低压脉冲法和电桥法在10kV电缆故障探测中的运用

摘要：电力电缆故障如何探测，怎样能快速准确地查找到故障点的精确位置，缩短故障的修复时间，成为越来越关心的话题。尤其是杭州市近年来道路改造和上改下工程大量增加，给电缆故障查找带来更大的困难。

本文介绍了一线电缆检修人员在实际工作中利用故障检测仪器，快速准确的查找故障点的两种常用方法，并举了两起常见的故障测试案例。

关键词：电力电缆；电桥法 Abstract:The power cable fault how to detect, how can fast and accurately find the exact position of fault point, fault repair time, become more and more concerned about the topic. Especially in recent years in Hangzhou City Road Reconstruction and reform engineering increased a lot, and it is more difficult for the cable fault finding.

This paper introduces the first cable maintenance personnel in the practical work of the fault detection instrument, two commonly used methods to find the fault point quickly and accurately, and two common fault test cases.

Keywords: power cable; bridge method

中图分类号：TM247文献标识码：A 文章编号：

1 电力电缆基本测距方法的介绍

1.1低压脉冲法

1.1.1适用范围

低压脉冲法主要用于测量电缆的开路、短路和低阻故障的故障距离；同时还可以用于测量电缆的长度、波速度和识别定位电缆的中间接头等。

1.1.2原理

在测试时，从测试端向电缆中输入一个低压脉冲信号，该脉冲信号沿着电缆传播，当遇到电缆中的阻抗不匹配点时，如：开路点、短路点、低阻故障点和接头点等，会产生折反射，反射波传播回测试端，被仪器记录下来。假设从仪器发射出发射脉冲到仪器接受到反射脉冲的时间差为，也就是脉冲信号从测试端到阻抗不匹配点往返一次的时间为，同时如果已知脉冲电磁波在电缆中传播速度为，那么根据公式，即可计算出阻抗不匹配点距测量端的距离的数值。

1.1.3低压脉冲的波形

开路故障波形

开路故障的反射脉冲与发射脉冲极性相同，如图1-1所示。

图1-1 开路波形

当电缆近距离开路或仪器选择的测量范围为几倍的开路故障时，仪器就会显示多次反射波形，每个反射脉冲波形的极性都和发射脉冲相同，如图1-2所示。

图1-2 开路波形的多次反射

短路或低阻故障波形

短路和低阻故障的反射脉冲与发射脉冲极性相反，如图1-3所示。

图1-3 短路或低阻波形

当电缆发生近距离短路或低阻故障时，或者仪器选择的测量范围为几倍的短路或低阻故障距离时，仪器就会显示多次反射波形。其中奇数次反射脉冲的极性与发射脉冲相反，而偶数次反射脉冲的极性则与发射脉冲相同，如图1-4所示。

图1-4 短路或低阻波形的多次反射

典型低压脉冲反射波形

如图1-5是低压脉冲法测得的理论上典型的故障波形。

图1-5典型低压脉冲反射波形

1.2 电桥法

在三相电缆中，将被测电缆故障相终端与另一完好相终端短接，将电桥的两臂分别接故障相与非故障相，即组成电桥电路。如图1-6所示。

图1-6 电桥接线图

该电桥电路可以等效为如图1-7所示的电路。

图1-7 电桥等效电路

调节可变电阻数值，使电桥平衡，这时CD间的电位差为0，无电流流过检流计，此时根据电桥平衡原理可得：。

、为已知电阻，设：，则。

由于电缆直流电阻与长度成正比，设电缆导体电阻率为，代表电缆全长，、分别为电缆故障点到测量端及末端的距离，则可用代替，可用代替，根据公式可推出：

而

所以

2电力电缆故障测距设备的介绍

2.1 DC型电缆测长仪

2.1.1概述

测长仪采用低压脉冲原现研制，将高频率的低压发送到电缆中，该脉冲沿带特性阻抗的电缆传播到阻抗不均匀的地方，如中间接头、短路点、断路点、终端头等，在这些点上都会引起波的反射。

电缆测长仪广泛适用于35kV以下的中低压电缆，能安全、迅速、准确地测电缆全长、测断线故障、测低阻故障、测电缆接头之间的距离，直接以波形及数字显示测试结果，误差小于1米。

2.1.2操作方法

在电缆始端将专用信号输出线（如图2-2所示）的红色夹子与电缆的被测相连接，黑色夹子与电缆的金属外皮连接，将信号插头与仪器面板上的【输出】插座连接牢固，电缆末端就开路。

按【开】键开启电源，如果显示屏出现了故障波形，就不需要调整测量范围；若显示屏没有出现故障波形，说明这个区段没有故障，需按范围项增大测量范围，直到显示屏出现故障波形为止。

由于脉冲波在不同结构的电缆上传播的速度不同，所以就根据实测的电缆修改波速值。交联电缆的波速度为168～172 m/μs，10kV电缆以交联电缆为主。

显示屏出现故障波形后，首先检查波速度、值是否与波测电缆匹配，再观察故障波形是否标准，如有需要可微调【增益】旋钮，并按一下【采样】键，观察波形的大小变化，尽量将故障波形调到最大而又不失真，使故障波形的前沿最陡。将光标移动到故障波形前沿的拐点处，此时液晶屏左上方显示的故障距离值，即为电缆始端到故障点之间的距离。

实际操作中，可以先用电缆的完好相测出电缆全长，使操作人员在测出故障点的距离后有更直接的判断。

2.2 ZDJ型中低压电缆检测仪

2.2.1概述

电缆检测仪广泛用于35kV以下的中低压电缆，能安全、迅速地准确地检测所有类型的绝缘故障，采用超高压数字电桥原理，无需人工分析计算，直接数字显示故障点的距离，误差小于1米。

2.2.2操作方法

将电缆充分放电后，首先在电缆末端用【专用短接线】将“完好相“与”故障相“短接， 接线一定要连接牢固，尽量减小接触电阻，避免测试误差。然后用【专用检测A、B线】将电缆的【完好相】、【故障相】、【地线相】分别与仪器面板上的5个接线端子按图2-5所示连接 ，并确认连接牢固。

图2-5 线路连接图

检测前，【功能转换】开关应置于“平衡”位置，【充电】、【高压】开关应处于高位（关闭）状态。按下【电源】开关，指示灯点亮。

按下【检测】开关，这时数显表显示任意的数字，待数字稳定后，转动【零点】旋钮，使数显表显示的数字为“零“。按下【高压】开关，这时电流表应有不超过1mA的电流指示，数显表显示任意数字。待数字稳定后，转动【平衡】旋钮，使数显表显示的数字也为”零“。

然后关闭【高压】开关，这时电流表应无电流指示。等10秒钟后，数显表的数字会稳定下来，观察数字是否仍为“零”。重复以上步骤，直到关闭【高压】开关前、后的数字都为“零”。平衡后不能改变【平衡】旋钮的位置。

将【功能转换】开关转到“长度”位置，这时数显表显示任意的数字，转动【长度】旋钮，使数显表显示的数字等于实际电缆长度。

将【功能转换】开关转到“读数”位置，此时数显表显示的数字，即为测试端到电缆故障点的距离。若数显表显示的读数大于输入的电缆长度，说明仪器与电缆的【完好相】、【故障相】接反，可以按下列公式换算，也可用此方法检验测量结果，提高精确度。

电缆全长×2－故障读数＝测试端到电缆故障点的实际距离

3两起故障测试案例

3.1案例一：中间接头故障

拱宸变××线发生单相接地故障，故障处为拱宸变10KV××线至××开关站电缆，如图3-1。通过资料查询得知：电缆全长为1530米。但由于电缆敷设时间太长，道路施工，电缆沟开挖等多方面原因，电缆实际长度跟资料差别较大，中间接头个数已经无法确定。

图3-1

故障判断：用兆欧表测试三相对地电阻为：A、B相对于地∞、C相对地10MΩ，诊断此电缆发生了单相高阻接地故障。

3.1.1选用低压脉冲法测距

在变电所的10KV出线电缆侧，选择170m/μs的波速度，通过A相对金属护层用电缆测长仪测得电缆全长为1731m，测试的波形如图3-2所示。

图3-2 波形图

从图中无法很明显地看出故障点，但可以看出几处接头位置，初步判断，故障点可能在中间接头附近。

3.1.2选用电桥法测定故障点

将电缆检测仪按要求连接电路，调节电桥平衡，将电缆长度1731m输入仪器，数显表显示读数为1237，将故障相和完好相检测线互换，数显表显示为2223，通过换算，得出故障距离为1238m。

因1238m处和1243m处的接头距离接近，综合分析后，认为故障点应该在1238m的接头处。在该处巡查后发现，该接头在电缆井内，由于运行时间过长，接头绝缘老化，引起故障。重做接头后，恢复供电。

3.2 案例二：故障点在路面下的电缆故障

图3-3

霞湾变××线路发生单相接地故障，故障处为××开关站至××开关站电缆，如图3-3。通过资料查询得知：电缆全长为2300米，此电缆线路在路面下走向比较复杂，大多是在车行道上，电缆敷设时间较长，敷设后无移位和更改，电缆路径比较明确。

故障判断：在A开关站内用兆欧表测量绝缘电阻，A、C相对地为∞、B相对地接近于0，用万用表测试为250Ω，确定电缆发生了单相低阻接地故障。

3.1.1选用低压脉冲法测距

在A开关站端，用低压脉冲法对B相进行电缆全长测量，得到图3-4波形。从波形中可以看到，电缆全长为2296m，在1913m处有一个负脉冲，怀疑为故障点，但考虑电缆中间有接头，不敢下定论。

图3-4 波形图

3.1.2选用电桥法测定故障点

用正接法测得为1964m，用反接法测得为1958m，取平均为1961m。

由于1900多米处在车行道下面，而且估计恰好穿越上塘高架，故障点很难找到。我们在道路的东面电缆井处将电缆开口（开口1），两端分别用兆欧表测量，确定故障点在西面。如图3-5所示。

图3-5

重复使用以上两种方法，考虑到故障点距离被测点较近，运用低压脉冲法时较难分辨波形，我们选择了对端测试的方法，近端故障对电桥法的干扰很小，不会影响测量结果。测得故障点距被测点为5m，位于道路中间，无法开挖。在道路的另一边将电缆开口（开口2）后新放一段电缆后，线路恢复正常供电。

4总结

总之，电力电缆故障探测是一项技术性和经验性都很强的工作，只有掌握波形的形成原因，分析波形的突变拐点，了解仪器的原理和使用方法，及时准确地进行定位，才能为故障的迅速处理赢得宝贵时间，并能及时排除线路故障，迅速恢复供电，尽可能减小经济损失，提高供电可靠性。