电力电缆常见故障的处理方法

李　仁，李永飚，吕俊霞

（河南工业职业技术学院，河南南阳473009）

电力电缆常见故障的处理方法

李仁，李永飚，吕俊霞

（河南工业职业技术学院，河南南阳473009）

摘要：分析了电力电缆常见的故障处理方法。包括电缆故障的类型、电缆线路故障产生的原因、电力电缆故障的类型及处理、电缆故障的粗测方法、电缆故障的精测方法等。

关键词：电力电缆；故障；查找；处理

1　引言

电力电缆是用于传播和分配电能的。常用于城市地下电网、发电站的引出线路、工矿企业的内部供电及过江、过海的水下输电线路。在电力系统中，电缆所占的比重正逐渐增加。电力电缆在电力系统的主干线路用以传输和分配大功率电能的电缆产品，其中包括1kV－500kV以及以上各种电压等级、各种绝缘的电力电缆。

2　电缆线路的故障类型

电力电缆故障类型较多，比较常见的有漏油、接地、短路、断线等。

2．1漏油

过负荷引起温度过高使内部油压升高，一般从中间接头或端头渗漏出来。

端头高低差过大由静压造成的漏油。

中间接头或终端头绝缘包扎不紧，端头密封不好。

2．2接地和短路

负荷过大造成绝缘老化过快而损坏。终端头或中间接头密封不良而进水。铅包上有小孔、裂纹、化学剂电腐蚀、或被外物刺穿，潮气和水分进入电缆内部使绝缘损坏。弯曲半径太小，或受到外力而发生机械损伤。绝缘制造中的先天缺陷，如有裂纹、填料过少、浸渍不良、合成物不稳定等。受到的冲击而过电压击穿。低阻接地或短路故障。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100kΩ，而导线连续性良好者。一般常见的有单相接地、两相或者三相短路或接地。

2．3断线

施工中挖断和损坏电缆、敷设处地面沉降而受到拉力太大、导体制造中的缺陷等都可能造成电缆断线故障。

断线故障：电缆各芯绝缘良好，但有一芯或数芯导体不连续，而且经电阻接地。

闪络性故障：这类故障大多数在预防性耐压试验时发生，并多数出现于电缆中间接头或终端接头内。发生这类故障时，故障现象不一定相同。有时在接近所要求的试验电压时击穿，然后又恢复，有时会连续击穿，但频率不稳定，间隔时间数秒至数分钟不等。

2．4交联聚乙烯电缆的故障

交联聚乙烯电缆已得到广泛的应用，而这种电缆的故障又有其特殊性，其老化可分为化学树、水树和电树老化。

2．4．1化学树老化

埋在有硫化物工厂废液或者地下水泊沙土中的电缆，或受硫化物影响环境中的电缆，当硫化物透过护套和绝缘，与铜导线起化学反应生成硫化铜，再析出到绝缘层中，就会变成化学树。黑色的树枝状物质在绝缘层中扩展形成树状型。其危害是使电缆绝缘性能下降，表现为介质损耗增加，耐压值下降，绝缘电阻降低，直流泄漏电流增加，最后使绝缘击穿。

2．4．2水树老化

水分由于某种原因而进入电缆后，在电场下因电场不均匀，电应力集中处形成树枝现象。它可分为内导水树（以电缆内半导电层作为起点的水树）、蝴蝶形水树（以绝缘层中杂质和气隙为起点的水树）、外导水树（以电缆的外半导电层作为起点的水树），而引起事故通常为内导水树。

2．4．3电树老化

这是绝缘内部或与其他物质接触面间存在间隙或有杂质，及屏蔽层有突出部分导致电场集中，在薄弱处发生放电现象。

3　电缆线路故障原因

3．1机械损伤

机械损伤引起的电缆故障占电缆事故很大的比例。有些机械损伤很轻微，当时并没有造成故障，但在几个月甚至几年后损伤部位就会发展成故障。造成电缆机械损伤的主要原因如下。

安装时的损伤。在安装时不小心碰伤电缆，机械牵引力过大而拉伤电缆，或电缆过度弯曲而损伤电缆。

直接受外力损坏。在安装后电缆路径上或电缆附近进行城建施工，使电缆受到直接的外力损伤。

行驶车辆的振动或冲击性负荷造成地下电缆铅（铝）裂损。

因自然现象造成的损伤。如中间接头或终端头内绝缘胶膨胀而胀裂外壳或电缆护套。因电缆自然行程使装在管口或支架上的电缆外皮擦伤。因土地沉降引起过大拉力，拉断中间接头或导体。

3．2绝缘受潮

电缆绝缘受潮后会引起故障。

造成电缆受潮的主要原因如下：因接头盒或终端结构不密封或安装不良导致的进水。电缆制造不良，金属护套有小孔或裂缝。金属护套因被外伤刺伤或腐蚀穿孔。

3．3绝缘老化变质

电缆绝缘介质内部气隙在电气作用下产生游离使绝缘下降。当绝缘介质电离时，气隙中产生臭氧、硝酸等化学生成物，腐蚀绝缘层。绝缘层中的水分使绝缘纤维产生水解，造成绝缘下降。过热会引起绝缘层老化变质。电缆内部气隙产生电游离造成局部过热，使绝缘层炭化。电缆过负荷是电流过热很重要的因素。安装于电缆密集地区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的电缆、穿在干燥管中的电缆以及热力管道附近的部分都会因本身过热而使绝缘层加热损坏。

3．4护层的腐蚀

由于电解和化学作用使电缆铅包腐蚀，因腐蚀性质和程度的不同，铅包上有红色、黄色、橙色和淡黄色的化合物或类似海绵的细孔。

3．5过电压

大气过电压和内部过电压使电缆绝缘所承接的电应力超过允许值而造成击穿。对实际故障进行分析表明，许多户外终端头的故障是由于大气过电压引起的，电缆本身的缺陷也会导致在大气过电压时发生故障。

3．6材料缺陷

材料缺陷主要表现在三个方面。一是电缆制造的问题，主要有包铅（铝）留下的缺陷，包缠绝缘过程中，纸绝缘上出现褶皱、裂损、破口和重叠间隙等缺陷。二是电缆附件制造的缺陷，如铸铁件有砂眼、瓷件的机械强度不够，其他零部件不符合规格或组装时不密封等。三是对绝缘材料维护管理不善，造成制作电缆中间接头和终端头的绝缘材料受潮、脏污和老化，影响中间头和终端头的质量。

3．7中间头和终端头的设计和制作工艺问题

中间接头盒终端头的设计不周密、选用材料不当、电场分布考虑不合理、机械强度不够等是设计的主要弊病。另外中间接头和终端头的制作工艺要求不严，不按工艺规程要求进行，使电缆头的故障增多，例如封铅不严、导线连接不牢固、芯线弯曲过度、使用绝缘材料有潮气、绝缘剂未灌满造成盒内有空气隙等。

3．8电缆的绝缘流失

油浸绝缘电缆敷设时地沟凹凸不平，或处在电杆上的户外头，由于起伏、高低落差大，高处的绝缘油流向低处而使低处电缆绝缘性能下降，导致故障发生。

4　电力电缆故障的处理

4．1电缆故障类型

接地故障。电缆一芯或多芯接地。短路故障。电缆两芯或三芯短路。断线故障。电缆一芯或多芯被故障电流烧断或外力破坏，形成完全或不完全断线。

闪络性故障。这种故障大多数在预防性试验中发生，并多出现在电缆中间接头盒终端头。故障现象是当所加电压升至某一数值时击穿，电压降至某一数值时绝缘又恢复。

4．2电缆故障的处理

查找电缆故障部分，通常是用摇表测量绝缘电阻、做直流耐压试验并测量泄漏电流，以测试电缆芯对地或电缆芯之间绝缘状况，来发现电缆故障。然后用故障探测仪找出故障点，切除故障部分。

切除故障修复后，必须进行电缆绝缘的潮气试验和绝缘电阻试验。

电缆故障修复后，必须核对相位，并做耐压试验，经试验合格后，方可恢复运行。

无论电缆是在运行中或试验时发现的故障，其故障部位割除后应妥善保存，以便进行分析，采取反事故对策。

修理电缆线路故障，必须填写故障测试记录。

5　电缆故障查找方法

电缆故障查找分为粗测和精测。所谓粗侧，也就是利用一定的仪器对电缆故障进行测量，测出故障点距离始端的距离。所谓精测，就是利用仪器对故障进行定点，找出故障的准确位置。

5．1电缆的粗测方法

（1）直流电桥法

直流电桥法是一直广泛应用的一种测距的方法。也被业界称为经典方法。依据电缆沿线均匀，电缆长度与电缆芯电阻成正比的特点，根据惠斯登电桥的原理，可将电缆短路接地、故障点两侧的环线电阻引入直流电桥，测量其比值。由测得的比值和电缆全长，可算出测量端到故障点的距离。

电桥法的优点是精确度高，波形容易判断，对操作人员要求不高。在连线时一定要注意尽可能减小连接点的电阻值，还需要清楚电缆的长度，否则将对测量结果造成很大的误差。缺点是由于受仪器输出电压所限，测量范围有限，面对高阻故障无能为力。

（2）脉冲法

脉冲法能较好地解决高阻和闪络性故障的探测，而且不必过多依赖电缆长度、截面等原始资料，因而得到了越来越多的应用。

所有仪器的基本探测原理均是将电缆认为均匀长线，应用行波理论进行分析研究，并通过观测脉冲在电缆中往返所需要的时间来计算到故障点距离。

低压脉冲发射法是向故障电流发射低压脉冲的测距方法，可以用来探测断线和低阻短路故障。

高压脉冲发射法主要用来探测高阻性短路或接地故障及闪络性故障。这些故障通常发生在中间接头或终端头。高压脉冲法是一种无须烧穿故障点的测距方法，应用日渐广泛。

5．2电缆的精测方法

定点的方法有许多种，包括声测法、感应法、探针法和电流方向法等。

（1）声测法

目前使用的试验接线，记录的是冲击电压波形，如直流闪络法（直闪法）就是其中的一种。直流闪络用声测法确定故障点的具体位置。测距只能估计故障区段，实际工程中要求更精确地判断故障点以减少挖掘量。因此，在开挖前要先定点，即用仪器在可疑地段寻测，准确判断故障的实际位置。测量的绝对误差应不大于1米。对长度仅为数十米的短电缆，可不必粗测而直接定点，且故障多在终端头。即使长达数百米的电缆，如需烧穿测距，也宜在烧穿前用声测法测量定点，以防电阻降得过低破坏了声测的条件。

声测法灵敏可靠，较为常用，除接地电阻特别低（小于50Ω）的接地故障外，都能适用。

声测法所用的声波接收器由电压晶体拾音器、放大器和耳机组成。当放电能力足够大时，简单的振膜式听棒就可直接听音，而不受电磁干扰，相当准确。这种听棒实际上就是一根金属管，一头接触地面，另一头做成喇叭形，上覆铁皮薄膜以供测听。测听时应仔细辨别声音的大小，最响点才是故障点。

为了收获足够的声能，仅靠整流装置输出的约0．1A的电流是不够的，故接入高压电容器储藏电能，在故障点间隙击穿时电容瞬间冲击放电，电容量越大储能就越大，可保证在放电瞬间释放出足够的能量。

（2）感应法

用感应法确定短路点位置。音频电流感应法适用于电阻较低的相间故障，包括两相短路、两相短路并接地。但通常不能用于单相接地故障，因为电缆头金属护套一般均在两端接地。因此从信号发生器的音频电流故障点分成两边往回流，在接地点任一侧的信号都不会发生变化。

目前，广大的电力电缆故障测试仪用户使用的以“冲闪法”为基础的电缆故障测试仪，在解决低压电缆的低阻故障点和接地电阻为零的故障时，一般都能用测距仪较方便地粗测出故障点的距离（此类故障点的距离测试是无须高压放电设备的，用的是低压脉冲法），但故障点定位还是要用打火、放电、听声音这一方法，同时该类仪器的路径和定点仪是分开的，这就造成找准路径无法同步定点，而定点时又往往走偏路径，而且该仪器的路径由于原理限制，在找电缆路径时，很难找到电缆的准确路径，一般是在1m－2m的宽度之间。

电缆故障的查找，是电缆行业技术含量较高的工作，仅仅依靠原理和仪器是远远不够的，它需要操作人员在平常工作中积累丰富的经验。

参考文献：

［1］郭涛，陈冬雪．怎样查找和处理电气故障［M］．北京：化学工业出版社，2011．

［2］张卫．常用电气设备的维修［M］．北京：机械工业出版社，2011．

［3］芮静康．常见电气故障快速诊断与维修［M］．北京：机械工业出版社，2010．

［4］芮静康．供配电系统的施工、运行和维护［M］．北京：中国电力出版社，2008．

［5］芮静康．常见电气故障的诊断与维修［M］．北京：机械工业出版社，2007．

中图分类号：TM757

文献标识码：A

文章编号：1005—7277（2015）03—0056—04

作者简介：

李仁（1984－），男，河南南阳人，硕士研究生，河南工业职业技术学院机电工程系助教，主要从事机电一体化技术的教学与应用研究工作。

李永飚（1988－），男，河南人，本科，河南工业职业技术学院机电工程系教师，从事机电教学工作。

收稿日期：2014－02－17

Common faults processing methods of the power cable

LI Ren，LI Yong-biao，LV Jun－xia
（Henan Polytechnic Institute，Nanyang 473009，China）

Abstract：The common faults processing methods of the power cable are analyzed．Including the fault types and the line fault causes of power cable，rough detection and accurate detection methods of the cable fault and so on．Key words：power cable；fault；finding；processing