高压电缆故障判断及查找

摘要：随着社会发展对电力需求量的逐步增加，对电网安全可靠性的要求也越来越高。而作为连接各种电气设备、传输和分配电能的电力电缆，以其运行安全、维护工作量少，稳定性高，有利于提高电能质量且美化城市等优点，得到了广泛应用，架空线路正逐步被电力电缆所取代。但是电力电缆在运行过程中，一旦发生故障，若故障电缆路径不详，故障点定位不精确，便不能及时排除故障恢复供电，往往造成停电停产的重大经济损失。鲁中矿不断总结经验，通过电缆故障判断方法及查找方法来快速消除电缆故障，目前其电缆故障查找技术已达到了“当日发生故障，当日查出故障点，次日修复恢复供电”的良好格局。

关键词：电缆故障；判断；查找

中图分类号：TV文献标识码： A

1.前言

中国五矿鲁中矿业有限公司动力厂担负着鲁中矿全公司生产生活电力负荷供应的重任，本电网以110kV十一万中央变电站为中心，下辖高压变电站7个，年供电量近2.1亿kw.h左右，管理线路54km,电缆47km。多年来，动力厂通过对电缆的科学管理，依据电缆故障判断及查找方法，不断总结经验形成了一套完整的高压电缆查找程序。目前，鲁中矿的电缆故障查找技术已达到了“当日发生故障，当日查出故障点，次日修复恢复送电”的良好格局，为鲁中矿各项生产经营任务的顺利完成提供了可靠的电力供应。

2.近年电缆故障情况分析

自1996年至2014年止鲁中矿共发生各类电缆故障73次，具体电缆故障类型及故障电缆类别统计情况见下表：

表11996～2014年电缆故障类型统计表

故障类型 机械损伤 电缆头爆炸 耐压击穿 单相接地 绝缘老化

故障发生次数 11 18 20 6 18

故障百分比% 15.1 24.7 27.4 8.2 24.7

表21996～2014年故障电缆类别统计表

电缆类别 油浸电缆 塑料电缆 交联聚氯乙烯绝缘电缆 合计

故障发生次数 33 18 22 73

故障百分比% 45.2% 24.7% 30.1% 100

3. 电力电缆故障的类型

由上表电缆故障统计表可以看出电力电缆多会由于机械损伤、施工质量低、外力破坏、过电压、绝缘老化、绝缘油流失等原因发生电缆故障。根据故障电缆电阻值及击穿间隙情况，电缆故障性质可分为低电阻接地或短路故障、高电阻接地或短路故障、断线故障、断线并接地故障和闪络性故障。其中，高压电缆故障大多数是高阻故障，主要分为泄漏和闪络两种，低压电缆故障多为短路和断路故障。而电力电缆的特点决定一般无法直接确定故障点，必须借助相关仪器进行判断和测试。

图1电缆线路常见故障示意图

4.电力电缆常见故障判断方法

电缆故障的判断可以根据故障发生时出现的现象，初步判断故障的性质。例如，运行中的电缆发生故障时，若只是给了接地信号，则有可能是单相接地的故障。若继电保护过流继电器动作，出现跳闸现象，则此时可能发生了电缆两相或三相短路或接地故障，或者是发生了短路与接地的混合故障。发生这些故障时，短路或接地电流烧断电缆将形成断线故障。但通过上述判断不能完全将故障的性质确定下来，还必须测量绝缘电阻和进行“导通试验”。一般常见的电缆故障有短路（接地）型、断线型、闪络型、复合型等几种。

表3电力电缆线路故障常见故障判断方法

故障性质 故障类型判断方法 常见类型

低阻接地或短路故障 电缆线路一相导体对地或数相导体对地或数相导体之间的绝缘电阻低于100kΩ，而导体连续性良好 单相接地、二相短路接地、二相短路、三相短路接地等

高阻接地或短路故障 电缆线路一相导体对地或数相导体对地或数相导体之间的绝缘电阻低于正常值很多，但高于100Ω 单相接地、二相短路接地、二相短路、三相短路接地等

断线故障 电缆各相导体的绝缘电阻符合规定，但导体的连续性试验证明有一相或数相导体不连续 单相断线、二相断线、三线断线

闪络故障 低电压时电缆绝缘良好，当电压升高到一定值或在某一较高电压持续一段时间后，绝缘发生瞬时击穿现象。多发生于预防性耐压试验，发生部位大多在电缆终端和中间接头。闪络有时会连续多次发生，每次间隔几秒至几分钟。 单相闪络、二相闪络、三相闪络

复合型故障 电缆线路具有两种及以上的故障特性 接地断线、断线闪络、断线短路等

5.电缆故障的测试方法

电缆线路故障测试的方法一般包括故障测距和精确定点。一般来说，电缆终端头故障和外力破坏故障精确定点较简单，电缆本体和中间头故障精确定点较难。根据测试仪器和设备的原理大致分为电桥法和脉冲法两大类，其测试特点如下：

5.1电桥法。电桥法是使用历史最长的电缆故障测寻方法。它的优点是操作简单，精确度较高，对于短路（接地）电阻在100kΩ以下的单相接地、相间短路、二相或三相短路等电缆故障的测试误差一般在3％～5％，缺点是需要知道电缆准确长度等原始资料，且要求电缆必须有一相绝缘良好。并且当短路（接地）电阻超过100kΩ时，误差较大。故其测试的局限性很大 。

5.2脉冲法。脉冲法是依据微波在电缆传输中，因故障点的特性阻抗发生变化对电波发生的影响来微观地分析电波相位、极性及幅度等物理量的变化，来测得电波传输到故障点的时间再计算出故障点的距离的测试方法。它分为低压脉冲法、脉冲电压法、二次脉冲法三种。

1）低压脉冲法。是向故障电缆的导体输入一个脉冲信号，通过观察故障点发射脉冲与反射脉冲的时间差进行测距。低压脉冲法具有操作简单、波形直观、对电缆线路技术资料的依赖小和对电缆损伤小等优点。此方法适用于测试直埋电缆绝缘电阻小于100kΩ的接地故障和三相短路接地故障及断线故障的测寻。根据脉冲反射波还可以容易地识别电缆接头的位置。但实践证明现场绝多数故障电缆，由于故障点放电不清晰，对于一些如电力电缆受潮等故障，接收不到清晰的反射波，无法测出故障距离，其所反射的波形只能测试电缆全长，该方法不适用于高阻和闪络性故障的测量 。

2）脉冲电压法。是对故障电缆加上直流高压或冲击高压，使电缆故障点在高压下放电，然后通过仪器观察放电电压脉冲在测试端到放电点之间往返一次的时间进行测距。包括直流高压闪络测量法（直闪法 ）和冲击高压闪络测量法（冲闪法）。脉冲电压法的一个主要优点是不必将高阻与闪络性故障烧穿，电缆故障点只要在高电压下充分放电、击穿，就可以测出故障点的距离，几乎适用所有类型的电缆故障。

表4电缆故障测试方法推荐表

故 障 类 型 测 试 方 法

开路、低阻故障 低压脉冲法

泄漏高阻故障 高压冲闪法

闪络高阻故障 高压直闪法

3）二次脉冲法。低压脉冲法波形清晰，易于工程技术人员判别故障，但只适用于低阻故障；而脉冲电压法适用于各种故障，但波形较难判别。二次脉冲法和多次脉冲法概念的提出是建立在高压闪络法中高压击穿并使故障点放电这一现象基础上的。众所周知,电缆故障点被击穿时会产生燃弧而形成瞬间的短路,呈瞬间低阻故障特性。在燃弧稳定阶段(或称瞬间低阻区)再在电缆上加一个低压脉冲信号,则会出现一个和用低压脉冲法测试低阻故障时相同的波形。把这种在电缆上同时施加高压脉冲和低压脉冲的方法称为二次脉冲法,若低压脉冲信号是周期发送的则称为多次脉冲法。

二次脉冲法的先进性在于从根本上解决了波形难读的问题,因为它将冲击高压闪络法中的所有复杂波形变成了极其简单的一种波形,即低压脉冲法短路故障测试波形,易识别易掌握。多次脉冲法的另一先进性在于它能周期性发射脉冲信号,保证了在故障点处于短路电弧状态时必有一个或多个反射波回来,从而显示出测试波形。