浅谈电力电缆故障定位技术与方法

【摘 要】本文阐述了电缆故障产生的原因，故障的类型，提出电力电缆故障查找的应对技术措施，可为电缆运行维护部门提供参考借鉴。

【关键词】电力电缆;故障;查找

1、前言

随着电力电缆成本的下降和城市电网改造工作的开展，电缆以其送电可靠性高、受地面建筑物和天气影响小、占地少、安全隐蔽等优点得到了越来越广泛的应用。但是随着电网规模的增大、电缆数量的增多及运行时间的延长，电缆故障变得越来越频繁。一旦电缆发生故障，由于其隐蔽性，查找的过程将十分困难和繁琐。若不能快速、准确地定位故障，将会给正常的供电带来极大的影响。因此如何快速和准确地查找电力电缆故障，成为亟待解决的问题。

2、电力电缆故障产生的原因

电力电缆的故障原因可大致归纳如下：①绝缘老化变质。电缆绝缘长期在电磁作用下工作，要受到伴随电磁作用而来的化学、热和机械作用，从而使介质发生物理化学变化，使介质的绝缘下降。②过热。电缆绝缘内部气隙游离造成局部过热，使绝缘炭化。另外，电缆过负荷产生过热，安装于电缆密集地区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的电缆、穿于干燥管中的电缆以及电缆与热力管道接近的部分等，都会因本身过热而使绝缘加速损坏。③机械损伤。如挖掘等外力造成的损伤。④护层的腐蚀。因受土壤内酸、碱和杂散电流的影响，埋地电缆的铅或铝包将遭到腐蚀而损坏。⑤绝缘受潮。中间接头或终端头在结构上不密封或安装质量不好而造成绝缘受潮。⑥过电压。过电压主要指大气过电压和内过电压，许多户外终端接头的故障是由大气过电压引起的，电缆本身的缺陷也会导致在大气过电压的情况下发生故障。⑦材料缺陷。电缆制造的问题，电缆附件制造上的缺陷和对绝缘材料的维护管理不善等都可能使电缆发生故障。⑧设计和制作的工艺问题。

3、电力电缆故障的分类

电缆故障从形式上可分为串联与并联故障。串联故障是指电缆一个或多个导体（包括铅、铝外皮）断开。通常在电缆至少一个导体断路之前，串联故障是不容易发现的。并联故障是指导体对外皮或导体之间的绝缘下降，不能承受正常运行电压。实际的故障组合形式是很多的，几种可能性较大的故障形式是一相对地、两相对地和一相断线并接地。

电缆故障定义为：无损坏故障、开路故障、短路故障。而电缆故障分为:开路故障、低阻故障和高阻故障三种类型。下面对这一分类法作一简单介绍：①开路故障。若电缆相间或相对地绝缘电阻达到所要求的规范值，但工作电压不能传输到终端；或虽终端有电压，但负载能力较差。这是开路故障的特例。②低阻故障。电缆相间或相对地绝缘受损，其绝缘电阻小到能用低压脉冲法测量的一类故障。③高阻故障。电缆相间或相对地绝缘损坏，其绝缘电阻较大，不能用低压脉冲法测量的一类故障，它是相对于低阻故障而言的。包括泄漏性高阻故障和闪络性高阻故障二种类型。

4、电缆故障测距方法分析

根据不同性质的故障，电缆故障的测距采用不同的方法。目前主要有电桥法和根据行波原理发展的低压脉冲反射法、脉冲电压法、脉冲电流法、二次脉冲法。电桥法测试电缆受条件限制较多，对于高阻故障无法进行测试。随着新技术的不断进步，现在现场上电桥法用得越来越少。

4.1低压脉冲反射法。通过计量发射脉冲和故障点反射脉冲之间的时间差t来测取故障距离。若设脉冲电波在电缆中的传播速度为v，则电缆故障距离S可由下式计算：S=0.5vt。低压脉冲反射法适于测定电缆的低阻和开路故障，也可用于校对电缆的全长和显示电缆中间接头的位置，还可用于测定电缆的波传播速度，测量准确率较高，应用较广。

4.2脉冲电压法。又称闪测法，是20世纪70年展起来的用于测量高阻与闪络性故障的方法。该方法首先将电缆故障点在直流高压（直闪法）或冲击高压（冲闪法）信号下击穿，然后记录下放电脉冲在测量点与故障点往返一次所需的时间，再根据电波在电缆中的传播速度，就可算出故障点的距离。该方法测试速度快，波形清晰易判。但其接线复杂，高压过大时对人和仪器有危险。

4.3脉冲电流法。这是20世纪80年代初发展起来的一种测试方法，以安全、可靠、接线简单等优点显示了强大的生命力。它与脉冲电压法大致相同，区别只在于：脉冲电流法是通过一线性电流藕合器来测量电缆故障击穿时产生的电流脉冲信号。脉冲电流法也包括直闪法和冲闪法两种类型。直闪法用于测量闪络性高阻故障；而冲闪法主要用于测量泄漏性高阻故障，也可测量闪络性高阻故障。直闪法测量线路中包括：电流耦合器、调压器、高压试验变压器、整流硅堆、储能电容。测量时，调整仪器从0开始给电缆加直流电压，当电压升到一定值时，故障点闪络放电，线性电流耦合器输出第一个电流脉冲。放电脉冲到达故障点后又被反射，折回到仪器端。这一过程不断进行，直到放电过程结束，则故障点到测量端的距离可由此计算出来。冲闪法测量线路中则有一球间隙，用以改变加到电缆上的冲击电压高低和放电间隔时间。测量时从0调节T，当电压增加到某一值时，球间隙G击穿，使电容对电缆芯线放电。当电压信号幅值大于故障点临界击穿电压，则高压信号沿电缆行进到故障点一定的时间后，故障点电离，击穿放电。闪测仪将记录到相应的波形，则故障点到测量端的距离可由此计算出，t表示相邻两个同极性脉冲（第一个脉冲除外，因为故障点击穿有延时）的时间差。

4.4二次脉冲法。20世纪90年代，国外发明二次脉冲法。它先用高压脉冲将故障点击穿，在故障点起弧后熄弧前，由测试仪器向电缆耦合注入一低压脉冲。此脉冲在故障点闪络处（电弧的电阻值很低）发生短路反射，并记忆在仪器中。电弧熄灭后，测量仪器复发一测量脉冲通过故障处直达电缆末端并发生开路反射，比较两次低压脉冲波形可非常容易地判断故障点（击穿点）位置。二次脉冲法使得电缆高阻故障的测试变得十分简单，是目前电力电缆故障离线测试最先进的基础测试方法。

5、电缆故障定点方法分析

目前，常用的电缆精确定点的方法有声测法、音频感应法和声磁同步法。声测法主要用于高阻故障的精确定点。实际应用中，声测法常因受到电缆故障点环境因素的干扰，如振动噪声大，电缆埋设过深等，造成定点困难。电阻小于10Ω的低阻故障，传统的定点方法是音频感应法。音频感应法是通过人的耳朵对声音信号强弱的分辨来判断故障点的位置，对操作人员的经验要求较高。声磁同步法利用故障点放电同时产生的电磁波和声波确定故障点。通过监测接收到的磁声信号的时间差，可以估计故障点距离探头的位置，比较在电缆两侧接收到脉冲磁场的初始极性，亦可在进行故障定点的同时寻找电缆路径。

6、结语

总体而言，电力电缆的故障查找在理论上和工程实践方面都还需要我们继续深入发现和解决各项技术问题，尤其重要的是做到故障的防范措施。要严把试验和验收关，按相关技术指标对新装电力电缆进行试验、验收；加强电力电缆巡视检查；利用电力电缆在线监测装置来实时监测电网中电缆的实际运行状态等，力争将电缆故障的发生几率降低至最低限，确保电网的正常运行。

参考文献

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