电力电缆的故障原因与测距方法分析

刘亚军

摘要：电力电缆作为整个电力系统的重要组成部分，一旦发生故障将直接影响着整个电力系统的安全运行。因此，如何快速、准确地查找电缆故障，减少故障修复费用及停电损失，是本文研究的主要问题。本文简单分析了电力电缆故障的原因及分类，重点分析了电力电缆的故障测距原理与方法，并对电力电缆故障的定点方法进行了探讨。

关键词：电力电缆故障原因；测距方法；脉冲测量法

引言

随着电力电缆应用成本的下降，以及电力电缆自身所具有的供电可靠性高、不受地面、空间建筑物的影响、不受恶劣气候侵害、安全隐蔽耐用等特点，因而获得了越来越广泛的应用。然而，与架空输电线路相比，虽然电力电缆的有上述优点，但给后期电缆的维护工作特别是故障测距与定位带来了较大的难度，尤其电缆长度相对较短、线路故障不可观测性等特点都决定了电缆线路要求有更精确的故障测距方法。另一方面，电力电缆作为整个电力系统的重要组成部分，一旦发生故障将直接影响着整个电力系统的安全运行，并且如故障发现不及时，则可能导致火灾、大规模停电等较大的事故后果。因此，如何快速、准确地查找电缆故障，减少故障修复费用及停电损失，成为本文研究的主要问题。

本文的研究对象仅适用于1KV以上35KV以下的电力电缆。

1.电力电缆故障原因及类型

1.1电力电缆故障原因

随着电缆数量的增多及运行时间的延长，由于电缆绝缘老化特性

等因素，故障发生概率大大增加。电缆故障点的查找与测量是电力供应畅通的有力保障，但是因为电缆线路的隐蔽性、个别运行单位的运行资料不完善以及测试设备的局限性，使电缆故障的查找非常困难。尤其是在狂风、暴雨等恶劣天气中，给故障的查找、维修带来了很大不便。了解电缆故障的原因，对于减少电缆的损坏，快速地判定出故障点是十分重要的。电缆发生故障的原因是多方面的，常见的几种主要原因包括：

（1）设计制作工艺不良和材料缺陷：拙劣的接头、拙劣的技工、电缆质量不过关、不按技术要求敷设电缆，造成电缆绝缘受潮和老化，这是形成电缆故障的主要原因。

（2）机械损伤：主要由于电缆安装敷设时不小心造成的机械损伤或安装后靠近电缆路径作业造成的机械损伤而直接引起的。

（3）电缆外皮的电腐蚀：如果电力电缆埋设在有强力地下电场的地面下（如大型航车，电力机车轨道附近），往往出现电缆的铅包外皮腐蚀致穿，导致潮气侵入，绝缘破坏。

（4）化学腐蚀：电缆路径在有酸碱作业的地区通过，或煤气站的苯蒸汽往往造成电缆铠装和铅（铝）护套大面积长距离被腐蚀。

（5）长期过荷运行：由于过荷运行，电缆的温度会随之上升，尤其在炎热的夏季，电缆的温升常常导致电缆薄弱处首先被击穿，在夏季，电缆故障多的原因正是如此。

（6）震动破坏：铁路轨道下运行的电缆，由于剧烈规律的运动导致电缆外皮产生弹性疲劳而破裂，形成故障。

1.2电力电缆的故障类型

根据故障电阻与击穿间隙情况，电缆故障可分为短路、开路、低阻与高阻故障。

（1）短路故障：电缆完全短路，故障点电阻为零。

（2）开路故障：电缆完全断开的情况，即电缆各相导体的绝缘电阻符合规定，但导体的连续性试验证明有一相或数相导体不连续，或虽未断开但工作电压不能传输到终端，或虽然终端有电压但负载能力较差。

（3）低电阻接地故障：电缆线路一相导体对地或数相导体对地或数相导体之间的绝缘电阻低于正常阻值较多，电阻值低于10 Zo（Zo为电缆线路特性阻抗），而导体连续性良好，一般可认为100欧姆以下的故障为低阻故障，该分类是以电缆的特性阻抗而区分的。

4）高电阻接地故障：与低电阻接地故障相似，但区别在于接地电阻大于10 Zo而芯线连接良好，一般指故障点电阻大于100欧姆的情况。

1.3电缆故障测试步骤及电缆故障的测试方法选择

首先用兆欧表在电缆一端测量各相对地及相对相之间的绝缘电阻，根据阻值高低确定是低阻短路或断线开路，还是高阻闪络性或泄漏故障。

凡是电缆绝缘电阻下降至该电缆的特性阻抗，甚至绝缘电阻为零的故障均为低阻故障或短路故障；凡是电缆绝缘电阻无穷大或虽与正常电缆的绝缘电阻值相同，但电压却不能传送至用户端的故障称为开路或断路故障。此类故障可用低压脉冲法直接测定。

当阻值很高（数百兆到数千兆）且在作高压试验时有瞬间放电现象，可采用二次脉冲法或者三次脉冲法测试确定。

2.低压脉冲测试法的工作原理：

电缆故障的测试是基于电波在传输线中的传输时遇到线路阻抗不均匀而产生反向的原理。根据传输线理论，每条线路都有其一定的特性阻抗Zc，它由线路的结构决定，而与线路的长度无关。在均匀传输线路上，任一点的输入阻抗等于特性阻抗，若终端所接负载等于特性阻抗，线路发送的电流波或电压波沿线传送，到达终端被负载全部吸收而无反向。当线路上任一点阻抗不等于Zc 时，电波在该点将产生全反射或部分反射。

故障的性质可由反射波形的方向来决定。当我们在电缆的始端加正极性信号时，如果电缆的反射波形为同方向的正极性波形，即反射系数在-1--0之间，则该电缆故障为高阻故障或开路故障；反之为低阻故障或短路故障，反射系数在0--1之间。（这里强调一点：波形反映出来的高阻或低阻故障是针对故障点的阻抗与电缆的特性阻抗之比的特性，而不是我们日常用兆欧表测量出来的高阻或低阻，一般来讲我们将故障点阻抗大于100欧姆的统称为高阻）

3.二次脉冲法：

首先使用一定电压等级、一定能量的高压脉冲在电缆的测试端施加给故障电缆，让电缆的高阻故障点发生击穿燃弧，同时，在测试端加入测量用的低压脉冲，测量脉冲到达电缆的高阻故障点时，遇到电弧，在电弧的表面发生反射。由于燃弧时，高阻故障变成了瞬间的短路故障，低压测量脉冲将发生明显的阻抗特征变化，使得闪络测量的波形变为低压脉冲短路波形，使得波形判别特别简单清晰。这就是我们称之为的“二次脉冲法”。接收到的低压脉冲反射波形相当于一个线芯对地完全短路的波形，将释放高压脉冲时与未释放高压脉冲时所得到的低压脉冲波形进行叠加，两个波形会有一个发散点，这个发散点就是故障点的反射波形点。二次脉冲法使得电缆高阻故障的测试变得十分简单，是目前电力电缆故障离线测试最先进的基础测试方法。

4.三次脉冲法：

由于二次脉冲法固有的弊病：燃弧时间短、燃弧不容易稳定，现场测试时要通过多次实测波形的观察，需要选择合适的迟延时间，选出最适合判读的测试波形，操作起来非常麻烦，成功率也不高。因此在此基础上发明了三次脉冲法，首先在不击穿被測电缆故障点的情况下，测得低压脉冲的反射波形，紧接着用高压脉冲击穿电缆的故障点产生电弧，在电弧电压降到一定值时触发中压脉冲来稳定和延长电弧时间，之后再发出低压脉冲，从而得到故障点的反射波形，两条波形叠加后同样可以发现发散点就是故障点对应的位置。由于采用了中压脉冲来稳定和延长电弧时间，它比二次脉冲法更容易得到故障点波形，而且三次脉冲法不用选择燃弧的同步时间，也不用在采得多个波形中选择正确的二次脉冲波，所以三次脉冲法操作起来也更加简便可靠。

5.结束语

我们要了解电缆的特性和故障原因，不断的预防各种故障所在。在电缆故障测寻时，借助现代化的仪器和设备，便可准确迅速地确定故障点的精确位置，为故障的迅速处理，尽快恢复送电赢得宝贵的时间。