10kV电缆故障测距及定位典型案例分析

中国电工技术学会运动专区

CES Conference

浏览提醒：本文约 4600 字，建议珍藏后浏览。

跟着社会经济的赓续成长，城市配电网中的电缆线路占比越来越年夜。当电缆产生故障时，因为放电地位在地层下，必要起首进行故障定位才可进行修复。国网天津市电力公司城西供电分公司的研讨职员陶宇航、张熹、宫祥龙，在2022年第2期《电气技术》上撰文，联合六起10kV中压电缆故障，经由过程低压脉冲法、冲闪法及二次脉冲法阐发波形数据，进行故障点位初步测距；再经由过程声磁同步法，准确定位故障点。末了，将电缆故障部门进行剖解，阐发详细故障缘故原由，为中压电缆终端在电力体系中平安、稳固运行提供根据。

跟着我国城市配电网的赓续改革，10kV中压电缆已普遍利用于配电线路中。以天津市南开区为例，电缆线路约占全体配电网线路长度的93%，而电缆故障约占全体故障数目的56.7%。当电缆产生故障时，因为故障点地位通常弗成见，每每必要对电缆进行故障定位，认为电缆修复提供根据。

一样平常的电缆故障地位粗测办法，主要有电桥法、低压脉冲法、直闪法、冲闪法、二次脉冲法等。经由过程阐发波形，可粗略测得故障点位间隔电缆终真个长度，应用电缆路径仪及测距仪，找到故障点粗略地位，再应用声磁同步法、音频感应法、跨步电压法等进行准确定位。本文所涉及的故障查找流程如图1所示。

图1 故障查找流程

在常见的电缆故障类型中，高阻故障约占83%，断线故障约占5%，低阻故障约占12%。故障缘故原由中，外力破坏约占37%，中央接头故障约占54%，老旧电缆运行年限过长约占9%。常见电缆故障查找方式见表1。

表1 常见电缆故障查找方式

1 故障点测距原理及接线方式

1.1 低压脉冲法

低压脉冲法可用于电力电缆的低阻、断路及短路故障点测距，其原理为向电缆一端注入一个脉冲旌旗灯号，该旌旗灯号沿电缆以必定速率前进，在遇到阻抗不匹配点位时发生反射，经由过程检测回波光阴及极性，即可获取电缆全长、中央接头地位、接位置置的信息。电脉冲旌旗灯号在电缆内波速仅取决于绝缘资料的性子，如对付油浸纸绝缘电缆通常约为160m/μs，对付聚乙烯绝缘电缆通常约为172m/s。故依据式（1），即可得动身射端与反射点间隔L。

式（1）

式中：V为波速；T为发射波与回波光阴差。

低压脉冲法接线方式及典型波形如图2所示。发出脉冲后，正周期回波即为电缆断路点（终端或断线地位），负周期回波即为电缆接所在，正负升沉处即为中央接头地位。低压脉冲法可以在不借助升压装备的环境下，经由过程较为简单的接线方式得到电缆全长及故障地位。

图2 低压脉冲法接线方式及典型波形

1.2 冲闪法

冲闪法可用于电力电缆的高阻故障测距，其原理为将高压刹时作用于故障相，使故障点击穿，记载电流旌旗灯号在测试点与故障点间来回所需的光阴，计算肯定响应间隔。冲闪法（电流耦合方式）接线方式如图3所示。

图3 冲闪法（电流耦合方式）接线方式

测试时必要应用升压仪将高压加载至故障相，并经由过程电容接地线进行电流采样。当高压旌旗灯号越过故障点并在终端反射后，两次电压相叠加，将故障点击穿并形成电弧。在燃弧时代，高压旌旗灯号会在电缆始端与接位置置进行数次来回，冲闪法典型波形如图4所示。

图4 冲闪法典型波形

初次击穿时，脉冲越过故障地位并返回，脉冲宽度较年夜，是以通常在第二个周期落后行宽度丈量。波形卡位时，需排除仪器与引线间电感杂散滋扰，避免丈量成果偏年夜。

1.3 二次脉冲法

二次脉冲法经由过程高压产生器对高阻故障电缆施加脉冲高压，使故障点呈现弧光放电。在放电时代，高阻故障会短时转换为低阻故障，此时发出一组低压脉冲并接管其波形。放电停止后，再次发出一组低压脉冲并接管其波形，对照上述波形分别处，即可断定故障间隔。二次脉冲法典型接线方式如图5所示。

图5 二次脉冲法典型接线方式

图5中，延弧器用于延伸电弧放电光阴以便于发射并检测低压脉冲，二次脉冲法典型波形如图6所示。

图6 二次脉冲法典型波形

如图6所示，二次脉冲法会形成两条曲线，分离为电弧呈现前、后的低压脉冲波形。击穿后，因为故障点转换为低阻故障，将发生负脉冲，两波形初次分别处即为故障地位。二次脉冲法波形阐发较为简单直接，但接线较为繁杂，且延弧器存在压降，在故障地位击穿环境优越的条件下波形较为显著。

1.4 声磁同步法

声磁同步法用于电缆故障准确定点。在电缆施加脉冲高压放电时，会形成磁旌旗灯号，同时在故障点形成声音旌旗灯号。因为磁场旌旗灯号流传速率比声音旌旗灯号快，经由过程比对两种旌旗灯号光阴差，即可获取故障点准确地位。声磁旌旗灯号同步时典型波形如图7所示。

图7 声磁旌旗灯号同步时典型波形

在故障点邻近经由过程探头将同时捕捉到两种旌旗灯号，当探头移动至两种旌旗灯号的肇端点重叠且耳机入耳到清脆脉冲放电声时，地面下方即为故障点。在进行测试时，仪器会随放电脉冲点亮同步指导灯，以便于排除声音旌旗灯号滋扰。磁场偏向可用于断定探头与电缆的程度相对地位，便于交叉定位。

2 低压脉冲故障测距案例

2.1 低阻接地故障

2021年10月03日，某变电站10kV出线过电流I段掩护动作。经摇缆，肯定为出口电缆相间短路。该段电缆型号为YJV22 3×240，于2003年以直埋方式敷设，资产全长900m。经由过程对电缆进行绝缘电阻测试，黄红两相对地阻值为零。经由过程低压脉冲法，得到波形如图8所示。

图8 低阻接地故障波形

从图8可看出，在280m处有一中央接头，503m处有接地反射，925m处有终端反射，与电缆全长符合。对故障相施加15kV高压脉冲，于500m处得到声磁同步旌旗灯号，听到放电声。将故障点开挖后，发现放电地位为一冷缩型中央接头，在冷缩管处相间击穿放电，熔融物对接地线形成优越通道，如图9所示。

图9 相间短路故障地位

2.2 断线故障

2021年08月21日，某变电站10kV出线速断掩护动作。经摇缆，断定为1102站至1103站电缆三相接地。该段电缆型号为ZLQD22 3×240，于1989年投运，以直埋情势铺设，资产全长620m。

经由过程对电缆进行绝缘电阻测试，三相电阻均为零。使用万用表测试相对地阻值，均为无限年夜。自1102站进行低压脉冲测试，在约206m处发生终端反射；在1103站进行低压脉冲测试，在约404m处发生终端反射，低压脉冲波形如图10、图11所示。经由过程与电缆资产全上进行对照，断定该处电缆产生断线故障。

图10 1102站低压脉冲波形

图11 1103站低压脉冲波形

对电缆施加15kV高压脉冲，在206m处发现地面人行道砖向外掀起，并听到显著放电声。周边住民反映故障时地面自下部爆开。开挖后，地面下约1m处找到故障点，电缆本体产生故障，故障点绝缘油已根本流干，导致绝缘水平降落致三相短路，短路能量较年夜将地面掀起。同时，将线芯烧断约10cm。故障地位线芯剖面如图12所示。

图12 故障地位线芯剖面

3 冲闪法故障测距案例

3.1 电缆中央接头故障

2021年09月15日，某变电站10kV出线零序掩护动作。经摇缆，肯定为线路联结电缆故障。该段电缆型号为YJLV22 3×240，资产全长720m。

经由过程对电缆进行绝缘电阻测试，三相阻值分离为156MΩ、136MΩ、0.2MΩ，断定为高阻故障。对故障相进行低压脉冲测试，可测得电缆全长及三个中央接头，与资产记载符合，未产生断线。高阻故障低压脉冲波形如图13所示。

图13 高阻故障低压脉冲波形

因接位置置绝缘电阻较高，低压脉冲无法测得故障长度。将故障测试仪改冲闪法接线，对故障相施加15kV高压脉冲，故障点击穿但放电环境欠安，无法得到有用波形。继续升压至18kV，击穿环境优越，获取冲闪波形如图14所示。

图14 高阻故障冲闪波形

从图14可看出，击穿后第三个周期波形趋于稳固。经由过程卡位，获取故障间隔321m，联合低压脉冲波形，断定为中央接头产生故障。使用定点仪在325m处获取声磁同步旌旗灯号，听到显著放电声。开挖后，肯定故障为热缩型中央接头进水，自压接收处沿绝缘外面爬弧至铜屏障放电，故障处主绝缘外面已产生炭化并烧穿，如图15所示。

图15 电缆中央接头进水爬弧

3.2 电缆旧伤故障

2021年09月22日，某变电站10kV出线零序掩护动作。经摇缆，肯定为215站至6622站电缆故障。该段电缆型号为YJLV22 3×240，敷设于2003年，资产全长320m。

经由过程对电缆进行绝缘电阻测试，三相阻值分离为43MΩ、68MΩ、0MΩ；万用表测试对地阻值均为无限年夜，断定为高阻故障。对电缆进行低压脉冲测试，得到波形如图16所示。

图16 旧伤故障低压脉冲波形

从图16可看出，在42m处发现不显著的短路反射波形；在333m处正确显示电缆全长，未产生断线。使用冲闪法自215站对故障相施加15kV高压脉冲进行验证，得到波形如图17所示。

图17 旧伤故障冲闪波形

图17中，击穿后第二个周期波形趋于稳固，经由过程卡位，断定故障点在近端约42m处，与低压脉冲波形符合。使用路径仪及定点仪，在该处获取声磁同步旌旗灯号。故障点处因地铁导行路施工，由绿地变为柏油路面，开挖后，发现电缆本体上方破洞，剖解发现电缆内年夜量存水，断定为施工将电缆外皮及绝缘碰坏，导致进水腐蚀至线芯，运行一段光阴后产生故障，故障地位如图18所示。

图18 旧伤电缆故障地位

4 二次脉冲法故障测距案例

4.1 电缆老旧故障

2021年05月13日，某变电站10kV出线零序掩护动作。经摇缆，肯定为联结电缆故障。该电缆型号为AL 3×240，敷设于1992年，资产全长312m。

经由过程对电缆进行绝缘电阻测试，三相阻值分离为97MΩ、112MΩ、0.1MΩ，断定为高阻故障。对电缆进行低压脉冲测试，正确获取全长，未产生断线。经由过程延弧器施加20kV高压脉冲，得到二次脉冲波形如图19所示。

图19 老旧电缆二次脉冲波形

从图19可看出，击穿前后低压脉冲波形于73m处产生分别，电弧将故障点由高阻故障短时转化为低阻故障。将实验仪改接冲闪法进行验证，施加16kV高压脉冲，得到波形如图20所示。

图20 老旧电缆冲闪波形

由图20可见，冲闪法在第三个周期获取稳固放电曲线，卡位于73m，验证了二次脉冲法测距数值。使用定点仪，在该处听到放电声。开挖后，发现电缆本体位于人行道树下，因为运行光阴较长，已被树根包裹并挤坏。故障点弗成视且无法掏出，自两侧切除后经由过程对接进行修复。

4.2 电缆中央接头故障

2021年10月10日，某变电站10kV出线过电流I段掩护动作。经摇缆，肯定为1783站至737站电缆故障。该段电缆型号为YJLV22 3×240，双缆敷设，资产全长800m。

将电缆两侧挑开，选出故障电缆；经由过程对电缆进行绝缘电阻测试，三相阻值分离为16M、0M、102M；使用全能表测试对地阻值均为无限年夜，断定为高阻故障。经由过程低压脉冲测试胜利获取三个中央接头及电缆全长，经由过程延弧器施加20kV高压脉冲，二次脉冲波形全程重合，未引发电弧。从新升压至23kV，燃弧胜利，获取二次脉冲波形如图21所示。

图21 中央接头故障二次脉冲波形

图21中，击穿前、后脉冲波形于331m惩罚离。同时，也可看出797m处终端反射，与全长符合。将实验仪改接冲闪法进行验证，升压至18kV，获取冲闪波形如图22所示。

图22 中央接头故障冲闪波形

冲闪法于第四个周期获取稳固波形，卡位于311m。使用定点仪自310m处开端测寻，于330m处发现声磁同步旌旗灯号，经由过程与低压脉冲波形比对，此处为一中央接头。将故障处开挖并剖解后，发现接头半导电断口处因工艺不良产生击穿，如图23所示。

图23 中央接头故障地位

5 结论

电缆故障后，精确对放电地位进行测距及定位是故障查找的症结。本文经由过程对低压脉冲法、冲闪法、二次脉冲法典型波形的阐发，对多种故障定位方式进行了讨论。

1）低压脉冲法主要用于故障电缆初步判研，可经由过程反射波形肯定中央接头、低阻故障及电缆终端地位。低压脉冲法接线最为简单，无需升压装备及外部电源即可完成。

2）冲闪法主要用于电缆高阻故障测距。经由过程高压脉冲将故障点击穿形成反射波形，可以采纳较为简单的接线方式获取故障点粗测间隔，是最为常用的故障查找办法之一。

3）二次脉冲法降服了冲闪法波形阐发难度年夜的毛病，仅需察看击穿前后脉冲波形分别地位即可。但延弧器接线较为繁杂，且存在必定压降，测距后必要改接为冲闪法进行定点。

在现实的故障查找事情中，通常采纳多种方式进行交叉验证，以晋升效力。同时，共同电缆路径仪、声磁同步定点仪，终极找出放电准确地位。

本文编自2022年第2期《电气技术》，论文题目为“10kV电缆故障测距及定位典型案例阐发”，作者为陶宇航、张熹 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“浏览原文”，拜访期刊网站。

保举浏览

中国电工技术学会

新媒体平台

学会官方微信

电工技术学报

CES电气

学会官方B站

CES TEMS

今日头条号

学会科普微信

新浪微博

抖音号

接洽我们

《电工技术学报》：010-63256949/6981 邮箱：dgjsxb@vip.126.com 《电气技术》：010-63256943 邮箱：dianqijishu@126.com 编务：010-63256994；订阅：010-63256817 告白互助：010-63256867/6838