电力电缆故障分析与检测技术研究

2024-01-26李鹏

电工材料 2023年6期

李鹏

（郑州供电公司，河南郑州 450003）

0 引言

随着我国经济社会的快速发展，社会对电力能源的需求与日俱增，电力能源供应呈现直线递增趋势。为此，我国针对社会生产生活的实际需要，不断加强电力网络建设，其中电力电缆的使用量大幅增加。从城市长期发展的角度来看，电力电缆一般选择地下掩埋的方式铺设，以节约城市的公共空间，并达到美观实用的效果[1]。然而，受电力电缆设计、材料、管理等诸多因素影响，各种故障问题也频繁发生，给社会生产生活带来了极大制约和影响。尤其是现阶段正值电力能源发展上升期，如何进一步优化电力电缆安全水平，采用更为先进的检测技术，增强检测的精准度和整体效力，已经成为行业重点研究的课题，这对于经济及产业发展也至关重要。

1 电力电缆安全事故回顾

根据电力电缆的规划设计，以及相关的安装标准要求，城市大部分电力电缆选择地下埋设方式。由于其施工技术简单、经济、环保，能够利用地下良好的散热性，降低外部环境急剧变化对电力电缆产生的影响，有助于延长其使用寿命和降低管理的难度。然而，电力电缆相关的安全事故也时有发生，如2016 年3 月乐园甲乙线35 kV 线路电缆起火，并且迅速蔓延，导致B 相电缆外护套烧毁，线芯熔断。根据现场勘验，电缆中间头与两端恒力弹簧完好，电缆头两端外护套向两端收缩，使外半导裸露。后经研究分析发现，该段电力电缆线路老化严重，并且多次发生接地、短路等故障，使该线路绝缘性能下降，长期处于亚健康运行状态，如不加紧处理并全面检测，势必引发更大的安全事故。

2 引发电力电缆故障的常见影响因素

2.1 电力电缆接头因素

在电力电缆的设计中，为了满足不同区域、线路的电力能源输送需求，通常会设置一定数量的接头。同时，在电力电缆的生产制造环节，也会预留相应的接头以便于施工作业。而在实际的使用过程中，由于电力电缆的接头存在故障隐患，当接头绝缘层受到不同程度损坏时，各电力电缆之间会产生连接问题，加之绝缘密封不到位，都会成为诱发电力电缆故障的直接因素。即便在短期内不会出现明显故障表现，但久而久之其绝缘性能下降速度将显著快于正常接头，且受周边复杂外部环境的影响，必然会成为故障的主要诱因。

2.2 电力电缆腐蚀因素

电力电缆的性能参数来看，出于对电力电缆应用安全性的考虑，其外部会设置相应的保护层，有利于抵御外部潮湿环境对金属材料的腐蚀。但由于大部分电力电缆为地下埋设，除了周边潮湿环境影响之外，往往还会涉及诸多的化学物质，这些物质长期与电力电缆接触后，会加速电力电缆保护层的老化，使外部保护层性能大幅下降，一旦面对高负荷的电力需求时，会使电力电缆难以承受，从而导致短路、火灾、爆炸等安全事故。由此可见，电力电缆腐蚀故障已成为必须重视的问题。

2.3 电力电缆材料因素

目前，电力电缆多以铜芯电缆为优先选择，利用铜的高导电性和低损耗性，能够为城市电力能源输送提供良好保障。但由于电力电缆规模的大幅增加，在材料的应用上也出现了参差不齐的现象，部分施工单位为追求经济利益，往往会忽视对电力电缆材料的控制，缺少必要的技术检测环节，导致部分材料以次充好，无法满足长期使用的要求。在材料的采购环节，也会缺少对电缆品质的比较，导致部分劣质电缆流入市场。

2.4 电力电缆工艺因素

伴随现代材料技术的发展，电力电缆的生产工艺已经日益成熟，但仍然无法杜绝一些工艺缺陷，如在生产制造的过程中，对于管理机制把控不严，使电力电缆出现设计或技术缺陷。其中，包括生产管理标准缺乏、生产人员专业不强等，均可以使其在生产工艺环节出现隐患，如果被应用于实际的工程建设之中，必然会产生严重的后果，缩短电力电缆的使用寿命。

3 电力电缆故障检测技术应用分析

3.1 测声检测技术

该检测技术属于一种较为常用且简便的技术方法，主要是利用直流耐压测试设备，通过绝缘物质向电缆芯线进行有序放电，当达到相应的电压强度时，检测其火花产生时的声音频率[2]。这种方法的优势在于，可以打破传统的观察限制，只要符合测声检测的范围，均可以采取这种方式，尤其对地下埋设的电力电缆具有良好的适用性，通过助听设备对声音变化的判断，以此来快速确定电力电缆故障部位，极大地降低了故障检测的成本和时间，快速实现对故障线路的维护工作。

3.2 红外热像检测技术

根据电流在电力电缆中的传导原理可知，当电力电缆承受较大负荷的电力传输时，其内部会产生一定的热量，电力电缆的温度也会随之上升，可以利用红外热像检测技术对电缆故障进行分析，即通过专用红外热像设备对电力电缆温度进行检测，当发现其温度值异常时，则可以确定其故障部位，从而快速判断故障位置以进行维修[3]。该检测技术具有良好的安全性和可靠性，属于当前检测技术中的常用手段。

3.3 高压电桥检测技术

高压电桥检测技术是利用恒流电源击穿电缆故障位置。其故障的判断要素为当电桥电源流动性大时，会使线路两端出现电位差值，并利用所检测的数据进行分析和计算，以此来判断故障点的距离差。该检测技术在实际应用中具有不俗的表现，它可以扩展电桥高阻检测的范畴，使电力电缆的故障部位被精准确定，使电力电缆维修的效率大幅提升。

3.4 二次脉冲检测技术

二次脉冲检测技术是通过向故障电缆发送高强度脉冲，使电缆故障位置被击穿来增加故障位置电弧时间[4]。在此时间点内可对二次脉冲触发器和电缆检测设备进行引发，利用一系列的脉冲检测，通过检测设备对其电压波动形态特征，以及电弧反射波长度进行判断分析，实现对各类故障数据的统计和计算，使电力电缆的故障部位得到确定。

3.5 低压脉冲检测技术

电力电缆短路现象是常见的故障类型之一，为实现对电缆故障问题的高效判断，可以采用低压脉冲检测技术判断电缆的低阻故障问题。在疑似故障位置利用相关设备释放低压脉冲，使之能够被顺利传送至阻抗点，再结合电波反射所呈现的变化，对波型进行全方位测算，从而更加精准地判断故障形式或位置。如发现发射脉冲与反射脉冲呈相反状态，则表明电缆存在低阻和短路故障，反之则表明存在终端端头短路故障。

4 优化电力电缆故障防范的具体措施

4.1 加强电力电缆施工水平

电力电缆涉及到社会电力能源安全，必须要选择专业化的施工技术及团队，全面确保电力电缆工程的整体质量，绝不能容许任何潜在的安全风险。据以往电力电缆事故分析，大部分电力故障往往是在施工阶段形成的，一旦产生故障问题，不仅会增加维修的经济成本和时间成本，还会对社会生产生活带来不利影响。为避免各类电力电缆故障的频繁发生，应当加强对施工环节的管理，加强施工人员的专业培训工作，保证相关技术人员持证上岗，及时对工程质量进行检验，相关专业设备的应用必须科学合理，满足电力电缆工程建设的要求。在验收阶段要充分检测，确保其运行质量和安全性。

4.2 注重电力电缆材料管控

保证材料安全是电力电缆安全运行的基础，从各类电力运行故障中发现，绝缘保护层故障属于高发故障。受电力电缆材料质量的影响，电缆保护层极易产生破损、腐蚀、断裂、挤压等情况，同时还包括设计、工艺、性能参数等影响，使电力电缆的使用寿命大幅缩短，当面对相对恶劣的运行环境时，极易产生运行故障。为此，在实际管理中要加强材料管控，从采购、运输、施工、验收等环节，充分把好电力电缆的材料关，设置不同环节的技术性能检测机制，保证电力电缆材料的闭环管理，让不符合国家安全标准和技术要求的材料无法被应用于实际工程之中，保证电力电缆的长期安全运行。

4.3 引入电力电缆智能检测

在科技水平快速发展的时代，要充分借助现代科技优势，加强对电力电缆故障的分析与管理，尤其是在大规模的应用背景下，要采取智能化的管控措施，建立智能化电力设施设备管理平台，实施全方位、远程化的管理。比如，在各个电力电缆的关键部位设置传感设备，实时收集电力电缆及相关设备的运行信息，再将相关信号反馈至控制中心，完成对其运行情况的监测分析，一旦发现异常数据及时处理，可大幅降低发生严重故障的概率[5]。针对日常的电力电缆维护，在建立规范化管理制度的同时，可以引入先进的智能检测技术，通过各类先进设备对电力电缆绝缘、连接、温度等信息进行检测，快速判断潜在的故障点和故障类型，从而提前实施处置维护，避免电力故障的产生。