谈城市电力电缆在故障维护方面的探讨

摘要本文作者主要通过对电力电缆前期施工的敷设安装方面对故障产生的原因分析，到发生电力电缆故障探测技术运用，从而达到更好维护城市电力电缆的目的。

引言

电力电缆供电以其安全可靠,有利于美化城市与产区布局等优点,获得越来越广泛的应用。电力电缆多施工在地面之下,一旦发生故障,查寻及排除故障十分困难,往往要花费数个小时甚至几天几夜,不仅浪费了大量的人力、物力,而且会造成难以估量的损失及社会不良影响。如何准确迅速经济的查寻电缆故障并排除故障成为供电维护部门日益关注的问题。

一、从电力电缆的敷设安装方面对故障产生的原因分析，造成电缆故障的原因是多方面的，如1)敷设温度：电缆绝缘为塑料制成，当温度较低时，绝缘材料脆性增加，易造成电缆外护层开裂、绝缘损伤等事故。当环境温度低于0℃时，电缆不宜弯曲；2)敷设现场条件：对于各种敷设现场（如隧道、直埋、沟道、水下等）应了解敷设总长度、转弯点位置、工井位置、坡度及地下管线位置特征等因素。检查电缆总长度时，应先检查有无预留位置，按规定应在终端、接头、过马路、穿管、过建筑物等处留有电缆余量，以便电缆检修。电缆中间接头处应作防水处理，因为接头不论附加密封多么良好，总低于原电缆护套，特别是中低压电缆，由于没有金属护套，密封处一旦进水，将使绝缘部分直接暴露在水中。高压电缆接头虽有金属护套，但金属护套连接处仍然存在弱点。因此接头位置最好在电缆沟道、直埋处增加防水措施。3)线路电缆的敷设方式：直埋敷设、穿管敷设、沟道敷设、隧道敷设等以及上述几种方式交互结合的方式敷设。在电缆的安装与运行中，由于机械损伤，接头与终端头的缺陷，绝缘受潮、老化以及铅皮腐蚀等原因而造成故障。其中电缆头的故障最多，占电缆线路故障的40%-50%,较常见的缺陷有几种: 1)铁壳浇灌沥青胶电缆头：多数用在6-10kV户外电缆上。这种电缆头常因密封与防火性能不好，在长期日晒雨淋的作用下侵入潮气；因为沥青胶质量不好，热胀冷缩形成裂纹；浇灌工艺掌握不好，造成局部收缩过大而产生空气隙；或者温度过高而引起流胶等，使绝缘受潮，以致在运行或试验中击穿；2)环氧树脂浇铸的电缆头：往往因为制作时配方与工艺掌握不当，其内部易产生小孔与气泡。如果在三相分叉的地方有气泡最危险，因为这里的电场最集中，气体产生游离，产生化学腐蚀、机械钻孔的作用，会逐级扩大故障范围，最后导致击穿。3)塑料干封电缆头：由于体积小、重量轻、成本低和施工方便等优点，被广泛用于10kV以下的电缆上。在运行中，这种电缆头因受到电场、热与化学的作用，会使绝缘材料很快老化而导致击穿。

二、（1）对电力电缆故障探测技术的研究如下

1)电力电缆故障探测的特点：减少停电时间，提高供电可靠性的关键技术；要测得准，误差在1米以内不能挖开试试看、要快；烦琐复杂耗时，过程曲折，但充满乐趣；对测试人员专业知识、经验要求高；“功夫在诗外”，收集资料，了解运行、敷设情况很重要； 做好故障探测记录；按步骤开展工作，欲速则不达。2) 了解电缆故障产生的的原因，有利于尽快地找到故障点，要注意电缆敷设、维护资料的整理与保存。主要故障原因：机械损伤(外力破坏)：占58%（当时不一定损坏）；附件制造质量的原因：占27%（接头的制作）；敷设施工质量的原因：占12%；电缆本体的原因：占3%（电缆的制作工艺与绝缘老化）。3)故障分类，按电阻性质分类：开路故障、短路（低阻）故障、高阻（泄漏性）故障、（高阻）闪络性故障；按表面现象分类，开放性故障、封闭性故障；按接地现象分类，单相接地故障、相间故障、多相接地混合故障；按故障位置分类，接头故障、电缆本体故障。4)故障探测的基本步骤:故障诊断，了解故障性质、故障原因、敷设环境、运行情况等；故障测距，在电缆一端用仪器测定故障点的距离；故障定点，按照测距结果，在一定范围内精确测定故障点具置。5)电缆故障测距方法，电桥法：传统直流电桥、压降比较法、直流电阻法；脉冲法：低压脉冲法、脉冲电压法、脉冲电流法、二次脉冲法。6)电缆故障定点方法：音频信号感应法、声测法、声磁同步接收法 、跨步电压法

（2）1、高压电缆主绝缘故障的特点与测试方法选择

一、高压电缆的基本情况与主绝缘故障的特点：1）这里的高压电缆指的是6kV及其以上等级的电缆，其中单芯电缆又分有金属护层和没有金属护层两个类型，66kV及以上等级的单芯电缆一般都有金属护层，6kV、10kV、35kV等级的单芯电缆一般没有金属护层，而6kV等级的三芯统包电缆一般也没有金属护层。2）高压电缆的绝缘层相对较厚，产生的主绝缘故障90%以上都是高阻故障或闪络性故障。其中，在运行中发生的故障一般是开放性的高阻故障，而在试验时发生的故障有一部分是封闭性的闪络性故障。3）高压电缆的敷设工艺要求比较高，特别是无护层的单芯电缆，一般要求穿PVC管敷设。虽然高压电缆大都有金属护层，没有金属护层的要求穿PVC管敷设，高压电缆不会象低压电缆那样易受到外力破坏，但因受外力破坏而发生的故障，在所有高压电缆的故障中占的比例还是非常大的。4）高压电缆做接头的工艺要求也比较高。但由于接头的绝缘材料和电缆本身的绝缘材料的膨胀系数不完全相同，运行日久，多次经过气温变化后，电缆接头容易进水而发生故障。当然，接头故障的产生原因还有很多。5）无论多高电压等级的电缆，其发生主绝缘故障后，用30kV的高压信号发生器一般都能使故障点击穿。对于不能击穿的闪络性故障，多做几次试验后，就能击穿了。

二、测试方法选择：1）故障测距：由于高压电缆发生的主绝缘故障一般是高阻及闪络性故障，所以故障测距一般选择脉冲电流法或二次脉冲法。对于无金属护层的单芯电缆，如果电缆某处的表皮受到破坏，使电缆内进入了大面积潮气，天长日久，电缆的铜屏蔽就会因被氧化而生锈。用高压信号发生器向这种故障电缆中施加脉冲电压时，铜皮的压接处可能会发生火花放电，其放电产生的脉冲信号和真正故障点放电产生的脉冲信号叠加后，会使放电信号波形变的复杂而无法识别和分析。对于这种电缆故障的测试，脉冲电流法与二次脉冲法不再适用，需要用电桥法进行测距。2）故障定点：由于高压电缆发生的主绝缘故障一般是高阻及闪络性故障，向电缆中施加脉冲高压使故障点放电时，故障点处一般会产生放电声音，所以，故障定点选择声磁同步法最为合适。对于穿管敷设的电缆，由于放电声音被封到管内，在地面上有可能收不到放电产生的声音信号，这时需用其他可行的方法寻找故障点。对于故障点处穿铁管的电缆，因脉冲磁场信号被铁管屏蔽，也无法用声磁同步法进行定点；由于单芯电缆的芯线与金属护层同轴，在单芯电缆发生了封闭性故障，和虽然发生了开放性故障但其故障点在比较干燥的PVC管内时，通过两者的脉冲电流信号的大小基本相同，方向相反，产生的磁场相互抵消，在地面上也接收不到脉冲磁场信号，同样无法用声磁同步法定点。这时，可以选择声测法或其他可行的方法。故障测距用低压脉冲法和脉冲电流法,故障定点用声测法、声磁同步法（真正的）、磁场法、音频信号法四种方法,定点误差

2、低压电缆故障的特征与测试方法选择。

一、低压电缆的基本情况与电缆故障的特点：1）这里的低压电缆指的是1kV及以下等级的电缆，故障时一般发生对零相的相间故障。有时也出现单相对金属护层的故障，但由于金属护层两端不接地，故障时也可以运行，只是可能会引起较多的电力泄漏。不过如果金属护层外的绝缘有较严重的被破坏的现象，发生了金属护层对大地的低阻故障，就不能运行了。2）电缆分有金属护层和没有金属护层两种，铺设时中间接头的钢带一般不连接，如果发生单相对护层故障并需要查找时，可能会因护层的不连续而引起测试上的困难。钢带护层在两端一般不接工作地，用声磁同步法定点时，必须把钢铠两端接到工作地上，否则将可能没有磁场信号。3）电缆芯线的绝缘比较薄，故障电阻一般比较低，容易发生低阻和金属性短路故障。因电缆的绝缘比较差，能承受的电压也就比较低，在确定有故障点的情况下，向电缆施加的脉冲电压一般不要超过六千伏。4）低压电缆做接头的工艺要求不太严格，铺设也比较随意，所以接头故障和外力破坏比较多、开放性故障比较多。

二、测试方法选择：1）故障测距：电缆发生低阻故障的概率较大，50%左右的故障用低压脉冲法或低压脉冲的比较法就能测出故障距离。对于用低压脉冲法不能测试的高阻故障，可使用脉冲电流法测距，但由于低压电缆衰耗较大，放电电弧存在时间较短，脉冲电流行波很难形成几个周期的反射，仪器能接收到的波形往往只有发射脉冲与故障点的放电脉冲两个波形，而且波形也相对比较乱，不太容易分析，测试时一定要注意。2）故障定点：虽然低压电缆的故障电阻较低，向电缆相加脉冲电压时一般也会产生放电声音。在实际工作时，可以考虑增大电容的容量，通过低电压大电容的方式使故障点放电，用声测法、声磁同步法一般都能找到故障点。对于加脉冲高压不能产生放电声音的金属性短路故障，可以用音频信号感应法定点。由于低压电缆大都采用直埋的铺设形式，产生的故障点也大都是开放性的，并且低压电缆一般都不太长，用带故障点方向指示的以跨步电压法为工作原理的仪表查找故障点也会非常比较方便。故障测距用低压脉冲法和脉冲电流法,故障定点用声测法、声磁同步法（真正的）、磁场法、音频信号法四种方法,定点误差

三、举一个电缆故障案例分析

案例―二次脉冲法测试典型的接头故障案例

一、故障线路情况描述及故障性质诊断

线路名址：世纪花园小区、电压等级：10kv、绝缘类型：XLPE、电缆全长：390m，电缆敷设示意图所示，此电缆是世纪花园小区电源电缆，电缆在运行中发生了接地故障，用兆欧表测试三相对地绝缘为： A、相对地∞、B相对地0.5MΩ、C相对地5MΩ，诊断为多相高阻接地故障。

二、故障测试仪器

T-303高压信号发生器、T-905电缆故障测距仪、T-S100二次脉冲耦合器、T-505电缆故障定点仪、兆欧表等。

三、故障测距与定位过程

在变电站内，选择波速度为172m/us，通过A相对钢铠用低压脉冲法测得电缆的全长为391m，如图5-2波形所示，同时电缆在232m处有一个明显的接头反射，如图5-3波形所示，和资料基本相符。

图5-3 电缆接头波形图

把T-303、T-S100和T-905组合连接后，用二次脉冲法测试，得到图5-4所示的二次脉冲波形，电缆的故障距离为：232m。从故障距离和波形上可以看出，故障点就在中间接头处。因比较清楚电缆中间接头的位置，故障定点

图5-4故障测试二次脉冲波形图

过程十分简单，携带定点仪到接头处，就收到了声音信号。挖出接头后，看到了开放性的接头故障，接头内有水。

结语：通过对城市电力电缆在故障维护方面的分析认为，做好电力电缆敷设安装的技术要求，对排查电缆故障判定上有着时间长短的影响；熟悉电缆故障探测技术，积累多次故障案例分析经验，把遇到的不同故障性质的探测图例保存备案，再结合实际运用的探测技术，分析故障发生原因及环境，为下步城市电力电缆普及化施工管理提供有利依据。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。