如何精确快速查找电缆故障点

摘要：随着城市发展整体美观性布局的要求，电缆代替架空导线越来越多地运用到生产生活的各个领域。处于经济效率的考虑多数电缆都掩埋在城市的地下，当电缆发生故障后，如何快速准确的查找故障点尽快恢复供电成为长期困扰电力人的难题。
一、引言
电力是企业生产与居民生活不可或缺的必要条件，一旦出现电缆故障造成非计划停电，在给企业生产带来巨大经济损失、居民生活带来极大不便的同时，也为电力企业带来负面的影响与经济损失。而城市地形复杂、人声喧哗等潜在因素又给电缆故障查找增添了困难。
 
二、电缆故障查找前的准备工作
 
盲目的进行电缆故障查找工作往往费时费力而且无法准确的进行故障定点判断，这不是因为电缆故障种类的复杂造成，而是因为电缆周边环境所造成的。
我们目前采用的电缆故障查找方法离不开：故障诊断、粗测定点与精确定点三个步骤。但是往往在实际测试中能够确定故障类型，做到粗测定点，但是却无法真正精确定点进行开挖。这种原因的形成是因为客观存在的我们听得到的因素（公路或施工处振动噪声过大等原因）和看不到的因素（电缆走向、电缆埋设深度过深、故障点在积水中、电缆施工时余留不规范等原因）所造成的。
因此在电缆故障查找前通过电缆施工、运行管理人员明确电缆长度、电缆走向、周边特殊情况、中间头位置、周边是否存在施工等要因是电缆故障查找前不可或缺的准备工作。
【例：2009年为兴庆供电分局查找一配网主线路电缆故障。经绝缘测试三相绝缘均击穿（绝缘电阻小于3KΩ）。因该电缆路径长、在公路主干道人行道下（震动与噪声影响较大），且电缆余留盘圈不规范（中间头达7处，少则盘圈五米，多则盘圈十数米，终端头处盘圈更达到十五米以上），虽然粗侧定点成功，但精确定点却因为听不到明显放电声而不能确定故障点。
通过数据分析判断怀疑故障点处可能浸泡在水中导致放电声被屏蔽，经分局电缆主管人员回忆地下电缆井在北门路口处与人防地下通道相通处是唯一可能存在深处积水的地点，且此地点有一电缆中间头。
此处与电缆故障点实测距离相差近117米，结合电缆余留盘圈不规范因素，遂决定打开此处井盖。在井口处清晰可见中间头处明显放电弧光。】
从案例不难看出了解了以上情况，我们可以采用排除法优先对该电缆的薄弱点（中间头位置、施工开挖点）进行判断，并结合电缆粗测进行验证与排除。即使以上点不是真正的故障点，我们也会因为事先知道电缆周边各因素制定出合理的故障查找方法而大大节约故障查找时间。
 
三、电缆的故障类型分析
    
从今年已查找的低、中、高压电缆故障的结构特点分析，电缆单相接地故障较为普遍，多是因为电缆遭受外力破坏原因造成。也不排除本体质量造成，但这种内部短路从外表看不出痕迹较少见。电缆相间短路故障中较少，这是因为相间短路一般都是在运行中发生，发生故障时会产生强大的短路电流造成速断保护动作而跳闸。强大的电流所造成的高温一般都会把电缆烧断造成开路性故障。电缆内部短路，外表看不出痕迹，此类故障一般是由于电缆质量造成的，比较少见。
    从电缆的故障位置看，一条电缆最薄弱的地方是中间接头，一般的电缆都有一个或几个中间接头，在做电缆中间接头时由于环境条件限制，加上电缆敷设后不进行防潮处理，制作时中间接管压接不紧密，都可能造成电缆中间接头受潮、工艺缺陷的出现。当运行中长期在高压电场的作用下产生电晕及游离放电，使绝缘本体形成水树直至绝缘老化并击穿。
从电缆故障的性质区分可分为开路、低阻、高阻和闪络性故障四种：
开路故障就是工作电压不能传输到终端，或虽然终端有电压，但带负载能力差。 
低阻故障就是电缆相间或对地的绝缘受损，其绝缘电阻减小到100KΩ以下。）
高阻故障就是电缆相间或对地的绝缘电阻大于100kΩ。
闪络性故障就是在高压保压过程中，突然击穿，在此电压下又能保压的故障。有别于高阻故障，在高压达到一定的电压肯定能击穿的故障。

 
（故障性质          Rf        间隙的击穿情况
    开  路              ∞       在直流或高压脉冲作用下击穿
    低  阻             小于100Z0             Rf不是太低时，可用高压脉冲击穿
    高  阻             大于100Z0             高压脉冲击穿
闪  络              ∞       直流或高压脉冲击穿
说明：表中Z0为电缆的波阻抗值，电力电缆波阻抗一般在10-40Ω之间。）
以上分类的目的也是为了选择测试方法的方便，根据目前流行的故障测距技术，开路与低阻故障可用低压脉冲反射法，高阻故障要用冲击闪络法，而闪络性故障可用直流闪络法测试。以上几种故障都可以用二次脉冲法测试，这是目前世界上最先进的故障测试技术，国外以德国、奥地利为代表。现场人员有Rf<100KΩ的故障称为低阻故障的习惯，主要是因为传统的电桥法可以测量这类故障。

综合以上分析掌握以下几点是我们查找电缆故障的关键： 

1、确定电缆故障到底属于开路故障、低阻故障还是高阻故障；

2、了解电缆的长度与具体走向（采用仪器进行测量会有0.5米—2米不等的误差）；

3、确定该电缆长度及中间头大致位置；

4、电缆故障发生是否与变电站速断保护动作有关；

5、电缆周边是否有工程施工开挖，是否有不明声响；

6、电缆的埋深与现场环境。
 
四、 电缆故障的粗测
 
电力电缆查找故障通常分两步：首先在电缆的一端对电缆故障点进行粗测，判断出故障点大概位置；其次，在粗测的范围内，对故障点进行精确定位。
电缆的粗测的方法常用的有：电桥回线法、二（三）次脉冲法和闪络法（冲击闪络法和直流闪络法）。
电桥回线法主要用于电力电缆单相接地、相间短路或短路接地的故障距离测试，根据电缆故障短路接地电阻值的不同，可分别选用高压电桥回线法和低压电桥回线法。这种测距方法是基于电缆沿线均匀，电缆长度与缆芯电阻成正比的特点。并根据惠斯登电桥的原理，将电缆短路接地故障点两侧的环线电阻引入电桥回路，测量其比值。由测得的比值和已知的电缆全长，计算出测量端到故障点的距离。
二次脉冲法是使用一定电压等级、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。同时，在测试端加入测量用的低压脉冲，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，使得波形判别特别简单清晰。
三次脉冲法是首先在不击穿被测电缆故障点的情况下，测得低压脉冲的反射波形，紧接着用高压脉冲击穿电缆的故障点产生电弧，在电弧电压降到一定值时触发中压脉冲来稳定和延长电弧时间，之后再发出低压脉冲，从而得到故障点的反射波形，两条波形叠加后同样可以发现发散点就是故障点对应的位置。由于采用了中压脉冲来稳定和延长电弧时间，它比二次脉冲法更容易得到故障点波形。
冲闪闪络发俗称为放电，就是测试仪利用电缆故障点在高压作用下闪络放电，形成瞬间短路故障，并同时产生回波信号的原理对其进行测试。测算出两次回波信号的时间差可算出故障点到测试端的距离。 
脉冲法理论上只能对低阻故障进行粗测，而冲闪闪络法则是对高阻故障的粗测。
需要注意的是由于在测试故障点时，阻抗变化的不稳定性，实际波形与理论波形要有一定差距，在实际操作中要认真多次取样选择较清淅的波形。电缆故障粗测使用脉冲法，闪测法是比其它的方法较有效。要想快速精确定位电缆故障点，迅速缩小精确定位的范围至关重要，这样可以嬴得许多宝贵的时间。
 
五、 快速精确定位电缆故障点
要想精确定位电缆故障点，充分利用和合理选择使用测试设备，也是提高效率赢得时间必不可少的条件，目前国内普遍使用的方法是高压冲击法。
高压冲击法的原理为：由调压器调压使升压器产生高压，经电阻限流，经二极管整流为电容充电，当电容电压上升到放电间隙放电电压时，间隙放电向故障电缆释放冲击电流，电流经过故障点产生声波，利用声音放大器寻找故障点。这种方法十分精确有效，这里最关键的是要故障点声音足够大，频率适当。要在故障点产生足够大的声音，关键取决于冲击电流的大小。而冲击电流的大小，取决于电容器 C 的容量和放电间隙的大小。间隙加大放电电压增高，但是如果电压太高，无论对电缆还是设备都是一种威协。所以我们在设备和元件选用控制时一定要计算好，不能超过它的额定值
当高压冲击法放电后，我们就可以通过声测法、声磁同步检测法和音频感应法进行电缆故障的精确定点。这是因为在进行电缆故障测距时，无论采用哪种仪器和测量方法，难免有误差，为减少开挖，测距后必须进行精确定点，通常使用的方法为：
（一）声测法
目前在国内是最常用的定点方法，故障测寻时给故障电缆加上一个幅度足够高的冲击电压，故障点发生闪络放电的同时会产生相当大的放电声并传至地表面，利用这种现象来定点可以准确地找出故障点。
（二）声磁同步检测法
在监听到声音信号的同时，利用磁性天线接收脉冲磁场信号，并用电表或光电指示。如果耳机听到的声音与电表指针的摆动或光电信号同步，即可判断该声音是由故障点放电产生的，故障点就在附近。
（三）音频感应法
一般用于探测故障电阻小于10KΩ的电阻故障。用音频信号发生器向待测电缆注入音频电流，在地面上用探头沿被测电缆路径接收电磁场信号并放大，再送入耳机或指示仪表指示值的大小而定出故障点的位置。
在实测中，以上三种方法可以结合使用，大大提高电缆故障精确定点的效率。需要注意的是声磁同步检测法抗无线声波干扰能力差，这需要在实际中根据现场情况校正接收频率。
结合以上分析，我们可总结出以下查找故障的经验：
1、当电缆在运行中发生故障，可将电缆一端短接另一端用万用表可迅速判断，电缆是否开路。
2、如果故障是高阻，使用闪测法就可以粗测故障范围。
3、优先选择用脉冲法粗测低阻或开路故障电缆的故障范围。
4、使用冲击法精确定位。在定位前有一点要注意，最好要了解一下电缆中间接头的位置，配合粗测法定位是否接头，这样可以省很多时间，因为接头故障率高。按照这样的步骤，进行电缆故障精确定位，就一定能够快速排除故障，最大的减小由于故障带来的损失。