摘要：随着城市电网建设持续快速发展，为了整洁明快的城市市容市貌，地下电力电缆输配电线路逐步取代架空线路。由于电力电缆敷设隐蔽，很难发现故障位置，这给迅速排除故障恢复供电带来困难。文章介绍了采用脉冲反射法（即闪测法）波形分析进行电缆故障点的测寻，它可以减少测距误差，从而迅速精准地确定电缆故障位置，便于维修，以确保正常供电。
关键词：供电系统；电力电缆；故障测寻；波形检测分析
1 前言
随着我国城市化的快速推进，电力电缆以其安全、可靠、隐蔽性好等优点在城市配电网中得到了越来越广泛的应用。配电网的供电方式已逐渐由电缆供电取代架空线供电，尽管电缆供电有着显而易的优点。由于电缆数量的急剧增加。故障频率也相应加大，且电缆地下隐蔽性，在故障排查等问题上难以像架空线路那样直观，给电缆运行维护带来了许多麻烦，对电网持续可靠供电带来了困难，所以如何快速准确查找电力电缆故障点，提高城市电缆供电的可靠率、提升优质服务水平，是供电企业迫需解决的问题。本文现对电缆故障发生的原因及测寻方法与原理进行分析探讨。
2 电缆故障主要原因分析
2.1机械损伤。机械损伤是电缆故障中较为常的，所占比例也是最大的，主要由于安装时损伤、外力直接破坏和自然损坏等。
2.2绝缘受潮。这种情况也很常，一般发生在直埋或排管里的电缆接头处。如果电缆接头制作不合格和在潮湿的气候条件下做接头，会使接头进水或混入水蒸气枝，逐渐损害电缆的绝缘强度而造成故障。
2.3长期过负荷运行。超负荷运行，由于电流的热效应，负载电流通过电缆时必然导致导体发热，同时电荷的集肤效应以及钢铠的涡流损耗、绝缘介质损耗也会产乍附加热量，从而使电缆温度升高。长期超负荷运行时，过高的温度会加速绝缘的老化，以至绝缘被击穿。尤其在炎热的夏季，电缆的温升常常导致电缆绝缘薄弱处首先被击穿，因此在夏季，电缆的故障也就特别多。
2.4电缆接头故障。电缆接头是电缆线路中最薄弱的环节，由人员直接过失（施工不良）引发的电缆接头故障时常发生。施工人员在制作电缆接头过程中，如果有接头压接不紧、加热不充分等原网，都会导致电缆头绝缘降低，从而引发事故。
2.5化学腐蚀。电缆直接埋在有酸碱作用的地区，往往会造成电缆的铠装、铅皮或外护层被腐蚀，保护层因长期遭受化学腐蚀或电解腐蚀，致使保护层失效，绝缘降低，也会导致电缆故障。
3 电力电缆故障测寻步骤
3.1确定故障电缆的性质。认真了解故障电缆本身的情况，包括电缆的型号、电压等级，是否有中间接头，敷设的长度、深度等，这有利于正确选择测试方法，使其测寻时间缩短。
3.2故障点距离的粗测。首先利用低压脉冲波测量电缆全长，做到测试全长和实际全长心中有数，掌握全长波形，利用高压冲击反射法。若是闪络性故障，则用直流高压闪络法，测出故障点到测试端的距离，它是一个范围数，且应与测试全长和实际全长相比较，来确定实际故障点的范围。
3.3测量电缆的路径走向。利用路径仪确定电缆敷设的路径，如果电缆线路较短，且电缆路径清楚时，可省略这一步骤。
3.4故障点准确定位。根据测出的故障点范围，利用高压冲击闪络法的接线方式，采用声测，确定故障点的准确位置。
4 脉冲反射法（闪测法）波形分析
4.1原理
根据分布参数传输线理论，对电缆线发出波讯号后，波沿线路传输，当遇到不同波阻抗点时，将引起2个波即折射波和反射波，将入射波Ur和反射波Uf的关系称为反射系数Β。
Β=UfUr=（Zx-Z0）（Zx+Z0）
式中Zx――反射点波阻抗；
Z0――线路波阻抗。
当Zx=Z0时，Β=0；说明线路匹配，无反射波出现。
当Zx>Z0、Zx→∞时，Β>0、Β=1；说明线路开路，产生全反射波出现，同时表现为正反射波，即反射波与入射波同向。
Zx<z0、zx→0时，Β<0、Β=-1；说明线路短路，产生全反射波出现，且表现为负反射波，即反射波与入射波反向。闪测仪就是根据这一原理来记录波的传输时间和波形，从而读取故障点的距离。
4.2等效电路
故障点的等效电路可用故障点放电间隙D和阻值为Rg的故障电阻相并联来表示，Ug为击穿电压。由此可组成不同的故障类型，当Rg→∞时，Ug升至一定值，将在放电间隙D形成闪络性故障；当Rg→0时，故障类型为低阻性故障。
4.3故障波形分析
（1）理想故障波形似如低压脉冲击法测得的电缆波形（1）。波的起始点（拐点）变化明显，且波形呈水平。但在实际应用闪测法时，波形将随故障类型、加压高低、电容量大小、测量电路组成和波衰减而千变万化。
（2）直闪法波形（2）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在实际工作中，应抓住闪络性故障采用直闪法，即直流高压闪络法进行测量，许多击穿故障都有闪络过程，但存在的时间长短不一，应抓住时机。测试中仪器通过直流高压电路对故障点逐步升压，当电压表、电流表指针摆动，地线出现“回火”，则表明故障点已发生闪络放电。直闪法是故障点本身击穿而产生电压突变，其测试波形消除了一些干扰，测量的准确度高，易读取。它的形成是当外加电压升至一定值时，故障点被击穿而产生电压突变，产生一个极性相反的电压波沿电缆向测试端传播，从而形成在测试端与故障点之间来回反射，直至损耗衰减。
（3）冲闪法波形。几乎所有故障电缆都可用冲闪法，即冲击高压闪络法进行测量，但其波形将随加压高低、电容量大小、取波方法、故障性质和部位而千差万别。所以掌握其放电机理，积累各类故障波形的经验，消除干扰，进行综合分析判断，才有利于对故障点的测寻。目前常用的是电感冲闪法，它能在不太高的电压下，使故障点击穿放电，且易读取波形。实测正常故障波形如3所示，它取前2个波形，ab间距为T1，bc间距为T2。当球间隙在外加电压作用下击穿，这一击穿电压将沿电缆向故障点移动，若这一电压超过故障点绝缘介质的抗电强度，故障点就会发生绝缘介质击穿，产生突变点，形成反射波。由绝缘介质击穿放电理论可知，这一激励过程需要一定的时间，所以实测波形存在一个击穿延迟时间T，反映出T1>T2，T1=T2+T，实际故障点距离应以T2为准，即bc间距。
5 特殊故障波形分析
用贮能示波管观测波形，具有直观性，它能清楚地显示故障点是否击穿，有利于分析判断，列举一些特殊故障波形如下。
5.1故障点在测试端附近
电缆故障波形出现紧密的余弦振荡衰减波形（4），要从故障波形中精确地读取故障点的距离是相当困难的。出现这样的故障波形说明故障点在测试端附近，由于距离较近，产生一次反射的时间也很短，一般只能用数微秒内的周期数来测算。例如，设波在电缆中的传播速度V=160mΛs，现有一故障波在1Λs中存在215个振荡周期，一个周期数相当于波在测试端与故障之间Lx来回反射2次，即4Lx，所以：
Lx=Vt4f
160×14×215=16m
式中Lx――测试端与故障点的间距；
V――传波速度；
t――传波所有时间；
f――在t时间内的周期数。
在进行定点时，一般需将测试设备移至另一端而进行，这样可避免因球间隙放电声而影响定点。
5.2故障点在终端附近
从实测故障波形（5）可看出，在第1个正脉冲前还有1个负脉冲，形成这种现象是因为故障点的击穿放电有一段延迟时间t所造成，即在故障点放电之前，冲击电压波已越过故障点达到终端被反射，并且反射波反射回后也越过故障点移向测试端，在此之后故障点才被击穿放电。因此故障点的读取应为a、b两点，第1个回波的正突跳拐点a起至第2个回波的负突跳拐点b。
出现上述现象波形可采用延长终端跨接线的方法来消除终端反射波的影响，使读取更准确。
5.3低压脉冲波形
利用低压脉冲对电缆每一相测量全长，是进行粗测的第一步；它不仅是核对电缆全长，保证测试的精确度，而且从每一相低压脉冲波形的微小变化可进行测试故障点。如6所示的实例低压脉冲波形，全长为ad间距，但在全长波形中，出现b、c两点波形的变化，现场测量验证得b点为中间接头，c点为故障点。
产生这一现象是由于低压脉冲波对导体阻抗敏感性高，而闪测法的高压冲击波对波阻抗敏感性高所致。
5.4畸变现象
在实际测试中，还会遇到许多波形畸变的现象，尤其当电缆受潮，故障点为接头，应根据波形的变化进行分析。
6 结语
电力电缆故障的检测需要科学理论和实际经验的结合，从理论上掌握波形的形成过程，绝缘击穿机理和测试仪器的结构来分析故障类型，可能发生的故障部位，用多种方法进行测试，抓住波形突变拐点进行比较对照，迅速、及时、准确地寻找出故障点并及时修复，提高电力电缆运行的可靠性。同时，运行维护单位必须加强运行中的电力电缆线路的基础资料管理，完善如电缆路径、电缆线路电子地理分布及其敷设方式、电缆中间接头分布及其地理坐标并做好现场标识等，对于快速查找电缆故障大有助益。电力电缆故障的种类繁多、既有普遍性又有较强的特殊性，检测时必须注重科学理论和实际经验的有机结合，多管齐下才能收到理想的效果。
参考文献：
1.张栋国.电缆故障分析与测试[M].北京：中国电力出版社，2005.
2.张栋国，孙雷.电力电缆及其故障分析与测试[M].西安：陕西科学技术出版社，1994：121～159.
3.毕国轩，等.电力电缆故障原因分析及探测方法探讨[J].山西电力，2005（2），16～18.
4.成永红.电力设备绝缘检测与诊断[M].北京：中国电力出版社，2001：65～72.
5.于将.电力电缆故障检测波形分析[J].中国电力，1998，31：27～30.
6.熊元新，刘兵.基于行波的电力电缆故障测距方法[J].高电压技术，2002，28（1）：8～10.
论文作者:汪雯卿,刘永鑫
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/17
标签：故障论文; 波形论文; 电缆论文; 反射论文; 脉冲论文; 测试论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第19期论文;