管道内地下电缆故障定位技术研究

王坤

摘 要：电缆故障可以定义为影响电缆性能的任何缺陷，地下电缆的各种故障都是不相关的，电缆故障定位的成功在很大程度上取决于实际运行情况和检修人员的工作经验。在大多数国家，地下电缆一般铺设在PVC管或其他类型管道内。如果将电缆直接埋在地下，对电缆故障进行定位会容易得多。但是当电缆敷设在导管内时，精确定位故障位置的难度就会显著增加。本文主要介绍了管道内地下电缆故障定位的各种设备和方法，并分析这些方法的优缺点。

关键词：电缆故障;故障定位;地下电缆;电缆管道

1引言

随着城市电力需求的不断增长，供电网络的安全性和可靠性会变得越来越重要。但是供电网络的智能化发展必然导致电网结构越来越复杂，其构成的组件也越来越多，这些组件可能会发生故障并中断终端用户的电力供应[1]。在世界范围内运行的大多数低压和中压配电线路中，地下电缆已经被推广使用了几十年。地下高压电缆因其不受天气条件、暴雨、风雪和污染的影响而越来越多地被使用。尽管电缆的制造技术在稳步提高，但仍存在许多可能导致电缆在运行或测试过程中失效的因素[2]。在过去，定位直埋电缆下的任何故障是相对较为容易的。但是对于铺设在管道内的地下电缆，定位电缆故障会变得困难得多。充分利用地下电缆管道内故障定位技术具有较为重要的实际意义。

2故障预定位方法

2.1多脉冲法

多重脉冲法（MIM）是目前最先进的电缆故障预定位方法。在每一个电缆故障钟，无论是高阻或间歇故障，都不能直接通过时域反射仪（TDR）的方法来表征。TDR发出的低电压脉冲在故障位置并没有反映出来，因为故障阻抗相对于电缆正常部分的绝缘阻抗并没有明显降低。基于这一研究背景而设计出多重脉冲法，多重脉冲法是由耦合浪涌发生器产生的单个高压冲击来实现故障定位的。可以将高阻故障暂时改变为短路，因此可以通过名为二次脉冲法（SIM）的第二个TDR脉冲或名为多次脉冲法（MIM）的多个二次脉冲来检测电缆故障。低压TDR脉冲通过耦合单元耦合到浪涌发生器的高压输出。多重脉冲法（MIM）基本上是二次脉冲法（SIM）的一个更高级的发展。MIM的最大优点是它可以在更宽的时间范围内监测电缆故障状态。因此不再需要手动调整触发延时时间，也不需要重复调试。

2.2冲击电流法

上一小节提到的基于TDR脉冲的电缆故障预定位方法通常受到很长的电缆中信号的阻尼或沿电缆接头反射的影响。阻尼的影响可能是由于电缆护套的腐蚀或接头中的任何其他影响造成的。换句话说，任何对电缆长度电阻有影响的因素都会影响阻尼。在很长的电缆中，电缆的自然阻尼可能导致TDR脉冲在返回到时域反射仪之前被阻尼掉。因此，TDR方法無法适用于长电缆的故障定位。而脉冲电流法（ICM）可以很好地应用于这种情况。当浪涌发生器释放高压脉冲时，在故障点发生闪络。这种闪络导致瞬态电流波沿着浪涌发生器和闪络点之间的电缆护套传播。这种电流波将从故障点到电缆的起点重复地来回传播。这个脉冲的间隔就可以确定为故障距离。对于耦合单元，电感耦合器（SKID）连接到浪涌发生器（SSG）电缆的护套。时间与反射仪可以设置为自动调整，并在屏幕上显示图形。由于瞬态电流波的脉宽较宽，ICM方法更适用于长电缆。

3精确定位方法

3.1声学定位方法

在与直埋电缆具有相似特性的管道内敷设电缆，往往很难出现导针高阻故障和间歇性故障[3]。声学方法可以准确地定位故障位置。作为信号源，浪涌发生器采用重复脉冲模式。来自浪涌发生器（SSG）的高能脉冲产生沿电缆传输的电压脉冲。闪络发生在故障点。这些重复的噪音/声音是通过地面上的麦克风、接收器和耳机检测到的。故障距离麦克风越近，从闪络噪声中检测到的振幅越大。如果把它直接放在故障位置的顶部，就可以检测到最高水平的闪络噪声。使用能量较高的浪涌发生器可以产生较高的闪络噪声。闪络噪声的大小取决于电缆管道埋地的深度，但即使电缆故障在管道内，通常也能听到闪络噪声。

声学故障定位装置包括接收机和地面麦克风，具有数字传播时距测量的特殊特性。首先，地面麦克风测量可沿高压脉冲传播的电缆记录的电磁信号。由于这个信号在通向故障的所有电缆跟踪中都是可用的，因此可以进一步使用它来确保遵循“电缆跟踪”。最大信号可以确认地面麦克风的位置现在是直接在电缆的上方。其次，地面传声器在靠近故障位置时，通过地面检测来自故障的闪络噪声。因此，每一个闪络都会触发两个不同的触发器：电磁触发器和声触发器。这两种信号的传播速度不同。此外，距离故障的距离会影响触发声触发和电磁触发的差异。数字接收器自动转换从故障位置测量的时间（传播时间），并用数字仪表指示距离。根据仪表指示，距离指示最近的地方，可以找到故障位置。

3.2步电压法

当电缆故障与土壤或地面直接接触时，使用浪涌发生器不会在故障点产生闪络。当没有声音信号或听不到闪络噪声时，不可能使用声学方法对电缆故障进行定位。这种情况主要是由于地下电缆完全烧毁[4]。利用阶跃电压法可以准确地定位出这些类型的电缆故障。低压电缆以及引导电缆（信号线）的故障通常很难确定，这是因为施加在电缆上的高电压没有足够的浪涌能量来产生强烈的可听闪络。由于这些电缆主要是未屏蔽的，所以在大多数情况下，故障电缆与周围的土壤直接接触。在这种情况下，步进电压法更加适用。

另一种表现类似情况的故障类型是电缆护套故障。由于没有确定的电位点，电缆外保护PVC管绝缘处的故障无法通过声学方法定位。因此，产生强闪络噪声同样困难。采用步进电压法可以实现电缆护套故障的定位。这种方法也可以定位沿电缆的几个护套故障。当地面探头沿电缆轨迹放置在地面上时，接收机中的电位计将指向电位较高的方向，即故障点。顺着这个方向直到电位计指向零。然后确定故障位置。

4结论

管道内电缆故障的定位有多种方法，采用不同的技术。了解和应用不同的电缆故障定位技术，可以使电气技术人员在电缆敷设在管道内时也能更容易、更快地定位电缆故障。重点是了解环境条件，如土壤条件、天气条件、道路条件等，以及了解电缆的故障情况。此外，使用正确的设备可以缩短电缆故障定位的时间。

参考文献：

[1]陈本学，王晓梅，马文华.一种地下电缆中间接头故障定位装置设计[J].集成电路应用，2020，37（02）：86-87.

[2]唐阳，李君豪，熊双菊，谢诗雨，王劲峰.基于小波分析的地下电缆故障定位仿真研究[J].电子科技，2019，32（09）：60-64.

[3]张姝，林圣，唐进，何正友.基于双层阻抗模型的三相单芯电缆自恢复故障定位[J].电工技术学报，2016，31（17）：1-10.

[4]姚勇光，高舜宇，郭克.基于小波分析的地下电缆故障定位仿真研究[J].机电工程技术，2015，44（09）：127-130+200.

作者简介：王坤，汉，男，重庆，1991.04.06，学历本科，职称工程师，中国电建集团贵州工程有限公司，研究方向：电力施工管理。