配网电力电缆故障探测方法分析

韦成端

（广东电网公司云浮供电局，广东，云浮 527300）

伴随着市场经济的飞跃发展，用户对用电的需求量是日益增加。加之现在的土地越来越珍贵，为电力电缆的埋设带来较大的困难。

而且和高空架设线路相比较，电力电缆具有其自身的优势，那就是供电的可靠性较高，不受地面和高空建筑物的影响。同时，埋在地下的电力电缆还不受风吹雨打的影响。鉴于电缆的种种优势，被越来越广泛的使用。为此，配网电力电缆的故障探测就成为了重要问题，成为了保障电力输送的基础条件。

1 配网电力电缆的常见故障原因分析

配电网的电力电缆送电比较可靠，而且不受风吹雨打的影响。为此，现在是越来越被供电建设所看重。但是任何事物都不可能是绝对的安全，都会存在着不同的问题。因此，埋在地下的电力电缆也会存在多种故障。

1.1 电缆本体故障

在一些施工之中，施工人员的技术水平较差以及责任心不强，都会导致铺设电缆的时候质量出差错，导致绝缘不足。在长期的使用之中，防水的密封性逐渐下降，连接点的紧密性也出现了隐患，这些都可以导致电缆的阻抗过大，再根据发热公式Q=I2Rt可以看出来，阻抗一增大，那么电缆的发热也就厉害，这样很容易出现熔断和击穿的情况。出现在这些现象的主要是原因：

1）安装过程中施工人员粗心大意，将电力电缆的外皮弄破受损，为后面的使用留下后遗症。随着使用，土壤里面的水分就顺着受损的地方渗透进去，加大电缆的阻抗，从而出现故障问题。

2）在运行的时候受到外力作用，进而将电缆破坏。现在市政建设发展相当的快，而且涉及面是十分的广泛。如果仅仅单一的部门施工，是肯定可以考虑到地下的电力电缆。但是，事实上在施工的时候是多个单位同时开始施工，这就难免出现了一些部门没有考虑到地下管线的布设情况，造成电缆的外皮受损或者导线断裂等现象。

一旦出现了这类事故，直接就出现短路现象，其中的短路电流很大的，会让电缆出现燃烧冒烟等现象。

1.2 外体故障

其中主要是因为电力电缆敷设在地下的电缆沟中，甚至有一些还没有安装电缆沟而是直接将电缆埋在地下，让电缆和土壤直接接触。为此，电缆长时间和土壤里的水分和潮气相接触，绝缘设施就很容易受到腐蚀的渗透，这些现象就会导致电力电缆的阻抗增高，进而导致故障现象出现。

从各种实际起来看，出现这些现象的主要原因在于受潮、污染严重、腐蚀等各种原因，这样会导致电缆的绝缘能够大大降低，让承受的电压等级和载流量而不足。如果出现了这类的现象，一旦线路中的负荷过重或者谐波过高等情况之时，就会将外层的绝缘层击穿造成了故障。

其中还存在其他原因，比如电力电缆在制造的时候存在质量故障，以及在安装的时候安装人员施工不合格的现象造成局部的缺陷，这些都会出现隐患的故障。当然，还有一种情况就是人为故意破坏电缆，造成故障。

1.3 电缆故障的分类

电力电缆出现的故障根据现象主要分为了三类：高阻故障、开路故障和低阻故障三。

1）高阻故障就是指电缆中的接地电阻变大或者短路，这将导致整条电缆的安全性能大幅度降低。一般而言，绝缘的阻抗只要低于了正常的值，但高于了10Z（Z是指电缆波阻抗）而出现的故障现象，都属于这一类。这类用直流高压闪络法（见图1），得出的波形曲线见图2。

图1

图2

从图 2中可以看出来，t1到 t2是一段逐渐增大的平滑曲线，但到了t2时刻曲线发生突变，这个点就可以能出现了故障。

2）开路故障是就指电缆出现断开，导致送电故障，是说电力电缆中有了断开的情况，这样就让整条线路不连续无法正常使用。

3）低阻故障，这类主要是电缆中的阻抗降低，一般都低于了10Z的情况。根据欧姆定律可知，这种故障会导致电缆中的电流增大，发热也会跟着增大，因此很容易烧坏电缆。这类故障用冲击高压反络法（见图3）。

图3

测出的波形图如图4所示，故障的拐点A即为判断点。

图4

从各种故障的实际例子可以发现，配网电力电缆中最容易出现的是高阻故障。几乎占据了整个故障的70%以上。

2 配网电力电缆的故障探测步骤

当遇到电力电缆发生故障的时候，要采取合理的步骤进行判断，快速找出症结所在。而不是面对着故障慌作一团，不知所措。

按照普遍的探测方法是分为三个步骤，那就是先进行诊断，然后是测距，最后是定出故障的所在点。

2.1 诊断

探测电力电缆和给人看病是一个道理，遇到疾病就要找出症结所在。当遇到电力电缆出现了故障，首先就是要诊断出故障的严重程度，判断故障的类型。这样才方便于测试人员根据类型进行选择适当的电缆定点方法和测距。

首先要判断故障的类型，是否是断线、低阻或者高阻的现象，以及闪络性故障等。只有找出了病因才能确定使用哪种维修方法，目前的维修方法主要是直流闪络法，低压脉冲反射法和冲击闪络法。

2.2 测距

当诊断出了故障的严重程度和类型之后，就要对电缆的故障进行测距。这种方法的主要操作办法是，在电缆的一端作为基准点，然后用仪器来检测出距离故障点的距离。当然，现在的技术还达不到精准的确定，但可以确定出大致点，缩小寻找故障的范围。

目前测距的主要方法还是分阻抗测距法和行波测距法两种。相比之下，这两种之中的行波测距法使用比较广泛，还被使用在高电压架空线中。

行波法是利用已经知道的行波速度，进而测量行波的从开始端和故障点之间的返回总共使用的时间，利用这个时间计算其间的距离。

根据所用的波不相同，这种方法可以分为低压脉冲反射法和高压脉冲电流法，以及高压脉冲电压法等。

各种方法的原理基本大致是相同的，用图5可以清楚的体现出来。

图5

其中的△t表示记录的时间差值。只要知道了脉冲在电力电缆中的传播速度 V，就可以利用计算距离的公式计算出∆L=v∆t/2。

通过这样的方法，只需要测出往返的时间就可以得出故障点的距离。通过实际使用来看，该方法还是比较实用。

2.3 定点

当确定了好了大致距离之后，就要精心精准的测量，探测出真实的故障点。现在普遍用的是 l～15kHz的音频信号发生器来测。

这个操作方法是，当确定了电缆中有故障之后，就通过仪器将音频信号电流通进去。这样，通入的音频电流就能够在电缆中产生电磁波。再接着用探头在地面上沿着埋设电缆的路劲一路接收音频信号，而且要将接收到的音频信号通过放大送到耳机里，这样人就可以感应到音频信号的强弱。

在故障点，因为有一些外界的音频信号流入，导致送入到耳机的音频信号电流就要强一些。这样，就能明显感受到耳机的声音比较大。当探头越过故障点的1～2m之时，耳机里的电流声音就会明显减弱。这样一比较，就可以真实的区分出故障点。

采取这样的方法寻找故障点，过分的依靠了人的耳朵。当故障点出现的干扰现象不明显，影响耳机的电流声也不是很明显，那么这样耳朵就感受不出来，这样根本就探测不出故障点的。为此，依靠音频信号电流来探测故障点的方法要进行提升才行。

3 对探测故障定位的新技术

采用前面那种依靠耳朵去探听的做法，存在了很多不足之处。因为毕竟人的听觉存在较大的误差，而且区分电流大小也存在着主观的思想。为此，在这样的情形之下就必须采用技术先进的定位方法。

3.1 高频感应法

1）高频感应法工作原理

对于一个新技术出来之后，在使用之前首先要弄清楚其工作原理。该方法主要是利用高频信号发生器产生高频，然后向待测的电缆通上高频电流。因为有了电场就会产生出磁场，电缆上有了高频电流就会产生出高频电磁波。

地面上的人就拿着探头沿着埋设电缆的路线走，可以感应到电缆发出的高频电磁波，经过探测仪处理之后就能够直接在液晶屏幕上显现出来。然后，根据显现的数值大小可以判断出故障点的具体位置。可以用图6体现出来。

图6

2）高频感应法的优点

其一，从目前的技术条件来看，高频信号源更容易实现且制造起来也很容易。同时高频信号发生器的装置体积小，重量和对电源功率要求都小，真正实现了仪器的小型化和便携式。

其二，高频信号发出的信号能量较高，穿透力和辐射力都比较强，这样就能够连小的故障检查出来，且更能够精准的找出电力电缆的故障点。

使用音频信号不但信号较低，而且还存在了人为的主观意识。只要一有一些外界干扰，那么测出的故障点又可能就不准确。但是高频信号的频频和工频的电流，以及高次谐波电流，以及其他环境下的电磁干扰噪声频段都比较远，这样就不会出现混叠现象，就增强了高频信号的干扰性能。

其三，高频信号的波长比较短，所以在使用的时候可以在较短距离范围内，让信号的强度从波峰降跌落到波谷。这样，就可以让地面的接受仪器更加容易感应到较大电流信号。

反之，音频信号的波长就比较大，改变就要慢的多。则有就会造成地面接受仪器的灵敏度大大受到影响。

高频感应法确实从各个方面解决了传统方法的缺陷，也被越来越广泛的使用在电力电缆的故障探测之中。

3.2 红外诊断技术

此外除了使用高频感应法之外，还有一种红外诊断技术。自从使用以来，这项技术取得了良好的业绩，也为电力电缆带来了巨大的经济效益。

该技术的工作原理：电力电缆一旦出现过负荷的现象，其阻抗增大导致发热也增大，于是就会线芯的温度更在急剧升高，甚至超过了最大承受温度。因为故障点的阻抗最大发热也就最大，只要检查线芯的温度，就可以根据温度的高低去确定故障点。

实用的时候，先用红外热像仪来扫描电力电缆表面的温度，将电缆线芯表面的温度转化成为分布图像。再将这项分布图像处理成数值分布，建立出传热的数学模型。这样，就可以根据温度的变化情况，寻找出温度变化大的那一点，也就故障点。

因为前面说过，电力电缆分为三类故障现象。对于高阻故障来说，当电缆的阻抗一升高就会导致发热，温度也会上升。那这个时候实用红外诊断的时候，温度就会从外面逐渐增大，越到故障点温度也就越高，当温度高到某一个值之后又开始逐渐降低，那么最高之处即为故障点。只要探测出故障点，那就好处理了。

对于低阻故障而言，那就是阻抗变小。这根据发热的公式可以看出来，阻值变小就会导致温度降低。那么采用红外诊断技术的时候，就可以观察到显示仪上面的温度，从高逐渐的变小，当变到一个最小值之后又顺着逐渐的升高。那么，从理论上的原因可以分析出来，那个温度最小值即为故障点。

红外诊断技术不需要接触设备，而且操作十分简单，对故障的检测速度比较快，工作效率较高。为此，这个技术必将得到广泛的使用。

4 结论

配网电力电缆肩负着传送电力的重要任务，关系着千千万万用户的正常生活。出现问题就要及时得到解决，解决速度的快慢就和探测技术有关。只有全面了解配网电力电缆的探测难点，有针对性的做出科学合理的探测方法。

目前，最先进的技术莫过于红外诊断技术，它可以在不停电的情况之下将故障点查询出来。总之探测故障难度就在于定位，为此一定要使用先进技术，让配网电力电缆为人们的正常生活服务。

[1]陈宗军.电力电缆故障探测技术[M].北京:机械工业出版社,2009.

[2]吕庆荣.电力电缆的安装、运行与故障测寻([M].北京:化学工业出版社,2007.

[3]陈衡.我国红外诊断技术的现状与展望[J].激光与红外,1998(5),

[4]董其国.红外诊断技术在电力设备中的应用[M].北京:机械工业出版社,2008.

[5]张正团.电力电缆脉冲电流测距法的改进[J].电力系统保护与控制,2009(24).

[6]李剑峰.电力电缆断线故障点测试方法[J].煤矿机械，2010,31 (7).