浅析电力电缆故障的诊断方法

马广俊 邵志宏 陈胜强

摘 要：随着电力系统的发展和城市建设的需求，越来越多的架空线路改造为电力电缆线路，由于电缆多埋藏于地下或电缆坑道内，电力电缆发生接地短路以及断路等故障后不易查找到故障点，从而增加了故障处理的难度，对用户的用电造成影响，针对电力电缆故障本文从电缆的构成和电缆故障的特点性质入手，总结出一些电力电缆故障的诊断方法。

关键词：电力电缆;敷设 ;故障;诊断方法

一、电力电缆的基本结构和规格

电力电缆主要由：导体、绝缘层、保护层构成，俗称为电缆的三要素。

1、导体由铜或铝材质制作而成，铜的电阻系数为0.0184，比重为8.9。铝的电阻系数为0.031，比重2.7。由此可以看出铜芯电缆的导电性能明显优于铝芯电缆，相同截面的电缆，铜芯电缆的载流量要比铝芯电缆高0.3倍。我国规定的线芯截面有2.5、4、6、16、50、70、95、120、300、400、500、800、1000mm2等等20多种规格。按照线芯数量与形状又分为单芯、两芯、三芯、四芯、五芯等五种，并根据线芯的数量，将导线压成圆形、半圆形、扇形等形状;小截面实芯（即独股）、大截面多股绞合等。

2、绝缘层根据采用的绝缘材质分为：油浸纸绝缘、橡胶绝缘、聚氯乙烯绝缘、聚乙烯绝缘、交联聚乙烯等五种。油浸纸绝缘电缆存在怕水的缺点，需要做金属防水层，除500kV及以上超高压充油电缆外，基本被交联电缆所取代。乙丙橡胶电缆目前最高使用电压已达150k∨。聚氯乙烯绝缘电缆存在介损大，含有氯，运行温度较低，一般只用于6k及以下电压等级。聚乙烯绝缘电缆熔融温度低（70℃），最高工作电压能够达到500kV。交联聚乙烯通过化学或物理方法将聚乙烯分子链间相互交联。最高运行温度可达90°℃，短路时导电线芯允许的最高温度可达250°℃。极大地提高了电缆的安全载流量和短路容量。其最高工作电压达500kV。

3、屏蔽层是一种将电缆中的电磁场与外界的电磁场进行隔离的构件;有的电缆缆在其内部不同相（或线组）之间也需要相互隔离（屏蔽）。可以说屏蔽层是一种“电磁隔离屏”。高压电缆的导体屏蔽和绝缘屏蔽（内外屏蔽）是为了均化电场的分布

4、保护层是用来保护电缆免受外界物质的侵入和防止外力损伤。组成内衬层（或内护套）、铠装层和外护套。其主要材料与电缆的绝缘种类、运行电压、使用环境有关。如：纸绝缘电缆须有密封的金属护套，而中低压的橡塑电缆就不需要;埋在地下的电缆需要铠装，敷设在海底的电缆需要钢丝铠装，而敷设在隧道、排管、电缆沟内的电缆又可以不要铠装;外护套是用来保护铠装层或内护套的，一般采用聚氯乙烯或聚乙烯，在需要防火的场所也可做成阻燃型

二、电力电缆敷设方式和优缺点

电力电缆的常用敷设方式主要有直埋式敷设、预制式砖砌电缆沟敷设、排管电缆沟敷设、隧道电缆敷设、非开挖方式电缆敷设。

1、直埋式敷设方式一般用于少量临时性或不十分重要线路的敷设。电缆直埋一般要求进行样洞开挖，在敷设路径每每40-50m挖一样洞，在转弯处和跨路口处都应挖设，以确定电缆路径的可行性。直埋电缆沟的挖设，一般深度为80cm，宽度为1根电缆40-50cm，2根电缆60cm，电缆条数增加按比例放宽电缆敷设后先在上面覆盖10cm细土或沙再盖上电缆保护板，覆土后应在相关位置埋设电缆标桩。优点是铺设简单，缺点是电缆故障查找、修复困难。

2、预制或砖砌电缆沟敷设盖板搭盖至少10cm，如无支架，注意电缆间距。

3、排管电缆沟敷设排管敷设方式的优点：通道利用率高，但需要注意避免相邻电缆故障影响。其缺点是电缆外护套故障查找、修复困难，造价偏高，不易施工。

4、隧道敷设的优点是可敷设回路数较多，易于巡检。缺点是造价高。

5、非开挖方式电缆敷设不破坏地上设施，缺点是施工复杂，电缆故障查找、修复困难

三、电缆线路故障的诊断方法

电缆故障种类很多，为便于电缆的故障测寻，可分为以下五种类型：接地故障、短路故障、断线故障、闪络性故障（高压试验时发生）、混合性故障。

首先应判断电缆的故障性质，使用万用表测量相间的通断以判断电缆是否发生相间短路或者断路故障。将电缆两端分别拆头后，使用万用表分别测量A、B、C三相之间的电阻，若为零，则万用表表笔所测的两相之间发生了短路;若测量值为无穷大，则说明相间无短路。然后将电缆的一端A、B、C三相短接（不接地），在电缆的另一端使用万用表测量各相间电阻值，若各相间均为零，则三相完好，若AB为零，BC、CA不为零，则C相断线，若各相间均不为零，则两相或三相断线。最后使用摇表测电缆的绝缘电阻以判定电缆的绝缘是否损坏而接地

判斷出电缆的故障性质后，再对电缆故障点进行精确查找，在电缆的一端使用专用的设备来确定测试端点到电缆故障点的电气距离，常用的方法有电桥法、低压脉冲法、直闪法、冲闪法、脉冲电流法、二次脉冲法等方法。

1、电桥法

当电桥平衡时检流计中的电流l=0;则Rx=R2×R3/R1

电桥法测量电缆接地和两相短路故障时：

NM=（2L-L×）/Lx;

则Lx=2LM/（M+N）

使用电桥查找故障时，必须满足1）故障电缆至少要有一相绝缘良好;2）电缆不能是断线故障;3）电缆要有准确的长度。

2、低压脉冲法

在测试端向电缆中输人一个低压脉冲信号，该脉冲信号沿着电缆传播，当遇到电缆中的波阻抗不匹配点时，如：开路点、短路点、低阻故障点和接头点等，均会产生波反射，反射波传回测试端，被仪器记录下来，假设从仪器发射脉冲到仪器接受到反射脉冲的时间差为△t，同时如果已知脉冲电磁波在电缆中传播的速度是v，那么根据公式L=V△t/2即可计算出阻抗不匹配点距测t端的距离L的数值。电缆中的脉冲传播与反射基本曲线，当发生开路断线时为正反射波形，短路或接地故障时显示为负反射波形。

直闪法、冲闪法、脉冲电流法、二次脉冲法均是在电缆故障相上施加一个直流高压或冲击高压信号，使故障点的绝缘瞬时击穿，利用击穿放电时的电波来回反射的时间及电波在电缆中的传播速度，求得故障点距离的方法。

四、故障电缆线路的识别包括电缆路径的查找和电缆线路的鉴别

1、电缆线路路径的查找：在待测电缆上加入特定频率的电流信号，通过接收该电流信号在电缆周围产生的磁场信号来查找出电缆路径和识别出被测电缆，常用的方法有音谷法、音峰法、极大值法。

2、电缆线路的鉴别：在几条并列敷设的电缆中正确判断出已停电的需要检修或切改的电缆线路，常用的方法为脉冲信号法。

总之，在查找电缆故障时，我必须要掌握电缆的结构和故障类型以及故障性质，明确电缆故障原因，综合应用各种测试方法，才能够及时迅速地查找到电缆故障和故障点。