简析电力电缆故障及其探测策略

【摘 要】 作为一种输电设备，电力电缆有利于提高电力系统功率因素，在城市配网及城网改造和新兴的现代化企业中的作用正日益突出。本文分析了电力电缆结构、故障性质以及生成原因，并在基础上探讨了电力电缆故障探测的具体方法。

【关键词】 电力电缆 故障 策略

随着我国城镇化的快速发展，鉴于电缆具有可靠性高、占地面积小、有利于城市美化等优势，电力电缆的应用越来越更为广泛；同时，又由于需求量日益增加，电力电缆的运行时间不断延长，电缆故障出现的几率越来越大。而电力电缆故障的发生则会带来一系列严重的问题，从电力电缆系统来看，不仅会造成单台电气设备不能运行，而且还会导致整个变电所停电；从电力电缆检修来看，由于电力电缆多埋于地下，不仅故障探测和整修困难，而且会耗费大量人力和财力；从社会影响看，不仅会群众的生产生活带来一定影响，而且会给地方经济发展造成不可估量的损失。为此，深入分析电力电缆故障的特点、生成原因，研究电力电缆的探测策略，对于确保电力电缆安全运行具有重要意义。

1 电力电缆故障分类及生成原因

1.1 电力电缆故障的分类

与电力电缆的种类一样，电力电缆故障的分类方法也较多，但一般都是从故障形式、根据故障电阻与击穿间隙情况来分类电力电缆故障。前者可分为串联与并联故障，而后者可分为开路、低阻、高阻与闪络性故障。

开路故障一般是电缆相问或相对地绝缘电阻达到所要求的范围值，但工作电压不能传送到终端，或终端有电压，但负载能力很差；低阻绝缘故障即是绝缘电阻接近零的故障，一般使用高压脉冲击穿，因为用低压脉冲测试故障有反射现象；高阻故障是绝缘电阻大于10倍电缆波阻抗值的故障，一般也使用高压脉冲击穿，因为用低压脉冲测试时反射不明显；闪络性故障多是在进行预防性试验时发生，并多出现于电缆中间接头或终端头内。

1.2 电力电缆故障的生成原因

导致电力电缆故障的原因较为复杂，一般来自以下5个方面的原因：（1）电缆受到机械损伤。如施工人员在安装电缆时不小心碰伤电缆或过度弯曲折伤电缆，在土地沉降时及拉力拉断中间接头或导体，在运行时车辆的震动或冲击性负荷造成地下电缆的铅包裂损等，这些原因导致的故障一般要在数月甚至数年后才发生。（2）电缆绝缘体受潮。如因接头盒或终端盒结构不密封或安装不良而导致进水，金属护套因被外物刺伤或腐蚀穿孔等，绝缘受潮后会引起电缆耐压下降而产生故障。（3）绝缘老化变质。如电缆介质内部的渣质或气隙在电场作用下产生游离和水解，电力电缆超时限使用，或油浸纸绝缘电缆的绝缘物流失等，都会引起电缆耐压下降而产生故障。（4）过电压导致故障。如大气过电压、内部过电压等，会使有缺陷的电缆绝缘层发生电击穿，进而引起电缆故障。（5）设计和制作工艺不良。如电场分布设计不周密、材料选用不当等，导致电缆头与中间设计和制作工艺不良，为电力电缆故障的发生埋下了隐患。

2 电力电缆故障的探测的步骤与策略

2.1 电力电缆故障测距

通常故障的测试有以下几种方法：

（1）回波法；（2）二次脉冲法；（3）电桥法；（4）冲击电流法（很少用）。

常用的方法是回波法、二次脉冲法和电桥法，其中，前两种方法统称为波反射法。

2.1.1 回波法

如图1（a）所示，（a）为电缆正常相仪器所测的波形，图1（a）中红线和波形图交叉点H，H点所表示的位置所显示的距离为该电缆的全长距离，绿线与波形图交叉点G，可以看出正常相的G点没有异常现象。

又如图1（b）所示，（b）为电缆故障相仪器所测的波形，图1（b）中红线和波形图交叉的点H，H点所表示的位置所显示的距离为该电缆的全长距离，绿线与波形图交叉点G，可以看出故障相的G点和正常相的G点有很明显的区别，G点在波形图中的位置是一个明显的拐点，波形在G点这个位置有很明显的陡降，这个点G就是故障点，当脉冲波形通过G点时，脉冲波形将产生一个波形反馈，仪器自动捕捉这个波形的反馈信号，通过传播速度和从发送脉冲信号到接收脉冲信号的时间差，计算机自动算出从测试点到故障点的距离。假设H点为1000m、G点为700m，那么这根电缆的全长为1000m，从测试点到故障点的距离为700m。

再如图1（c）所示，（c）为电缆故障相仪器所测的波形，（c）为高阻故障，与低阻故障（b）相比，G点并无异常现象，由于脉冲电压无法使故障点产生放电现象，不能在故障点产生反馈波形。与正常波形（a）相比没有太大的变化，所以回波法无法测出故障点，是因为击穿电压高于脉冲电压的故障。

注意：如下图所示，从纵坐标轴到E点为起始波形，H点以后为电缆的终端波形，假设故障点在E点之前，也就是说当起始波形还没有完全展开的时候，就碰到故障点，产生故障波反射，起始波形和故障反射波形叠加，导致波形产生混乱，让我们在测试过程中增加了判断故障点的难度，E点之前用波反射法（回波法、二次脉冲法等等，统称为波反射法）是不能准确定点的，这点之前称之为波反射的盲区。在波反射法中，由于是测试原理的原因，盲区是客观存在的，只是大与小的差别，不可能避免的。

在用波反射法测量故障点中，如何避免盲区影响？很简单，就是将测试设备换到电缆的另一端，重新测试能解除盲区影响。

2.1.2 二次脉冲法

二次脉冲法所测出的波形图和回波法所测出的波形图相似，只是二次脉冲法在脉冲信号上加了一个能使故障点击穿产生放电的高电压，在高电压作用下，故障点放电所产生的反馈信号被仪器捕捉到，从而测出从测试端到故障点的距离（具体分析方法见回波法波形分析方法）。

由于有存在很多客观方面的因素影响，不可能每次测试出来的波形都会像上图那样清晰，复杂的波形会给我们分析波形带来困难。很多时候由于设备在出厂时容量已经确定，而电缆有长有短，电缆长其自身的电容就越大，一旦超出设备的测试范围，波形衰减比较厉害，幅值偏小，波形分析会增加难度，误差也就会相对应加大，通常，我们增加了对比这一部分。采取多次测量、多种方法测量，将测试波形进行对比，方法与方法的对比，故障相与非故障相对比，据我们的测试经验，此方法相当实用，给我们精确判断波形提高了保险系数。

2.1.3 电桥法

电桥法是至今仍广泛应用的一种测距离方法。它是基于电缆沿线均匀，电缆长度与线芯电阻成正比的特点，将电缆短路接地故障点两侧的环线电阻引入惠斯通电桥，测量其比值。由测到的比值和电缆全长的关系，可算出测量端到故障点的距离。图（b）中a1a2为电缆故障相，b1b2为（完好）电缆相，用b1b2作为辅助测试线，RE为故障点接地电阻，Rx为始端到故障点的电阻。如图（a）所示根据Lx=（α/1000）*2L，将电桥平衡调节α值代入，可以计算出Lx的值。（Lx是测量点到故障点的距离，L为电缆总长）

2.2 惠斯通电桥测量电缆故障点的注意事项

（1）必须有辅助线，辅助线线芯的导电材料与被测试线一致，且辅助线是用电缆本体线芯或总长与截面跟故障电缆完全一致的电缆线芯，如果出现电缆三相短路接地故障，找不到一根完好的辅助线，最好用其他的方法测量；

（2）电桥的线夹必须夹紧，且G1、G2必须夹在电缆的内侧，K1、K2必须夹在电缆的外侧，测试完毕后得到α值；然后将G1、K1和G2、K2的位置相互交换，再次测试，得到β值，如果α+β≈1成立，说明你的测试完全正确；

（3）用惠斯通电桥测试故障点的距离为相对距离，所以测试的误差跟相对值有关，也就是说如果电缆的全长数值误差小，所测试出来的故障点误差就小，如果电缆的全长数值误差大，所测试出来的故障点误差就大，所以在用惠斯通电桥测试故障点时，故障电缆的全长数据一定要准确。

2.3 电力电缆故障定点

如何准确探测出电力电缆的故障点，一般把声测法与磁测法结合起来进行探测。声测法即是通过仪器将音频信号电流通进电缆产生电磁波，再用探头在地面上沿着埋设电缆的路劲一路接收音频信号。这种方法由于过分依靠人的耳朵，因此带有较高误差性的可能；磁测法则是通过故障点击穿或闪络时释放的电磁波来确定故障点的确切位置。

把声测法与磁测法结合起来，用故障点放电产生的磁场信号触发计算器，以声波信号来终止计算器，测量点与故障点的距离数值便会在计算器上自动显现，加上人对声音信号的感知与判断，可以相对更加准确地探测出测量点与故障点的距离，为下步的抢修提供依据和保障。

3 结语

综上所述，根据故障电阻与击穿间隙情况，电力电缆故障可分为开路、低阻、高阻与闪络性故障，这些故障的生成原因既有客观方面的原因，也有人为主观方面的因素。相关业务人员应严格遵守诊断、测距、定点三个步骤，运用行进的仪器和科学的方法进行探测，及时快捷地探测出故障的性质和故障的精确位置，并采取科学的方法进行抢修，为电力电缆安全运行提供可靠保障。

参考文献：

[1]王家福.浅谈高压电缆故障分析与检测[J].科技创新与应用，2012.15.

[2]郭辉.常见电力电缆故障的处理方法探讨[J].湖南农机，2011.5.

[3]李晋瑛.浅谈电力电缆故障点定位方法[J].科技资讯，2011.16.