电力电缆故障检测与定位分析

电力电缆故障检测与定位分析

高梵清

（国网上海市区供电公司上海市200080）

摘要：电力电缆工程多为隐蔽工程，在电缆发生故障之后，不易被运行人员发现，因此如何快速、有效、安全地探测到故障电缆的位置，是电缆检修工作中的重中之重。基于此，本文将在电缆故障产生的原因、故障类型以及故障测距等方面进行分析，以供参考。

关键词：电力电缆；故障测距

1电力电缆故障产生的原因

电力电缆故障产生的原因是有多种多样的，故障成因复杂也是电力电缆故障的一大特点。发生故障的原因主要有以下几种：

（1）外力损坏

多数电缆故障都是由在电缆安装敷设完毕后，由于电缆周围回填土不合格、附近有暴力施工亦或是长期受到车辆、重物冲击力作用所造成的永久性故障。

（2）接头故障

主要是由于接头制作过程中，作业人员对接头工艺技术掌握不过关或材料不合格造成的，也有在抢修过程中不满足接头制作环境，未对电缆本体进行除湿便制作接头，以至于水汽进入电缆接头从而造成故障。

（3）长期超负荷运行

由于长期超负荷运行，电缆的本体温度会随之升高，使电缆绝缘程度下降，尤其是在夏季的用电高峰期，电缆温度的升高以及运行环境的高温都会使电缆发生故障，故障点多发在电缆薄弱处和接头处。

（4）化学腐蚀

电缆敷设路径通过有酸碱性土壤时，往往都会对电缆铠装或铅包进行大面积、长时间的化学腐蚀，从而造成机械性能、绝缘性能下降，从而引发电缆故障。

（5）路面、地基沉降

电缆穿越公路、铁路或高层建筑物时，由于路面或地基沉降从而使电缆垂直方向受力产生形变，导致电缆铠装、半导体层等产生严重形变甚至断裂，造成电缆故障。

2电力电缆故障的分类

当前电力电缆故障主要有导体故障、主绝缘故障和护套故障，为满足人们日益增长的供电需求，针对不同的需求有很多电力电缆的种类和结构，使得电缆故障的分类方法较多，一般来说按故障位置、电缆结构特性、电缆损坏程度和绝缘阻抗进行分类，本文着重讨论绝缘阻抗分类这一类故障。

电缆的各类故障都是由电缆的绝缘遭到破坏引发的，大体上是由高阻故障、低阻故障和泄露性故障组成。

（1）高阻故障

高电阻接地或短路故障，当用欧姆表测量电缆一芯或数芯对地绝缘电阻，或者芯与芯之间的绝缘电阻低于正常值很多，一般为几百欧姆以上，而导体连续性能良好。高阻故障在所有电缆故障中出现几率最高，一般占总故障的80%以上。

（2）低阻故障

低电阻接地或短路故障，电缆线路单相接地或数相接地，当用欧姆表测量电缆一芯或数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于几百欧姆，而导体连续性能良好。现场一般低压动力电缆和控制电缆出现低阻故障的几率较高。

（3）泄露性故障

是高阻故障的另一种极端形式。在电缆进行预防性试验时，试验电压达到额定试验电压值，泄漏电流随试验电压的升高而增加，且超过允许值。

3电力电缆故障检测与定位技术分析

3.1电力电缆故障类型判断

电力电缆发生故障滞后，应先判断电力电缆的故障类型，之后才可以确定用何种测距方式测出故障点，否则非但无法测出故障点，反而会拖延抢修进度，甚至会因为错误的试验方法损坏测试仪器。

3.2电力电缆故障粗测

在确定故障类型之后，就要利用初测方法初步测寻故障点位置，广为人知的方法有三点法、电桥法和行波法，本文将着重介绍行波法。

行波法主要包含低压脉冲法和高压脉冲法：

（1）低压脉冲法。一端连接故障相电缆，一端连接电缆钢铠接地，从测试端向电缆中输入一个低压脉冲信号，该脉冲信号沿着电缆传播，当遇到电缆中的开路点、短路点、低阻故障点等时，会产生一个低压脉冲反射波形。根据反射脉冲和发射脉冲的往返时间差t及脉冲传播速度V，计算故障点的位置。如图1、图2所示，分别为开路故障测试原理电路、泄漏性故障（低阻故障）测试原理电路图。

图1开路故障测试原理电路

图2泄漏性故障（低阻故障）测试原理电路

（2）高压脉冲法。高压脉冲法包括高压直闪法和高压冲闪法，主要用于电缆高阻故障的测距。由于故障点等效电阻比较大，无法使用低压脉冲法，故而利用高压信号使电缆故障瞬间变成短路或低阻故障，使故障点反射系数接近-1，故障点近乎产生全反射。闪络法测试电缆故障时，电缆故障点形成的反射波是高电压脉冲波，不能直接通过仪器进行显示，通常需要取样器，将故障点在高电压作用下形成的高压脉冲转换成仪器所需要的低压脉冲信号。根据取样方式的不同，又分为电压法、电流法及电压感应法，其取样器原理图如图3所示。

图3三种取样器原理图

其中，R1为分压电阻、R2为取样电阻、Lp为电流取样器、C为储能电容、B为变压器。

直流高压闪络法（直闪法）：在故障电缆上施加直流电压，使故障点击穿放电，发生闪络。然后通过记录测量故障点击穿产生的电流行波信号在测试端和故障点之间往返一次所需的时间t，再根据行波在电缆中的传输速度V，就可以计算出故障距离。直闪法主要用于测试电力电缆闪络性高阻故障，也可用于测试阻值特别高，但与完好相相比阻值较低的泄露性高阻故障。如图4所示为直闪法测试原理线路（T为调压器，TV为高压试验变压器，输出电压在30~60kV，C为高压储能电容器）。

图4直流高压闪络法接线原理图

冲击高压闪络法（冲闪法）：由于直闪法所采用的直流高压电源的等效内阻比较大，电源输出功率受到了一定限制，对于绝大多数泄露性高阻故障，直闪法不能进行测试。冲闪法正是利用大容量的充电电容作为直流高压电源，加到故障电缆使故障点闪络放电形成瞬间短路。主要用于测试电力电缆的泄露性高阻故障，也可用于测试电力电缆的低阻、开路及闪络性高阻故障。其测试原理线路与直闪法基本相同，不同的只是在储能电容与电缆之间串入一球形间隙，如图5所示为冲闪法测试原理线路（T为调压器、TV为高压试验变压器、C为储能电容器、Js为放电间隙）。

图5冲击高压闪络法接线原理图

3.3电力电缆故障点精测

（1）声测法。利用故障点放电时所产生的声波进行定点，声音传感器在电力电缆上方将声音信号检测出来，声音最大的地方为故障点所在的位置，离故障点越远，振动声音越小。

（2）声磁同步法。利用故障点在冲击电压作用下闪络放电时，同时接收故障点放电所产生的电磁波和振动声波，判断出所测信号是否由故障点的放电产生来准确的判断故障点位置。

（3）音频感应法。在被测电路的一端给电缆的故障相加一定功率的低压音频信号，当被测信号传输到短路或断线点后，却不能继续沿着电缆传输，从而电缆故障点两边将有明显的信号大小变化，如果在电缆路径的上方通过一接收器探测信号的变化情况，即可确定故障点位置。同时电缆各项基础资料的准确性与完整性对提高故障点查找效率也非常重要，如电缆敷设走向、电缆总长度、电缆中间接头分布等。

（4）跨步电压法。电缆破损后，破损点和地相接，可近似的看成一个球形接地体，在电路上的试验电压可以看成全部加在接地点上。假设接地点附近一定范围内的土壤电阻率是均匀的，在离接地点越远的地方电场强度越弱，垂直于电缆接地点的位置电场强度最大，用定点仪中的两根金属探针沿电缆路径在故障点附近取地面跨步电压，当探针刚好在故障点两侧时，定点仪的强度信号为0，两探针中点即为故障点。

3结束语

综上所述，电力电缆是确保电能安全运输的核心环节，准确、快捷的电力电缆故障检测与定位技术，已成为国内外科研技术人员的共同目标。本文则主要介绍了电力电缆故障粗测法与电力电缆故障点精测法，对10kV电力电缆故障能够进行有效的检测与定位，为故障处理和维护工作起到了很好的支持作用。

参考文献：

[1]袁坤.浅谈电力电缆常见故障点的测寻方法[J].电力系统，2010，（11）.

[2]李峰，徐丙垠.电力电缆故障冲闪测试放电回路建模[J].电力自动化设备，2011（03）.

作者简介：

高梵清（1991.9），男，河南郑州人，华中科技大学电气工程及其自动化学士，电力电缆工，单位：国网上海市区供电公司。