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[摘要] 本文阐述了10kV电缆故障的分类及定位步骤，介绍了三次脉冲弧反射法的定位原理，并结合实际介绍了三次脉冲弧反射法在10kV电缆故障定位中的应用。
[关键词] 电缆故障 三次脉冲 弧反射法 定位
前言
1897年上海杨树浦发电厂敷设了中国第一条电力电缆，中国电力电缆故障定位的历史由此掀开。近年来，10kV电缆已广泛运用在城市电网中。由于电缆故障的复杂性和电缆敷设的隐蔽性，10kV电缆一旦发生故障，查找起来非常困难。如何准确定位10kV电缆故障点，缩短故障停电时间，已经成为供电部门需要重点关注的问题。
1.10kV电缆故障的分类
电力电缆故障的分类方法比较多，通常有以下几种方法：
1.1根据电缆故障点的绝缘电阻分类
（1）开路（断路）故障
电缆绝缘电阻无穷大或虽与正常电阻的绝缘电阻值相同，但电压不能馈至用户端的电缆故障，低压脉冲测试时故障有反射，且反射波与发射波同相。
（2）低阻（短路）故障
电缆故障点的绝缘电阻小于该电缆的特性阻抗，甚至直流电阻为零的电缆故障，低压脉冲测试时故障有反射，且反射波与发射波反相。
（3）高阻故障
电缆故障点的直流电阻大于该电缆的特性阻抗的电缆故障，低压脉冲测试时故障无反射。高阻故障可分为两种故障形式：
高阻泄漏性故障：在做电缆高压绝缘试验时，泄漏电流随试验电压的升高而增加，试验电压升高到额定值时（有时还远远达不到额定值），而泄漏电流超过了允许值。
高阻闪络性故障：试验电压升至某值时，泄漏电流突然升高，监视泄漏电流的表针闪络性摆动，电压稍下降时，此现象消失，但电缆绝缘仍有极高的阻值。
1.2 根据电缆故障发生的方式分类
（1）击穿故障
电缆在做预防性试验时，由于较高直流电压的作用，使电缆隐患处被击穿。这种故障多为相对地的闪络性高阻故障。
（2）行击穿故障
这种故障是电缆运行在工作电压时所发生的故障，一般多为相间或相对地的高阻或低阻故障。
1.3 根据故障发生的部位分类
（1）本体故障
由于各种原因，诸如人为因素，如过负荷运行，外力破坏等，还有物理化学性腐蚀，自然老化等原因引起的电缆本体故障。
（2）接头故障
电缆终端头，中间头等部位发生的故障。一般多见于泄漏性高阻故障。
2.10kV电缆故障定位的步骤
从电缆故障定位的步骤看，一般分为判断电缆故障性质、预定位、路径定位、精确定点四步骤：
2.1 判断电缆故障性质
电缆故障性质判断需要的仪表很简单，一块高阻计和一块万用表即可。分别测量各相线芯对地、相间绝缘电阻，并做导体连通性试验。该步骤对快速准确找到故障点非常重要，因为好的开始等于成功了一半。
2.2 预定位
在正确判断故障性质的基础上，可根据电缆的波传播特性、有无好相等因素，决定选择何种预定位方法。高压电桥法适合波传播特性差的电缆故障，如380V电缆故障、电缆外护套故障等。弧反射法适合交联电缆、油纸电缆等波传播特性好的故障。
2.3 路径定位
电缆路径定位不仅是故障定位过程的必要环节，而且是主动预防外力破坏的有效反事故措施。在给有关其他地下管线单位标图时，采用管线定位仪进一步确定电缆路径、走向和埋深，是英国、新加坡、香港、澳门等法律规定的强制性准备工作。
2.4 精确定点
精确定点是电缆故障的关键环节，尤其对于缩短电缆抢修时间、减少城市黄金地段开挖成本、降低一线电缆工、试验班人员劳动强度起着决定性作用。精确定点分为三类：
（1）声磁时间差法：适合95%以上的高低阻电缆故障精确定点。
（2）跨步电压法：适合外护套故障精确定点。
（3）音频法：包括音频绞合法和最小扭曲成图法，适合绝缘电阻在0.0欧姆至10.0欧姆之间的死接地故障。
3.三次脉冲弧反射法的定位原理
三次脉冲弧反射法采用双冲击方法延长燃弧时间并稳弧,能够轻易地定位高阻故障和闪络性故障。三次脉冲弧反射法是二次脉冲法的升级，是现在较先进、使用范围较广的高阻和闪络性故障的测试方法，由于技术先进,操作简单,波形清晰,定位快速准确,目前已经成为高阻故障和闪络性故障的主流定位方法。
第一步：脉冲反射仪向故障电缆发射一个低压脉冲，在不击穿被测电缆故障点的情况下，测得低压脉冲的参考波形。如果是高阻和闪络性故障，该波形显示不出故障点的位置，但能够显示电缆中间头和电缆远端。
第二步：使用高压脉冲发生器产生一定电压等级、一定能量的高压脉冲，在电缆的测试端施加给故障电缆，让电缆的高阻故障点发生击穿燃弧。并在电弧电压降到一定值时触发中壓脉冲来稳定和延长电弧时间，给低压脉冲采集反射信号留出充裕的时间。三次脉冲弧反射法没有利用储能电容放电起始瞬间产生的脉冲来检测反射时间，避过电容放电过程起始部分杂乱的波形，在电容放电波形稳定后，使故障点电弧仍然维持。
第三步：在闪络击穿的瞬间，脉冲反射仪收到闪络放电的触发信号，向故障电缆自动发射一个低压脉冲信号。测量脉冲到达电缆的高阻故障点时，遇到电弧，在电弧的表面发生反射。由于燃弧时，高阻故障变成了瞬间的短路故障，低压测量脉冲将发生明显的阻抗特征变化，使得闪络测量的波形变为低压脉冲短路波形，接收到的低压脉冲反射波形相当于一个线芯对地完全短路的波形。
第四步：将释放高压脉冲时与未释放高压脉冲时所得到的低压脉冲波形进行叠加，两个波形会有一个发散点，这发散点就是故障点的反射波形点，即故障点对应的位置。
图1三次脉冲弧反射法原理图
4.三次脉冲弧反射法在10kV电缆故障定位中的应用与分析
10kV电缆供电方式以其安全、可靠、有利于城市美化与规划布局等优点,被越来越广泛地采用。目前，韶关市城区大部分为10kV电缆供电。由于部分10kV电缆制作、安装年限较长，且管沟长期积水，10kV电缆故障偶有发生。结合多种技术手段的运用，配网运行人员总能在最短的时间内找到故障点，快速排除电缆故障，保证广大居民的用电需求。
韶关供电局110kV河西变电站10kV F27织布厂线故障跳闸，初步判断为某段960米的交联聚乙烯电缆发生了多相接地故障。2011年4月7日上午，韶关供电局配网运行人员采用德国赛巴S32便携车载电缆故障定位系统来定位故障点。
图2德国赛巴S32便携车载电缆故障定位系统
德国赛巴S32便携车载电缆故障定位系统测试设备主要包括T30E数码脉冲反射仪一台、SPG32高压单元一台、T16/9精确定点仪一台。该系统具有操作简单、安全性高，适合野外作业等特点。主要用于定位380V-220kV电缆的高阻型、闪络型、间歇型、泄露型等主绝缘故障，同时可对外护套故障进行精确定点。
运行人员把故障电缆两端电缆头解开悬空，使用S32电缆故障定位系统的三次脉冲弧反射法测试C相的故障距离是529.3米。结合图纸资料，可以看出故障点是在一个电缆中间头的位置。
运行人员通过S32电缆故障定位系统对故障电缆发射高压周期脉冲，利用T16/9精确定点仪对电缆故障进行进一步精确定位。当运行人员来到系统指示的故障点附近时，听到了响亮的放电声，故障点正是系统提示的电缆中间头的位置。
图3现场测试波形图
图4电缆故障处理过程
当天，运行人员对该故障电缆头进行处理后，线路送电正常。
5.结束语
三次脉冲弧反射法能够准确对10kV电缆故障进行准确定位，让运行人员迅速找到故障点。这不但大大缩短了故障查找的时间，同时也大大减轻了运行人员查找故障的难度和工作量。这种技术手段的应用，对提高供电可靠性，提高客户满意度有着积极的意义。
[关键词] 电缆故障 三次脉冲 弧反射法 定位
前言
1897年上海杨树浦发电厂敷设了中国第一条电力电缆，中国电力电缆故障定位的历史由此掀开。近年来，10kV电缆已广泛运用在城市电网中。由于电缆故障的复杂性和电缆敷设的隐蔽性，10kV电缆一旦发生故障，查找起来非常困难。如何准确定位10kV电缆故障点，缩短故障停电时间，已经成为供电部门需要重点关注的问题。
1.10kV电缆故障的分类
电力电缆故障的分类方法比较多，通常有以下几种方法：
1.1根据电缆故障点的绝缘电阻分类
（1）开路（断路）故障
电缆绝缘电阻无穷大或虽与正常电阻的绝缘电阻值相同，但电压不能馈至用户端的电缆故障，低压脉冲测试时故障有反射，且反射波与发射波同相。
（2）低阻（短路）故障
电缆故障点的绝缘电阻小于该电缆的特性阻抗，甚至直流电阻为零的电缆故障，低压脉冲测试时故障有反射，且反射波与发射波反相。
（3）高阻故障
电缆故障点的直流电阻大于该电缆的特性阻抗的电缆故障，低压脉冲测试时故障无反射。高阻故障可分为两种故障形式：
高阻泄漏性故障：在做电缆高压绝缘试验时，泄漏电流随试验电压的升高而增加，试验电压升高到额定值时（有时还远远达不到额定值），而泄漏电流超过了允许值。
高阻闪络性故障：试验电压升至某值时，泄漏电流突然升高，监视泄漏电流的表针闪络性摆动，电压稍下降时，此现象消失，但电缆绝缘仍有极高的阻值。
1.2 根据电缆故障发生的方式分类
（1）击穿故障
电缆在做预防性试验时，由于较高直流电压的作用，使电缆隐患处被击穿。这种故障多为相对地的闪络性高阻故障。
（2）行击穿故障
这种故障是电缆运行在工作电压时所发生的故障，一般多为相间或相对地的高阻或低阻故障。
1.3 根据故障发生的部位分类
（1）本体故障
由于各种原因，诸如人为因素，如过负荷运行，外力破坏等，还有物理化学性腐蚀，自然老化等原因引起的电缆本体故障。
（2）接头故障
电缆终端头，中间头等部位发生的故障。一般多见于泄漏性高阻故障。
2.10kV电缆故障定位的步骤
从电缆故障定位的步骤看，一般分为判断电缆故障性质、预定位、路径定位、精确定点四步骤：
2.1 判断电缆故障性质
电缆故障性质判断需要的仪表很简单，一块高阻计和一块万用表即可。分别测量各相线芯对地、相间绝缘电阻，并做导体连通性试验。该步骤对快速准确找到故障点非常重要，因为好的开始等于成功了一半。
2.2 预定位
在正确判断故障性质的基础上，可根据电缆的波传播特性、有无好相等因素，决定选择何种预定位方法。高压电桥法适合波传播特性差的电缆故障，如380V电缆故障、电缆外护套故障等。弧反射法适合交联电缆、油纸电缆等波传播特性好的故障。
2.3 路径定位
电缆路径定位不仅是故障定位过程的必要环节，而且是主动预防外力破坏的有效反事故措施。在给有关其他地下管线单位标图时，采用管线定位仪进一步确定电缆路径、走向和埋深，是英国、新加坡、香港、澳门等法律规定的强制性准备工作。
2.4 精确定点
精确定点是电缆故障的关键环节，尤其对于缩短电缆抢修时间、减少城市黄金地段开挖成本、降低一线电缆工、试验班人员劳动强度起着决定性作用。精确定点分为三类：
（1）声磁时间差法：适合95%以上的高低阻电缆故障精确定点。
（2）跨步电压法：适合外护套故障精确定点。
（3）音频法：包括音频绞合法和最小扭曲成图法，适合绝缘电阻在0.0欧姆至10.0欧姆之间的死接地故障。
3.三次脉冲弧反射法的定位原理
三次脉冲弧反射法采用双冲击方法延长燃弧时间并稳弧,能够轻易地定位高阻故障和闪络性故障。三次脉冲弧反射法是二次脉冲法的升级，是现在较先进、使用范围较广的高阻和闪络性故障的测试方法，由于技术先进,操作简单,波形清晰,定位快速准确,目前已经成为高阻故障和闪络性故障的主流定位方法。
第一步：脉冲反射仪向故障电缆发射一个低压脉冲，在不击穿被测电缆故障点的情况下，测得低压脉冲的参考波形。如果是高阻和闪络性故障，该波形显示不出故障点的位置，但能够显示电缆中间头和电缆远端。
第二步：使用高压脉冲发生器产生一定电压等级、一定能量的高压脉冲，在电缆的测试端施加给故障电缆，让电缆的高阻故障点发生击穿燃弧。并在电弧电压降到一定值时触发中壓脉冲来稳定和延长电弧时间，给低压脉冲采集反射信号留出充裕的时间。三次脉冲弧反射法没有利用储能电容放电起始瞬间产生的脉冲来检测反射时间，避过电容放电过程起始部分杂乱的波形，在电容放电波形稳定后，使故障点电弧仍然维持。
第三步：在闪络击穿的瞬间，脉冲反射仪收到闪络放电的触发信号，向故障电缆自动发射一个低压脉冲信号。测量脉冲到达电缆的高阻故障点时，遇到电弧，在电弧的表面发生反射。由于燃弧时，高阻故障变成了瞬间的短路故障，低压测量脉冲将发生明显的阻抗特征变化，使得闪络测量的波形变为低压脉冲短路波形，接收到的低压脉冲反射波形相当于一个线芯对地完全短路的波形。
第四步：将释放高压脉冲时与未释放高压脉冲时所得到的低压脉冲波形进行叠加，两个波形会有一个发散点，这发散点就是故障点的反射波形点，即故障点对应的位置。
图1三次脉冲弧反射法原理图
4.三次脉冲弧反射法在10kV电缆故障定位中的应用与分析
10kV电缆供电方式以其安全、可靠、有利于城市美化与规划布局等优点,被越来越广泛地采用。目前，韶关市城区大部分为10kV电缆供电。由于部分10kV电缆制作、安装年限较长，且管沟长期积水，10kV电缆故障偶有发生。结合多种技术手段的运用，配网运行人员总能在最短的时间内找到故障点，快速排除电缆故障，保证广大居民的用电需求。
韶关供电局110kV河西变电站10kV F27织布厂线故障跳闸，初步判断为某段960米的交联聚乙烯电缆发生了多相接地故障。2011年4月7日上午，韶关供电局配网运行人员采用德国赛巴S32便携车载电缆故障定位系统来定位故障点。
图2德国赛巴S32便携车载电缆故障定位系统
德国赛巴S32便携车载电缆故障定位系统测试设备主要包括T30E数码脉冲反射仪一台、SPG32高压单元一台、T16/9精确定点仪一台。该系统具有操作简单、安全性高，适合野外作业等特点。主要用于定位380V-220kV电缆的高阻型、闪络型、间歇型、泄露型等主绝缘故障，同时可对外护套故障进行精确定点。
运行人员把故障电缆两端电缆头解开悬空，使用S32电缆故障定位系统的三次脉冲弧反射法测试C相的故障距离是529.3米。结合图纸资料，可以看出故障点是在一个电缆中间头的位置。
运行人员通过S32电缆故障定位系统对故障电缆发射高压周期脉冲，利用T16/9精确定点仪对电缆故障进行进一步精确定位。当运行人员来到系统指示的故障点附近时，听到了响亮的放电声，故障点正是系统提示的电缆中间头的位置。
图3现场测试波形图
图4电缆故障处理过程
当天，运行人员对该故障电缆头进行处理后，线路送电正常。
5.结束语
三次脉冲弧反射法能够准确对10kV电缆故障进行准确定位，让运行人员迅速找到故障点。这不但大大缩短了故障查找的时间，同时也大大减轻了运行人员查找故障的难度和工作量。这种技术手段的应用，对提高供电可靠性，提高客户满意度有着积极的意义。