复杂电缆系统主绝缘故障预定位方法的探讨

复杂电缆系统主绝缘故障预定位方法的探讨

吴章洪

广东电网有限责任公司中山供电局中山528400

摘要：随着社会经济的快速发展，输电网的建设日新月异，电缆线路因具有占地少、供电可靠及美化城市的优点，在输电网络中起到了举足轻重的作用。电缆故障后，我们首先想到的仪器是故障测试车，因为它具有预定位高精度的特点。然而，当遇到含有T接头，或含多个交叉互联段，或含有GIS终端的复杂高压电缆系统时，一旦故障，往往出不了故障波形，令定位人员一筹莫展。本文介绍了一种高压智能电桥定位方法，特别适合于复杂电缆系统的主绝缘故障预定位，供同行们参考。

关键词：复杂电缆系统；主绝缘故障；智能电桥；故障预定位

引言

电缆主绝缘故障定位通常有两种预定位方法，即波反射法和电桥法。对于一般电缆系统，采用以上两种方法即可准确的定位出电缆故障。电缆系统可能包含GIS终端、T接头或包含多个交叉互联段的电缆线路，有上述一种或几种情况，我们称为复杂高压电缆系统，此种系统中电缆一旦发生绝缘击穿，由于T接头等导致波形反射紊乱、衰减严重等，从而，电缆测试车波反射法定位非常困难，高压电桥效果不佳。因此，可以说复杂电缆系统主绝缘故障预定位，是业内公认的难题。

1预定位困难的原因

1.1波反射法

1.1.1含有T接头电缆系统

电缆T接线路通常有以下几种方式：户内终端跳线T接；站内GIS终端T接；T接筒T接；Y接头。采用跳线T接的线路可以将T电缆解口成独立段；采用GIS终端T接的线路可以通过拉开联络刀闸把T电缆解列独立段，再采用常规的测试方法进行测寻。对于T接筒、Y接头T接线路难以将其解口成独立段，T接头将电缆分为3段，脉冲经过T接头时，能量分为3份，一份返回，另外2份传至另外2段电缆，如强弩之末，难以使故障点放电，定位、定点均不合适。如故障点远离测量点或在另外2段电缆上，脉冲经复杂反射，波形复杂，难以定位。

1.1.2含有GIS终端电缆系统

含有GIS终端电缆系统在电缆定位过程中通常需要打开GIS终端气室，涉及到另一个部门，其他专业，工作协调及人员调配费时多多，增加了定位的工作量和现场操作的难度。另外打开GIS终端气室，还有可能导致SF6气体的泄露、外部水分的渗入，可能导致GIS内部闪络故障，增加设备的运行风险。因此，定位时最好不要打开GIS终端气室。使用智能电桥进行含有GIS终端电缆系统的电缆定位时，电缆线芯可以通过GIS终端接地刀闸引出，但引出套管耐压有限，通常110kVGIS开关为8kV，220kVGIS开关为12kV，因此通过该点能施加的电压有限。

1.1.3包含交叉互联段电缆系统

经过交叉换位后，波阻抗产生突变，使定位反射波十分复杂，难以定位，高压脉冲在该点也有能量损失，难以到达远处。因此要求短接同轴接地电缆，使故障相电缆金属护层连续。实际上，短接全线交叉互联接地箱要撬开工井，拆开接地箱体，劳动强度非常大，还消耗大量宝贵时间，并非易事。即使短路，也会形成阻抗突变，高低压脉冲均会反射，因此同轴接地电缆短路效果有限。

1.2高压电桥法

高压定位电桥用于3芯电缆（主要用于配网）有许多成功实践，操作简单，对稳定性高阻故障有效。但面对单芯电缆，由于测试缆上感应电压往往超过100V，容易损坏高压定位电桥仪。

图1高压电桥定位原理图

测试电缆临近电缆运行电流形成的磁场中，在测试回路上可能存在超过100V的工频感应电压，而用于定位的直流电位差不过mV级。因此，检流计容易损坏，或者不能平衡，或因为交流参与电桥平衡，定位比例误差很大。

2电缆故障定位智能电桥介绍

为利用电桥法的优点，避免工频感应电压的干扰，针对高压复杂电缆定位特点，电缆故障定位智能电桥在高压定位电桥的基础上进行了功能改进。集烧穿和智能电桥于一体，可以快速将高阻故障烧成低阻，大大提高了故障定位精度，特别适合于高压、大截面、大长度复杂电缆系统的主绝缘故障预定位。

图2高压智能电桥定位原理图

工作原理：

1）电缆长度为L，测量端至故障点长度为LX，故障电缆与辅助电缆在远端以低阻导线短路。高压恒流源输出恒定电流I1，经开关K5加在故障电缆线芯上，经过故障电阻RZ，由金属护层或大地流回，电流I1在LX电缆线芯上产生电压降U1，该电压由mV表测得，由此可以计算该段电阻为RX。

2）然后，分开K5，合上K6，重复上述步骤，可以测得RY（包括辅助电缆电阻），通常辅助电缆与故障电缆截面相同，有2RL=（RX+RY）。

3）故障长度由下式计算得出LX=2L*RX/（RX+RY）

基于智能电桥的工作原理，其具备3种测试方法：电压降法、截面法、电桥法。

电压降法定位。输入电缆全长，先在故障电缆远端制造一个低阻接地点，以测量电缆全长电阻，再撤销该低阻接地线，重复测量，即可显示故障长度。其缺点是需要2个测量步骤。优点是远端可用小截面短接线，对于高压电缆户外终端及未完成施工的电缆护套定位，接线方便的优点足以抵消2次测量的麻烦。

截面法定位。已知被测电缆线芯截面积和材料，可选用截面法预定位，对于高压电缆，电缆截面标称值比较可靠，实践表明，也有不低于3%的定位精度。截面法的优点在于无需知道电缆长度，但测量精度相对较低。

电桥法定位。电桥法远端短接线，必须使用低阻值、粗短线。高压电缆主绝缘故障定位，在GIS终端处短接，或护层故障定位，在接线箱中短接，推荐该法，定位可一次完成。

图3故障线路护套接地系统示意图

3案例分析

3.1线路概况

110kV小菊乙线是中山市北部片区的一条重要线路，电缆于2013年06月发生故障，C相主绝缘击穿。小菊乙线是典型的复杂电缆系统，小榄站至N01塔、至沙口站为电缆线路，小榄站为一组构架终端，N01塔为一组户外终端，沙口站为一组GIS终端，且含有电缆T接头；内含有3个交叉互联系统；含有3个不同电缆截面。线路长达7.7公里。

小榄站到#6接头，长度：3752米，型号：YJLW03-800。

#6接头到N1塔终端，长度：4030米，型号：YJLQ03-500。

#6接头到沙口站，长度：193米，型号：YJLW03-630。

3.2测试难度

使用GZD-2010电缆故障定位智能电桥前，首先尝试波发射法，将C相全线交叉互联接地箱中同轴电缆短路，使用多次脉冲法定位不成功。

在N1塔终端上，用3根12m截面积为50mm2的铜导体并联短路，在小榄站尝试使用GZD-400A高压定位电桥定位，因另一回路电缆运行，感应电压高达40V，定位不成功。

3.3故障点定位

在使用多次脉冲法及普通电桥法定位不成功的情况下，决定用电缆故障定位智能电桥在小榄站测量。

将所有不同截面的电缆长度折算到800mm2。#6中间接头-N01，原有截面500mm2长度4030米，折算到800mm2相当于6448m。短路线截面150mm2，长度12m，折算到800mm2相当于64m。相当于单相电缆总长增加：32m，因此电缆总长折算到800mm2后总长为10232m。

采用电桥法进行两次测量，第一次结果为：17.77%，即故障点距离为3636m，换一端测量。第二次结果为：83.44%故障点距离为3389m，平均距离为：3512m。

初测判定故障点位置为：距#6接头（T接头）往小榄站方向240米。此后，解开#5，#6接头间3相电缆的接地线，测量该段故障相铝护套对地绝缘电阻，电阻值很低。短路#5接头的B、C相铝护套，用电桥在#6接头测量护套故障点，结果显示距#6接头约270.6m处，最后在距离#6接头约250m处确定护层故障点。在小榄站，用冲击放电发对C相施加脉冲电压，在距离#6接头约250m处听到明显放电声，从而确定最终故障点即在此处。开挖后显示为电缆本体击穿。

图4故障点

4智能电桥测试复杂电缆系统的优势

利用电缆故障定位智能电桥，完成上述定位。无需拆开交叉互联箱，临近运行电缆干扰没有影响。

初步确定位置后，再复查护层电阻，由此判断护层低阻点可能与击穿点重合，然后利用跨步电压定位。街边嘈杂环境，跨步电压定位护层缺陷点，范围大，精度高，比脉冲声磁同步法更容易找到故障点。

中间接头内部或击穿通道进水故障很难形成有效击穿。使用电缆故障定位智能电桥定位，不需烧穿，也不必打开GIS终端气室。

竣工试验中形成的击穿，往往呈闪络型击穿，根据残压即可判断击穿发生在附件上还是本体上。如在附件上，派人监护每个中间接头及终端，加直流电压至击穿，故障点可以听到大的放电声，定位一击成功。如在本体，先烧穿，再定位。

5结论

因此，电缆故障定位效率，有赖于合理选择仪器，根据实际情况，灵活应用其他方法辅助，尤其针对复杂系统的电缆故障定位，应该根据电缆系统结构，步步分解，分段查找，将复杂系统简单化，更快、更容易的找出电缆故障。可以说，利用电缆故障定位智能电桥定位，复杂电缆系统高压电缆的定位难题迎刃而解。

参考文献：

[1]邝永福.电线电缆手册.北京：机械工业出版社，2001.

[2]周小谦.电线、电缆及其附件实用手册.北京：中国电力出版社，2001.

[3]王伟，李云财，马文月，文武.交联聚乙烯绝缘电力电缆技术基础.西安：西北工业大学出版社，2005年.