基于脉冲电流法的电缆故障测距方案研究

基于脉冲电流法的电缆故障测距方案研究

李承儒1李婷2

（1中国电建集团海南电力设计研究院有限公司，海南 海口 570100；

2海南电网有限责任公司，海南海口 570100）

摘要：脉冲电流是查找电缆故障区域的关键指标，可根据其击穿脉冲和反射脉冲的时间差快速判断电缆局放情况，应用效益非常显著。本研究从脉冲电流测距原理出发，分析基于脉冲电流法的两种电缆故障测距方案，针对脉冲电流测距中的关键点，合理设置试验环境、校准HFCT及故障定位，以便为电缆故障点的查找提供有效参考依据。

关键词：电缆故障；测距；脉冲电流；试验方案；应用

电缆运行过程中很容易出现由外部环境、绝缘老化、过载过流等引起的断线、接地等故障，造成其安全性、可靠性和稳定性大打折扣。因此，必须针对电缆故障情况合理设置实验方案，有针对性、有目的性地开展故障测距，快速查找电缆故障区域，从而最大限度缩短电缆故障断电时间。

1 脉冲电流测距的基本原理

交联聚乙烯电力电缆在电力系统中应用非常普遍，其长久使用后容易出现由绝缘老化造成的局部放电现象。尤其是在过载运行环境中，绝缘缺陷引起的局放事故频发，严重影响了电力系统的安全性能。该过程中局部放电一般伴有声、光、热、电等现象，可利用脉冲电流法测定电流行波信号，快速判断电缆绝缘缺陷区域。

2 基于脉冲电流法的局放定位优势

脉冲电流测距法虽然能够准确开展电缆故障测距，但操作过程中往往需要利用示波器、光纤等精准测量装置进行反复测试。尤其是在时域反射测量中，很容易由技术水平等不达标导致的测量误差，需针对实际情况进行合理调整，以保证电缆故障测距的可靠系数和实用效益。

从脉冲电流测距原理中可以发现，交联聚乙烯电力电缆故障的原因非常复杂，大致上可以划分为恶劣环境影响、机械操作损伤、绝缘老化破损等。上述故障发生后均会在电缆中产生局部放电。因此，可以利用该指标对脉冲电流测距系统进行优化，准确把握脉冲电流波动情况，从而快速判断电缆故障点。

为达到上述效果，本次试验过程中在传统脉冲电流法基础上进行改进，根据脉冲电流测距原理设置局放信号测距系统。该系统中主要在故障电缆中卡入HFCT，然后注入标定量对HFCT进行校准。确定校准量后，可注入高压信号，击穿电缆故障点，判断不同HFCT处的电压幅值，判断故障电缆的局放衰减特征，从而初步查找电缆故障区域。最后，再逐步调整卡入HFCT的位置，直至HFCT差值不变，准确查找到电缆故障点。

3 基于脉冲电流法的局放源测试方案

3.1 被测样本

为进一步提升脉冲电流法在电缆局放测试中的准确性和有效性，本试验将具有局放信号110kV电缆线路及其GIS终端作为被测样本。

3.2 试验方案

将被测样本接入局放检测系统中，在原电缆截断区域注入高压，户外终端金属屏蔽接地，近端卡入HFCT-1；GIS电缆终端卡入HFCT-2，对应法兰下2.5m处卡入HFCT-3。

脉冲电流测距系统连接完毕后，应采用信号标定仪对HFCT-1、HFCT-2、HFCT-3的测量精度进行校准。操作过程中可分别在3个卡入HFTC中注入10pC、20pC、30pC、40pC、50pC、70pC、100pC标准信号，分析其注入标定量和实际测量值的差值。

本次校准过程中HFCT-1和HFCT-2的测量精度相同，但HFCT-3测量精度与HFCT-1和HFCT-2差值较大，如图所示。其中，HFCT-1和HFCT-1可视为每1.2mv测量值约对应1pC的视在放电量，而HFTC-3在注入标定量低于50pC时，可视为每1mv测量值约对应1pC的视在放电量，超过50pC后，可视为每0.8mv测量值约对应1pC的视在放电量，按照该数值校准即可。

脉冲电流测距中的HFCT校准

3.3 试验操作

（1）测距系统接入良好且HFCT校准后，应保证被测环境绝对安静，控制噪音在1.2pC以内，可按照要求测定故障点的电流行波信号。

（2）在被测样本中注入高压，观察HFCT处的局放情况，测定电压幅值及波动情况。利用故障区域局放信号的衰减情况查找故障区域。

（3）在电缆故障区域调整卡入HFCT的位置，重新注入高压信号，测量HFCT电压幅值变化情况，对比电压差值，查找局放信号衰减源，找到电缆故障点。

4 试验结果对比分析

4.1 测试结果

（1）判断故障区域。本次试验过程中主要采用外接高压对被测样本加压，注入后被测样本中各HFCT处的最大电压值分别为100mv,20mv,60mv。按照HFCT校准指标进行计算，确定各HFCT处的注入标定量分别为83.3pC、16.7 pC、75pC。根据上述数值特征，可初步判断故障点在被测样本中的GIS终端侧，由该区域向户外逐步衰减。

（2）进行故障测距。初步确定故障区域后，断开外接高压设备，在保证安全的情况下调整 HFCT-3的位置，向GIS电缆终端底部靠近2m。此时，再进行局放测试，发现 HFCT-3的测试值明显高于60mV。继续向上调整1.5m， HFCT-3的测试值与第一次相同，为60mV。最终确定电缆故障点在GIS终端侧向下2m左右区段。

4.2 拆检结果

为确定基于脉冲电流法的局放源测试结果的准确性，本次主要开展现场拆检和性能测试，查找电缆故障点。

检修人员将故障电缆拆除后，对其户外终端和GIS终端分别进行局放测试。其中，电缆及户外终端局放试验结果显示其不存在局放信号，确定户外终端无绝缘缺陷。而GIS终端局放试验结果显示其存在局放电流。

4.3 对比分析

从试验数据来看，基于脉冲电流法的局放源测试结果与拆检测试结果一致，其可以在不损坏电缆及其配套装置条件下，配合局放衰减情况判断局放位置，快速查找电缆故障点，具有非常高的实用价值。

5 总结

在脉冲电流法基础上通过局部放电衰减情况逐步查找电缆故障点，测量结果更加准确、适用范围广泛。上述试验过程中应严格依照脉冲电流法要求做好HFCT的设置和校准，根据实际情况合理选用配套局放检测仪器。为进一步准确查找故障点的位置，在初步定点后应逐步调整HFCT位置，对比局放衰减情况，从而有效查找电缆故障区域，为电缆故障处理提供有效参考依据。

参考文献：

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