于地铁十四号线施工现场覆盖了交警支线顶管敷设部分，运行人员怀疑地铁施工人员在打桩未按要求避开电缆，导致外力破坏电缆。11时，抢修人员在绿洲F23交警支线#01电缆分支箱G02柜至路灯#8支线#02杆电缆01头接入SebaKMT电缆故障定位仪，然而脉冲反射法的故障波形和低压脉冲反射法基本一致，没有明显的分叉点，但依据低压弧反射法可判断在201m处存在明显金属性接地故障点，如图5所示。现场通过声磁同步法，在声磁延迟最小处开挖地铁施工锚桩，发现金属锚桩刺穿该条电缆。
经验启示：当电缆遭受外力破坏时，会造成电缆一相或多相发生金属性接地故障，可用万用表测得其接地电阻一般小于1kΩ。利用低压脉冲反射法的全长波形无法提供准确的全长的信息，脉冲反射法故障波形与全长波形几乎一致，没有明显的分叉点。此时，由低压脉冲反射法全长波形中的“明显下降沿”即可判断故障点距离。其次，声磁同步法精确定点时，金属性接地放电声音微弱甚至没有，导致无法听到放电声音，只能依据延迟最小的点大致判断故障点位置。
结论
随着城市配电网电缆化率逐年提高，电缆故障定位仪器或系统已成为电力企业必备的工器具之一。SebaKMT电缆故障定位系统由Teleflex SX智能脉冲反射仪、SPG 32-1750高压单元、T16+三部分构成，具备脉冲反射法、弧反射法、脉冲电流法及配合T16+精确定点仪可实现故障精确定点的功能。实际的长电缆存在多出处中间头同时故障可能，由于SebaKMT电缆故障定位系统一次仅能确定一处故障，因此长电缆故障必须准备多次故障测寻，逐段排除中间头或电缆本体故障。当不确定电缆故障测寻距离是否精确时，可采用多种方法相互验证，并多次测量取平均值以提高故障距离精度。实际的电缆外力破坏往往造成电缆一相或多相发生金属性接地故障，此时用万用表测量接地电阻一般小于1kΩ，仅利用低压脉冲反射法即可判断故障点距离。然而金属性接地故障放电声音微弱甚至没有，导致无法听到声音精确判断故障点，但仍可利用声磁延迟最小点缩小故障点的范围。
致谢
杨炎龙、刘建辉对本文的修改提供了宝贵意见，谨此致谢。
参考文献
[1]周军．高压电力电缆故障定位技术探讨［J］．机电信息，2013(27):118-119．
[2]徐丙垠,李胜祥,陈宗军.电力电缆故障探测技术[M].北京：机械工业出版社,2009:12-18.
[3]杨春宇.电力电缆故障分析与诊断技术的研究[D].大连理工大学,2013:2-6.
[4] 宗剑,牟龙华,李晓波. 基于贝叶斯公式的配电网故障区段定位方法[J]. 电力系统及其自动化学报. 2007(5):45-48.
[5] 蔡秀雯,谭伟璞,杨以涵. 基于数学形态学的配电网单端行波故障测距[J]. 现代电力, 2006(6):25-29.
[6] 林景栋,曹长修,张帮礼,等. 基于拓扑辨识的配电网故障定位算法[J]. 重庆大学学报(自然科学版), 2001(5):51-54.
[7] 康小宁,索南加乐. 基于参数识别的单端电气量频域法估值测距原理[J]. 中国电机工程学报, 2005(02):22-27.
[8] 李孟秋,王耀南,王辉,等. 小电流接地故障探测方法的研究[J]. 中国电机工程学报, 2001(10):6-9.
论文作者:米玮
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/10
标签：故障论文; 电缆论文; 脉冲论文; 反射论文; 方法论文; 波形论文; 精确论文; 《电力设备》2017年第36期论文;