浅谈电桥回线法在电缆故障测距中的应用

摘要：在电力电缆故障探测中，电桥回线法是有效的测距方法之一。但是，当电缆发生三相短路接地故障时，由于被测电缆没有完好相线，使得这一方法的应用受到测试条件的限制。根据现场条件，采用不同辅助电缆构成的电桥测试回路，可以解决这类性质电统故障的测距问题。若辅助电缆与被测电缆的截面积、导体材料不同时，可在测算公式中引入两者的截面积和电阻系数。因此，为解决被测电缆没有完好相的故障测距问题，打开了一个方便之门。同时，也进一步扩宽了电桥回线法在电缆故障测距中的应用范围。
关键词：电缆故障测距；电桥回线法；故障性质；三相短路接地；辅助电缆；测试回路

在现代化企业和城市的供配电系统中，电能大部分是由地下电缆输送的。由于各种原因，电缆本身会发生各种故障，以致造成停电停产等不利影响和经济损失。故电缆故障一经发生，应迅速准确地测定故障点的位置，这对保证电缆的及时修复有着重要的意义。
电力电缆故障的测距定位方法很多，目前最常用和最有效的方法，是电桥回线法和脉冲反射法。相对于脉冲反射法，使用电桥回线法具有测试设备价格便宜、操作简单的特点，因此，电桥回线法至今仍然是广泛被应用的一种主要测距手段。
但是，电力电缆常常发生三相短路及对地故障，这种故障性质，不能满足使用电桥回线法时被测电缆应有一个完好相的要求。因此使得电桥回线法在这种情况下的测距工作，受到条件的限制。为了解决这一问题，本文对使用电桥回线法测试电缆故障距离的有关问题，作了比较深入的分析，以期电桥回线法在对电缆故障测距定位中，能在更宽的条件范围内得到应用。

1 电桥回线法测量原理
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。其测量原理及等效电路如图1所示。

图中RL是电缆全长的单芯电阻，Rx是始端到故障点的电阻，Rd是电缆故障接地电阻。[p]

2 单相接地故障的测量
使用电桥回线法测量电缆单相接地故障的原理接线如图2所示。按图将电桥的测量端子X1和X2分别接往电缆的故障相(C)和完好相(B)，B、C相的另一端用跨接线短接构成环线。于是电桥本身有R1、R2两个桥臂，故障点(d)两侧的环线电阻构成电桥的另两个桥臂。

若设电缆长度为L，故障点d到测试端的距离为LX，电缆的全部芯线截面积和导体材料相同。调节R1、R2，当电桥平衡时，有如下关系：


3 两相短路接地的故障测量
如果电力电缆发生两相短路或短路接地故障时，可利用电缆唯一的完好相芯线与其中一个故障相芯线在对应端连接，故障测量方法与单相接地时基本相同。所不同的是，在电缆两相短路故障时的电桥测量电流，不是经过地线成回路，而是经过相问故障点成回路，因此此时应将另一故障相与电桥电源E直接串联。当电桥平衡时，可由计算单相接地的计算公式计算出测量端到故障点的距离LX。此外，若遇两相在不同地点接地形成的短路故障时，应调换跨接线，分别测出其故障距离。

4 采用辅助电缆构成的电桥测试回路及方法
(1)分析图2可知，在利用电桥回线法测试电缆故障时，电力电缆必须要有一完好相，即按照其接线原理，将电缆故障点两侧的电缆环线电阻引入电桥回路，否则不能形成电缆故障的电桥测试回路。
然而，在实际工作中，我们常常会遇到电缆三相短路接地故障的测距问题。电缆发生三相短路接地故障，意味着被测电缆没有完好相。为解决没有完好相引出的电缆故障测试问题，我们可尝试采用辅助电缆的方法，借助于辅助电缆构成电桥测试回路。由此可为解决三相短路接地的电缆故障测试问题，打开一个方便之门。
(2)如果被测电缆没有完好相，可采用已知长度、截面积、导体材料与被测电缆相一致的辅助电缆，构成电桥测试回路。同时也不难发现，这种条件下形成的电桥测试回路及其测算方法，实际上与单相接地(包括两相短路接地)的情况是一样的。
(3)如果采用的辅助电缆与被测电缆的截面积、导体材料不同，电缆故障点到测试端的距离LX的测算公式，可按电桥平衡条件式推导得出。[p]
由图2可知，当电桥平衡时，存在如下关系：


式中：S1、ρ1—分别为辅助电缆的芯线截面积和导体材料电阻率；
S2、ρ2—分别为被测电缆的截面积和导体材料电阻率。
(4)从式(6)关系式中可以看出，在电桥测试回路采用辅助电缆的条件下，故障距离LX不仅与电缆长度L及电桥本身的可调电阻R1、R2有关，而且与辅助电缆和被测电缆的截面积、导体材料有关。若采用的辅助电缆与被测电缆的截面积和导体材料均相同时，故障距离LX的计算公式与电缆单相接地时的形式是完全一样的。
若采用的辅助电缆与被测电缆截面积、导体材料不同时，则可在计算公式中引入两种电缆已知的截面积和电阻系数。因此，同样可以方便地测算出被测电缆的故障距离。
(5)同时，上述关系式还表明，这种测试方法采用的辅助电缆，可以借助于与被测电缆并行的其它电缆线路，也可以是装设的临时电缆线路，甚至还可以是被测电缆(三相四线制)的完好零线等。

5 结论性意见
综上所述，当遇到三相短路接地的电缆故障测距问题时，由于电缆没有完好相，我们可以采用辅助电缆构成的电桥测试回路进行故障测试。若采用的辅助电缆与被测电缆的截面积、导体材料不同时，由于在故障距离的测算公式中引入两者的截面积(S)和电阻系数(ρ)，因此可以较好地解决被测电缆没有完好相的故障测试问题。同时也为拓宽电桥回线法在电缆故障测距中的应用范围，提供了一种便捷的方法和途径。