电缆故障测试方法探讨

李伟

摘 要：随着电力行业和城市建设的快速发展，供电和用电都大量地采用电缆来送电，这样既提高了供电的安全性和可靠性，又符合城市建设和景观美化的要求。如何保证电缆的安全和可靠运行就成了供电企业的一项重要工作，当电缆出现故障的时候，快速准确地找到电缆故障位置并进行修复是目前我们工作的一个重点和难点。

关键词：故障类型；低压脉冲法；高压脉冲法；烧穿

1 电缆故障的类型及测试方法

根据电缆故障发生的性质和特点，我们一般将其分为以下几种：

（1）开路性故障；

（2）短路性故障；

（3）高阻泄漏性故障；

（4）闪络性故障。

常见的测试方法有高压电桥法和脉冲测距法，电桥法优点是简单、方便、精确度高，但是电桥法只能测试单相和两相开路故障和短路故障，而不能测量三相短路或断路故障，也不能测试高阻泄漏性故障和闪络性故障，实际上电缆故障大部分属于高阻与闪络性故障。脉冲测距法采用的是雷达测距原理，向电缆注入一个电脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点，如短路点、故障点、中间接头等，脉冲产生反射，回送到测量点被仪器记录下来。发射脉冲与反射脉冲的时间差△t，对应脉冲在测量点与阻抗不匹配点往返一次的时间，已知脉冲在电缆中的波速度V，则故障距离，可由该公式进行计算：L=V·△t/2。

由于电桥法测试电缆故障的局限性，目前已经少使用，目前大量使用的电缆故障测试仪是基于脉冲测距法，因此作者重点讨论脉冲测距法在电缆故障测试中的应用和分析。

2 脉冲测距法的应用

脉冲测距法可分为低压脉冲法和高压脉冲法（也叫冲闪法）。低压脉冲法其电脉冲的幅度为100伏左右，脉冲宽度为1微秒左右，低压脉冲只能测试开路故障和短路故障。高压脉冲法（冲闪法）其电脉冲的幅度可高达几万伏，脉冲宽度可达几十毫秒，这样的电脉冲是具有一定能量的，可以将高阻泄漏性故障和闪络性故障瞬时击穿，形成短路性质的故障，并有反射回波。

3 低压脉冲法测试电缆故障

故障点的特性阻抗不同，则反射波也不同，对于开路故障，反射波和发射波同相。短路故障，反射波和发射波反相，因此我们可以从发射波的方向来判断故障性质，通过反射波和发射波的时间间隔来确定故障点的距离。低压脉冲法适用于测试断线故障及低阻故障（100欧以下为低阻，100欧以上为高阻）。经过现场实践证明，低压脉冲测试法测试开路故障及低压故障，测试波形清晰直观，很容易判读。

4 高压脉冲法（冲闪法）测试电缆故障

高阻故障及闪络性故障可用冲闪法进行测试，对于冲闪法测试电缆故障我们并不陌生，它采用试验变压器将电压升到上万伏，再经过整流并给电容充电，当电压足够高的时候，就将球间隙击穿，这样就可形成一个高压脉冲，这个高压脉冲具有足够能量来击穿电缆的高阻泄漏性故障和闪络性故障。

采用高压脉冲将故障击穿的目的是测试电缆故障的距离，如何获取高压脉冲测试时的波形是测试的关键，目前有分压法和耦合法两种。这两种方法我们都使用过，下面就分压法和耦合法的特点和优缺点进行对比分析。

4.1 分壓法

为了让测试仪器能够测试并显示高压脉冲击穿故障点的波形，采用了电阻分压的方法，R1是一个大功率的水电阻，其阻值为50MΩ～100MΩ，R2是一个100Ω的电阻，利用这两个电阻的分压关系，几十千伏的电压只在R2电阻有几伏的压降，这样就可以接到测试仪上。由于我们关心的是反射的脉冲波，高压首先将球间隙击穿，高压脉冲再将故障点击穿，波形的反射是叠加在高压脉冲上的，为了获得反射波，需要在测试点前接入一个电感L，否则，这个反射波就会被电容接地短路掉，无法观察。通过我们实际使用和电路分析，高压脉冲分压法有明显的不足：

（1）安全性差，仪器接入高压回路中，对测试人员和测试仪器都有安全威胁。

（2）波形特征不明显，由于要对上万伏的高压脉冲进行大比例的衰减才能接入仪器中，脉冲反射本来只是寄生在大震荡波形之中，这就使得波形更小，极难分辨。

（3）采集信号比较困难，由于共模干扰的存在，测试过程中很容易造成仪器死机、黑屏等现象。

（4）不能对故障点是否已经击穿给出准确的判断，当采集不到波形时，不能确定故障点是否击穿，或是其他原因。

（5）L、R1、R2等的存在使电路的电气特性复杂化，尤其是分压电阻（一般为水阻）对采集波形起到关键作用的选择要求很高，如阻值配备不合适将给波形的采集和判读造成很大麻烦。

4.2 耦合法

高压脉冲耦合法取样采用线性电流耦合器采集电缆中的电流行波信号。

线性电流耦合器L放置在储能电容C接电缆外皮的接地引线旁，感应地线中的电流变化磁场。

经过现场实测证明，不管是中远距离故障，还是近距离故障，高压脉冲耦合法测试波形都很好，波形稳定，故障特征明显。

5 故障点不能击穿的解决方法

我们在故障测试中经常会碰到故障点无法击穿，无法测到故障点波形，现根据作者日常经验，提出以下几点个人见解。

（1）提高电压（即拉大球间隙距离）。

（2）增大电容容量，使用两个或以上的电容器串联。

（3）采用“机关枪法”。

当拉大球间隙，提高脉冲电压，或者增大电容的容量，都不能将故障点击穿，而提高脉冲电压和增大电容容量可能会受到设备容量和耐压等级限制。当使用直流高压发生器或者试验变压器给电缆加压时，随着电压的提高电流很快增大，甚至超过了试验设备的容量范围，故障点仍然不能击穿。为了解决这个问题，作者进行了大量的试验和分析。故障点击穿并形成放电现象，需要有足够能量，能量的大小与电流、电压以及所施加的时间都有关系。用直流高压发生器或者试验变压器给电缆加压时，所能施加的电压和电流都不大。用高压脉冲法，虽然能提供足够高的电压和电流，却不能维持足够长的时间。

我们在使用高压脉冲法测试电缆故障时，都是以一定的频率进行放电，当提高初级（调压器）电压，则放电频率提高，当放电频率进一步提高时，甚至可以认为我们在给电缆连续施加足够大的电压和电流，球间隙使我们能够提供足够高的电压，电容使我们能够提供足够大的电流，这样就形成了足够的电能，并很快将故障点击穿。一旦故障点被击穿，放电频率骤然降低，使用这种方法一般只需几分钟即可将故障点击穿。使用这种方法时可适当将球间隙减小，以便很快形成持续放电现象，本人将这种方法取名“机关枪法”。

（4）使用声测法直接定点

有的时候，电缆的故障波形是测不出来的，有的电缆整根泡在水中，这时，就有可能长时间都无法烧穿，如果是长度较短的电缆，因其为高阻故障，用声测法试验时放电声音相当大，因此可沿电缆路径听其放电声即找到故障点.对于长度较短的电缆，当故障点没有烧穿而无法测出故障点距离时，直接使用声测法有时也能大大缩短故障查找时间。

6 结束语

虽然电缆故障点测寻难点大、定点困难，且故障类型多种多样，但原理大致相同，应正确使用相应的测寻方法进行故障查找，结合理论知识及现场经验，便能事半功倍，顺利完成各种电缆故障的抢修任务。