电力电缆早期故障诊断研究

电力电缆早期故障诊断研究

马晓斌

中国石油乌鲁木齐石化分公司  新疆乌鲁木齐市 830019

摘要：随着社会进步，生产生活用电量逐渐增加，电缆作为电力输送环节， 其绝缘性能决定着供电的安全性和可靠性。电缆一旦在使用过程中出现故障，很容易出现短路接地等故障，甚至对用户的生命安全构成威胁。因为电缆内部的短路或故障会使电流发生变化，产生电热效应，从而导致故障自我修复，所以电缆早期故障也被称为自清除故障。然而，随着电缆故障的恶化，这种自动修复的能力逐渐减弱，最终需要人工修复。因此，电缆早期故障识别与定位研究的主要目的是在发生电缆永久性故障之前更换电缆，防止电缆永久性故障的发生，提高电网系统的运行可靠性。

关键词：电力；电缆；早期故障；诊断

引言

电力电缆主要用于城市地下电网、电厂、炼化企业等领域。与架空线路相比，电力电缆具有占用空间小、对外部环境干扰小、电力系统传输故障发生率低、能改善城市环境等优点，可广泛应用于诸多领域。但是，随着电力电缆在电网中的广泛使用和使用寿命的不断延长，电缆的失效几率逐步增大。正确处理和维护电缆故障，持续监测和分析电缆状况，可以最大限度地减少停电时间。

1.电缆早期故障特性　　

电缆早期故障电阻与电弧故障电阻特征相似，均具有非线性时变特点。目前，对电缆早期故障的研究没有统一的模型，且电弧模型仿真波形与实际电缆早期故障波形基本相同。因此，现有研究大多采用电弧模型来进行电缆早期故障的识别与研究。电缆早期故障通常发生在电压峰值瞬间，伴随电弧的出现，此时电缆绝缘击穿的可能性更大。电缆早期故障发生时会导致故障的相位电流瞬间增加，相位电压降低，在故障结束后相位电流又会回到正常状态。电缆早期故障具有周期性和重复性的特点，且随着时间的推移其出现的频率会越来越高，最终将导致电缆永久性故障。电缆早期故障还具有以下特征。①电缆半周波早期故障持续时间短，电弧电流不存在零休现象，电弧电压也不会出现“马蹄形”波形；电缆多周波早期故障发生后，电弧电流在过零点会发生零休现象，电弧电压在此期间会发生显著畸变，能明显观察到燃弧电压和熄弧电压。②电缆半周波早期故障的电弧电阻只出现一个波峰，而电缆多周波早期故障的电弧电阻在故障时间内是呈周期性变化的尖峰，且其峰值比半周波早期故障电弧电阻的峰值大[1]。

2.引发电力电缆故障的常见影响因素

2.1电力电缆接头因素

在电力电缆的设计中，为了满足不同区域、不同线路的电力能量传输需要，通常会设置一定数量的连接器。同时，在电力电缆的生产制造中，也预留相应的接头，方便施工操作。而在实际的使用过程中，由于电力电缆的接头存在故障隐患，当接头绝缘层受到不同程度损坏时，各电力电缆之间会产生连接问题，加之绝缘密封不到位，都会成为诱发电力电缆故障的直接因素。即便在短期内不会出现明显故障表现，但久而久之其绝缘性能下降速度将显著快于正常接头，且受周边复杂外部环境的影响，必然会成为故障的主要诱因。

2.2电力电缆材料因素

目前，电力电缆大多以铜芯电缆为首选，利用铜的高导电性和低损耗，可以为城市电力能量传输提供良好的保障。但是，由于电力电缆规模的大幅增加，在材料的应用上也出现了参差不齐的现象，一些施工单位在追求经济利益的过程中，往往忽略了对电力电缆材料的控制，缺少必要的技术检测环节，导致部分材料以次充好，无法满足长期使用的要求。在材料的采购环节，也会缺少对电缆品质的比较，导致部分劣质电缆流入市场。

3.电力电缆故障检测技术应用分析

3.1低压脉冲检测技术

电力电缆短路现象是常见的故障类型之一，为实现对电缆故障问题的高效判断，可以采用低压脉冲检测技术判断电缆的低阻故障问题。在疑似故障位置利用相关设备释放低压脉冲，使之能够被顺利传送至阻抗点，再结合电波反射所呈现的变化，对波型进行全方位测算，从而更加精准地判断故障形式或位置。如发现发射脉冲与反射脉冲呈相反状态，则表明电缆存在低阻和短路故障，反之则表明存在终端端头短路故障[2]。

3.2高压闪络测量法

高压闪络测量法是通过施加高电压脉冲到电缆绝缘上，观察是否发生电晕放电或闪络现象，以判断绝缘系统的健康状况。在高压闪络测量中，首先需要将测试电缆与高压闪络测量设备连接，并施加特定的高压脉冲，观察电缆绝缘上是否出现电晕放电或闪络现象。当电缆绝缘存在缺陷或损坏时，高压脉冲的作用会导致局部电场强度过高，从而引发电晕放电或闪络现象，这些现象通常表现为在电缆表面或绝缘材料中形成光亮的放电通道。通过观察放电的发生频率、强度和位置，可以评估电缆绝缘的质量和抗击穿能力。高压闪络测量法具有快速、直观和非破坏性，可以快速检测电缆绝缘的健康状况，无须切割或打开电缆，从而减少了维修和修复的工作量。高压闪络测量法适用于各种类型和规模的电缆绝缘系统，并且可以在实际工作环境中进行测试。

3.3声测法

声测法是一种电缆故障检测方法，其主要依据是根据电缆放电打火时产生的声音来判断故障位置。利用数字化传感器采集声波信号，将声波信号转换为数字数据，有助于准确记录声波信号特征和参数。数字化技术使得对采集到的声波信号进行更精确的处理和分析成为可能，从而更准确地定位电缆故障点。采用自动化控制的声源发生器，能够在设定的时间间隔内自动产生声波，简化操作过程，提高效率。声测法在电缆故障检测中具有一定的优势，它是一种非接触式的检测方法，无须对电缆进行拆解或接触式测试，减少了对电缆的干扰和损坏风险。同时，声测法对各种类型的电缆故障都具有一定的敏感性，包括局部放电、击穿放电、电弧放电等

[3]。

4.加强电缆管理的措施

(1)培养专业技能，优化岗位设置，加强电缆运维人员和技能支持。(2)加强电缆负载管理，根据不同的温度，了解电缆在相应温度下的长期允许载流能力，掌握电缆的真实允许状态，避免电缆长期过载运行。(3)开展电缆的精益运维管理，科学管理电缆管道原图、电缆网络系统接线图、电缆接头及终端装配图、运行、大修、故障记录、完工图等。同时，做好缺陷跟踪的闭环管理，开展全过程生命周期管理。（4）落实电缆布设质量验收在电缆布设施工完成后，相关监理工作人员应当做好施工作业验收工作。①积极做好电缆材料质量检测工作。电缆质量决定了电缆的使用寿命以及使用年限，而且也决定了电缆使用故障发生概率。在材料检测中，需要对电缆绝缘性能以及耐高温性能做好验收处理。②做好电缆布设工艺验收工作。在工程验收中要确保电缆布设达到科学性与合理性，避免电缆线路布设出现问题，影响电缆后期运行使用效果。

结束语

综上所述，电缆在运行中经常会受到各种因素影响，导致电缆发生故障，影响用电质量以及用电安全。电缆故障的诊断可以帮助分析故障的原因，改进电力系统的设计和运行，提高系统的抗干扰素力和故障排除能力。通过不断探索和改进，能够不断提高电缆故障诊断技术，确保电力系统的稳定运行。

参考文献：

[1]苏秦，张自飞.煤矿电缆故障快速查找方法优劣分析[J].内蒙古煤炭经济，2018(24)：10+46.

[2]韩晓宇.试析电气化铁路电力电缆故障电流对信号电缆的电磁影响[J].智能城市，2018，4(23)：142-143.

[3]张丽娟.电力电缆故障诊断技术在智能电网中的应用研究[J].科学技术创新，2019(28)：159-160.