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摘要：文章主要介绍了电力电缆故障定位时的步骤，以及预定位常用的两种方法，即低压脉冲法和三次脉冲法。低压脉冲法是向电缆芯线中注入低压脉冲，低压脉冲遇到阻抗不匹配点会产生反射，利用低压脉冲比较法比较故障相反射脉冲波形和正常相反射脉冲波形，进而确定故障点；三次脉冲法是在电缆击穿和非击穿状态下各注入低压脉冲，通过故障和正常情况下反射波形的比较进行故障点定位。
关键词：电力电缆；故障定位；低压脉冲；三次脉冲；时域反射
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）35-0017-02
1 概述
作为电能传输的介质，电力电缆以其受环境影响小、可靠性高、占地少和美化城市等优点而得到了越来越广泛的应用。在电缆运行过程中，由于绝缘老化变质、过热、过电压、机械损伤、腐蚀、绝缘受潮等原因，会产生各种故障。电缆直埋于地下或电缆沟内，故障后很难直接看到故障点，为了快速地查找故障点的位置、缩短故障修复时间，必须使用专用的电缆故障查找仪器和正确的方法。
2 电缆故障类型判断
2.1 开路故障
电缆有一芯或数芯断开的故障，这类故障在电力系统中几乎不会发生。
2.2 低阻或短路故障
电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或芯线与芯线之间绝缘电阻小于几百欧姆的故障，电阻值小于几百欧姆时用低压脉冲法的反射脉冲较容易识别。这类故障在低压电缆中发生较多。
2.3 高阻故障
电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或芯线与芯线之间绝缘电阻低于正常值但高于几百欧姆的故障。这类故障情况发生的概率比较高，占电缆故障的80%左右。
2.4 闪络性故障
电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或芯线与芯线之间绝缘电阻非常高，但当对电缆进行直流耐压试验时，电压加到某一数值，突然出现绝缘击穿的现象。这类故障很少出现。
3 故障预定位
故障预定位是利用发射脉冲和故障点反射脉冲的时间差与故障点距离成正比的原理确定故障点的距离。由于脉冲波在电缆中传播的实际速度很难精确确定，因此只能粗略测出故障点的大致位置，但可以大大缩小精确定点时的查找范围。
3.1 低压脉冲法
适用于开路故障、短路故障和低阻故障。在测试时，向电缆注入一低压脉冲，该脉冲信号沿着电缆传播，遇到阻抗不匹配点如开路点、短路点、低阻故障点和中间接头点时，会产生反射波返回到测量点被仪器记录下来。
开路故障点、电缆末端和中间接头的反射脉冲与发射脉冲极性相同，短路和低阻故障点的反射脉冲与发射脉冲极性相反，如图2。其中A、B、C相波形分别代表良好相、开路故障相、低阻或短路故障相的脉冲反射波形。低压脉冲比较法：在实际测量时，电缆线路结构可能比较复杂，存在着接头点、分支点或低阻故障点等，反射波形相对比较平滑，直接观察波形不易判断故障类型和故障点距离，对于这种情况可以用低压脉冲比较法。在测量范围和波形增益相同的情况下，将故障相脉冲波形和良好相脉冲波形叠加在一起比较，两个波形出现明显分叉的点即是故障点：（1）A、B相波形叠加，可以测量到开路故障点距离
3.2 三次脉冲法
通过低压脉冲法定位低阻或短路故障得到的波形很容易判断故障点，但是它不能用来测试高阻和闪络性故障，因为高阻故障和闪络性故障在故障点的阻值很高，故障点的等效阻抗几乎等于电缆的特性阻抗，在该点反射系数几乎为零，测试端接收到的反射波形相当于一个线芯绝缘良好电缆的波形。三次脉冲法可以很好地解决这个问题。测试时，先对电缆发射一个低压脉冲，得到一个参考波形（相当于绝缘良好相波形），然后发射一个高压脉冲使故障点击穿产生电弧，由于电弧电阻很小，故障点相对于低压脉冲是完全短路，燃弧期间向电缆再次发射一个低压脉冲，得到同低压脉冲法测得的短路故障一样的故障波形。将参考波形和故障波形叠加，两个波形会有一个明显的分叉点
4 路径探测
由于电缆是直埋或埋设在电缆沟里，在GIS资料不全时很难观察出电缆路径走向，因此在对电缆进行预定位之后，下一步应使用路径仪查找电缆的走向，找出故障点的大概位置，后边的精确定点才有意义。目前常用的电缆路径探测方法是音频感应法，即在电缆中加入特定频率的音频电流信号，该电流信号在电缆的周围产生磁场信号，用一个感应线圈感应该磁场信号，经过滤波处理后转换成声音或波形，并通过耳机或显示器表现出来，有声音或波形显示的地方就是电缆通过的地方，从而检测出电缆路径。使用音频感应法探测电缆路径时，要想在大地表面得到比较强的磁场信号，必须使大地上有部分电流通过，否则磁场信号可能会比较弱，比较有效的接线方法有相铠接法、相地接法和铠地接法。
5 精确定点
在测量出电缆的故障距离和路径后，就可以根据路径和距离找到故障点的大概方位，但由于波速的原因，该方位和实际故障点的位置还存在一定的偏差，因此必须进行最后一步：精确定点。最常见的精确定点方法是声磁同步法和音频感应法。
5.1 声磁同步法
向故障相电缆中加高压脉冲信号，故障点击穿后冲击放电时会产生声音信号，同时放电电流会在电缆周围产生脉冲磁场信号，传感器感应到声音和磁场信号并记录下来。由于磁场信号的传播速度接近光速（30万千米/小时），远大于声音信号，因此其从故障点传播到传感器所用的时间可忽略不计。这样，同时产生的声音信号和磁场信号传到传感器的时间差近似等于声音信号从故障点传到传感器的时间，该时间乘以声音的传播速度即为故障点到传感器的距离。由于地下填埋物不同以及埋设的松软程度不同等原因，声音在地下传播的速度也不同且很难确定，根据声磁时间差无法确定故障点与传感器的距离。实际测试时，传感器检测到的最小声磁时间差的点，就是距离故障点最近的点，即故障点在传感器的正下方。
5.2 音频感应法
当故障点接地电阻小于10欧姆或为金属性短路时，冲击放电声音很微弱，用音频感应法很难捕捉到声音信号，这种情况可以使用音频感应法。同用音频感应法探测电缆路径的原理一样，向故障电缆加入特定频率的音频信号，在电缆周围会产生同频率的磁场信号，感应线圈感应该信号并转换为声音信号。由于故障点处电阻较小，音频信号在该处形成回路，因此音频信号在故障点形成的磁场强度最大。在故障点前沿着电缆路径移动时会听到有规律的、强度相等的音频信号，而在故障点上方声音会突然增强数倍，故障点之后声音又会明显变弱，据此可以找出故障点。
6 结语
电力电缆故障查找“七分靠仪器、三分靠人”，因此测试人员必须在具备专业知识和技能的同时注重积累经验、收集电缆的运行和敷设路径资料，并按照故障类型判断、故障预定位、路径探测、精确定点的步骤有序进行。
参考文献
[1] 张振宇.电缆高阻故障点检测方法[J].中国高新技术企业，2012，（4）.
[2] 谭德清，徐振宇.三次脉冲法测寻电缆故障的应用
[J].高电压技术，2004，30（136）.
[3] 黄冬生.电力电缆故障探测技术的应用[J].广西电力，2006，（6）.
[4] 朱启林，李仁义，徐丙垠.电力电缆故障测试方法与案例分析[M].北京：机械工业出版社，2008.
[5] 徐丙垠.电力电缆故障探测技术[M].北京：机械工业出版社，1999.
[6] 王新宇.电力电缆故障测试原理与方法简述[J].科学论坛，2010，（36）.
[7] 瞿敏.低压脉冲法在电缆故障测距中应用及相关问题研究[D].天津大学，2004.
作者简介：李永见（1991-），男，河南人，供职于深圳供电局有限公司，研究方向：配网电力电缆试验、故障查找等。
关键词：电力电缆；故障定位；低压脉冲；三次脉冲；时域反射
中图分类号：TM711 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）35-0017-02
1 概述
作为电能传输的介质，电力电缆以其受环境影响小、可靠性高、占地少和美化城市等优点而得到了越来越广泛的应用。在电缆运行过程中，由于绝缘老化变质、过热、过电压、机械损伤、腐蚀、绝缘受潮等原因，会产生各种故障。电缆直埋于地下或电缆沟内，故障后很难直接看到故障点，为了快速地查找故障点的位置、缩短故障修复时间，必须使用专用的电缆故障查找仪器和正确的方法。
2 电缆故障类型判断
2.1 开路故障
电缆有一芯或数芯断开的故障，这类故障在电力系统中几乎不会发生。
2.2 低阻或短路故障
电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或芯线与芯线之间绝缘电阻小于几百欧姆的故障，电阻值小于几百欧姆时用低压脉冲法的反射脉冲较容易识别。这类故障在低压电缆中发生较多。
2.3 高阻故障
电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或芯线与芯线之间绝缘电阻低于正常值但高于几百欧姆的故障。这类故障情况发生的概率比较高，占电缆故障的80%左右。
2.4 闪络性故障
电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或芯线与芯线之间绝缘电阻非常高，但当对电缆进行直流耐压试验时，电压加到某一数值，突然出现绝缘击穿的现象。这类故障很少出现。
3 故障预定位
故障预定位是利用发射脉冲和故障点反射脉冲的时间差与故障点距离成正比的原理确定故障点的距离。由于脉冲波在电缆中传播的实际速度很难精确确定，因此只能粗略测出故障点的大致位置，但可以大大缩小精确定点时的查找范围。
3.1 低压脉冲法
适用于开路故障、短路故障和低阻故障。在测试时，向电缆注入一低压脉冲，该脉冲信号沿着电缆传播，遇到阻抗不匹配点如开路点、短路点、低阻故障点和中间接头点时，会产生反射波返回到测量点被仪器记录下来。
开路故障点、电缆末端和中间接头的反射脉冲与发射脉冲极性相同，短路和低阻故障点的反射脉冲与发射脉冲极性相反，如图2。其中A、B、C相波形分别代表良好相、开路故障相、低阻或短路故障相的脉冲反射波形。低压脉冲比较法：在实际测量时，电缆线路结构可能比较复杂，存在着接头点、分支点或低阻故障点等，反射波形相对比较平滑，直接观察波形不易判断故障类型和故障点距离，对于这种情况可以用低压脉冲比较法。在测量范围和波形增益相同的情况下，将故障相脉冲波形和良好相脉冲波形叠加在一起比较，两个波形出现明显分叉的点即是故障点：（1）A、B相波形叠加，可以测量到开路故障点距离
3.2 三次脉冲法
通过低压脉冲法定位低阻或短路故障得到的波形很容易判断故障点，但是它不能用来测试高阻和闪络性故障，因为高阻故障和闪络性故障在故障点的阻值很高，故障点的等效阻抗几乎等于电缆的特性阻抗，在该点反射系数几乎为零，测试端接收到的反射波形相当于一个线芯绝缘良好电缆的波形。三次脉冲法可以很好地解决这个问题。测试时，先对电缆发射一个低压脉冲，得到一个参考波形（相当于绝缘良好相波形），然后发射一个高压脉冲使故障点击穿产生电弧，由于电弧电阻很小，故障点相对于低压脉冲是完全短路，燃弧期间向电缆再次发射一个低压脉冲，得到同低压脉冲法测得的短路故障一样的故障波形。将参考波形和故障波形叠加，两个波形会有一个明显的分叉点
4 路径探测
由于电缆是直埋或埋设在电缆沟里，在GIS资料不全时很难观察出电缆路径走向，因此在对电缆进行预定位之后，下一步应使用路径仪查找电缆的走向，找出故障点的大概位置，后边的精确定点才有意义。目前常用的电缆路径探测方法是音频感应法，即在电缆中加入特定频率的音频电流信号，该电流信号在电缆的周围产生磁场信号，用一个感应线圈感应该磁场信号，经过滤波处理后转换成声音或波形，并通过耳机或显示器表现出来，有声音或波形显示的地方就是电缆通过的地方，从而检测出电缆路径。使用音频感应法探测电缆路径时，要想在大地表面得到比较强的磁场信号，必须使大地上有部分电流通过，否则磁场信号可能会比较弱，比较有效的接线方法有相铠接法、相地接法和铠地接法。
5 精确定点
在测量出电缆的故障距离和路径后，就可以根据路径和距离找到故障点的大概方位，但由于波速的原因，该方位和实际故障点的位置还存在一定的偏差，因此必须进行最后一步：精确定点。最常见的精确定点方法是声磁同步法和音频感应法。
5.1 声磁同步法
向故障相电缆中加高压脉冲信号，故障点击穿后冲击放电时会产生声音信号，同时放电电流会在电缆周围产生脉冲磁场信号，传感器感应到声音和磁场信号并记录下来。由于磁场信号的传播速度接近光速（30万千米/小时），远大于声音信号，因此其从故障点传播到传感器所用的时间可忽略不计。这样，同时产生的声音信号和磁场信号传到传感器的时间差近似等于声音信号从故障点传到传感器的时间，该时间乘以声音的传播速度即为故障点到传感器的距离。由于地下填埋物不同以及埋设的松软程度不同等原因，声音在地下传播的速度也不同且很难确定，根据声磁时间差无法确定故障点与传感器的距离。实际测试时，传感器检测到的最小声磁时间差的点，就是距离故障点最近的点，即故障点在传感器的正下方。
5.2 音频感应法
当故障点接地电阻小于10欧姆或为金属性短路时，冲击放电声音很微弱，用音频感应法很难捕捉到声音信号，这种情况可以使用音频感应法。同用音频感应法探测电缆路径的原理一样，向故障电缆加入特定频率的音频信号，在电缆周围会产生同频率的磁场信号，感应线圈感应该信号并转换为声音信号。由于故障点处电阻较小，音频信号在该处形成回路，因此音频信号在故障点形成的磁场强度最大。在故障点前沿着电缆路径移动时会听到有规律的、强度相等的音频信号，而在故障点上方声音会突然增强数倍，故障点之后声音又会明显变弱，据此可以找出故障点。
6 结语
电力电缆故障查找“七分靠仪器、三分靠人”，因此测试人员必须在具备专业知识和技能的同时注重积累经验、收集电缆的运行和敷设路径资料，并按照故障类型判断、故障预定位、路径探测、精确定点的步骤有序进行。
参考文献
[1] 张振宇.电缆高阻故障点检测方法[J].中国高新技术企业，2012，（4）.
[2] 谭德清，徐振宇.三次脉冲法测寻电缆故障的应用
[J].高电压技术，2004，30（136）.
[3] 黄冬生.电力电缆故障探测技术的应用[J].广西电力，2006，（6）.
[4] 朱启林，李仁义，徐丙垠.电力电缆故障测试方法与案例分析[M].北京：机械工业出版社，2008.
[5] 徐丙垠.电力电缆故障探测技术[M].北京：机械工业出版社，1999.
[6] 王新宇.电力电缆故障测试原理与方法简述[J].科学论坛，2010，（36）.
[7] 瞿敏.低压脉冲法在电缆故障测距中应用及相关问题研究[D].天津大学，2004.
作者简介：李永见（1991-），男，河南人，供职于深圳供电局有限公司，研究方向：配网电力电缆试验、故障查找等。