分析探討電力電纜故障處理方法

一、 電纜故障原因和故障性質(zhì)分類(lèi)

1、 電纜故障原因

（1） 機械損傷。機械損傷引起的電纜

故障占電纜事故很大的比例。造成機械損傷的主要原因有安裝時(shí)損傷、直接受外力損傷、行駛車(chē)輛碾壓損傷、土地沉降造成的電纜接頭和導體損傷。

（2） 絕緣受潮。絕緣受潮后會(huì )引起故障，造成電纜受潮的主要原因是密封不嚴進(jìn)水、電纜制造不良、金屬護套受外力或腐蝕破損。

（3） 絕緣老化變質(zhì)。受運行中的電、熱、化學(xué)、環(huán)境等因素的影響，電纜的絕緣都會(huì )發(fā)生不同程度的老化。

（4） 過(guò)電壓。大氣與內部過(guò)電壓作用，使電纜絕緣層擊穿，形成故障。

（5） 材料缺陷。電纜制造問(wèn)題，電纜附件制造上的缺陷，對絕緣材料的維護管理不善。

2、 電纜故障性質(zhì)分類(lèi)（見(jiàn)表1）

尋測電纜故障點(diǎn)，首先要判明故障的性質(zhì)，以采取相應的探測方法。電纜故障性質(zhì)分類(lèi)見(jiàn)表1：

故障性質(zhì) 絕緣電阻 故障擊穿情況

開(kāi)路 ∞ 在直流或高壓脈沖下?lián)舸?/span>

低阻 <10Zo 絕緣電阻不是太低時(shí)，可用高壓脈沖擊穿

高阻 >10Zo 高壓脈沖擊穿

閃絡(luò ) ∞ 直流或高壓脈沖下?lián)舸?/span>

注：表中Zo為電纜的波阻抗值，電力電纜波阻抗值一般為10~40Ω之間。

 電纜故障大致分為：

（1） 因相間或相對外皮間的絕緣介質(zhì)損傷，形成短路、接地或閃絡(luò )擊穿，表現為低阻、泄漏性高阻和閃絡(luò )性高阻三種情況；

（2） 電纜芯線(xiàn)的連接性受到破壞，形成斷線(xiàn)和不*斷線(xiàn)的開(kāi)路故障；

（3） 兼有以上類(lèi)型的混合型故障。本步驟有時(shí)易被疏忽，這將導致判斷故障性質(zhì)不全面。

二、 電纜故障的測試程序

電纜故障測試儀查找埋地電力電纜故障一般要經(jīng)過(guò)以下步驟：

（1） 分析電纜故障性質(zhì)，了解故障電纜的類(lèi)型不同性質(zhì)的電纜故障要用不同的方法測試，不同介質(zhì)的電纜有不同的測試速度，不同耐壓等級的電纜則有不同的耐壓要求。而被測試電纜的接頭位置及zui近是否在電纜上方施過(guò)工，這些在測試前都必須做到心中有數。

（2） 選擇合適的測試方法，用電纜故障測試儀進(jìn)行電纜故障粗測對不同電纜故障要用不同的方法，低阻故障（開(kāi)路、短路等）要用低壓脈沖法測試；而高阻故障（泄漏、閃絡(luò )等）則要用閃絡(luò )法測試。選定方法后測出電纜故障的大致位置，選擇合適的測試方法，對電纜進(jìn)行故障距離粗測。

（3） 用路徑儀探測埋地電纜的走向

定點(diǎn)前首先必須知道電纜的路徑，了解電纜走向圖紙。

（4） 用定點(diǎn)儀對故障點(diǎn)定位

接好高壓放電設備，根據電纜的性質(zhì)及電纜的耐壓等級來(lái)決定升壓程度。對電纜故障點(diǎn)進(jìn)行精測。如果故障點(diǎn)在距測試端很近時(shí)，特別是在電纜的測試端頭時(shí)，采用儀器進(jìn)行定位時(shí)，因球隙放電聲音比故障點(diǎn)放電聲音還大，很難區分真假聲音，在這種情況下課將高壓設備移至另一端放電定位。

（5） 對電纜故障測試結果進(jìn)行誤差分析，做好測試完的記錄；此步工作對以后的電纜維護及管理師非常重要和必須的。

三、 常用的電纜故障測距檢測方法

1、 低壓脈沖反射法

低壓脈沖法的測試范圍為電纜等餓開(kāi)路、相對地或相間低阻故障，也可測量電纜全長(cháng)（相當于開(kāi)路）及顯示電纜中間接頭位置。測試原理是：將電纜視為一均勻傳輸線(xiàn)，電磁波在電纜中傳播遇到波阻抗變化點(diǎn)（如分支、接頭、故障點(diǎn)或中斷）會(huì )發(fā)生反射波。根據電磁波在電纜張的傳播速度，可測出故障點(diǎn)到測試端的距離。聚氯乙烯塑料電力電纜v=184m/μs，交聯(lián)電力電纜v=172/μs，油浸紙電力電纜v=160/μs。傳播速度v也可用儀器直接測量（前提條件電纜條件電纜長(cháng)度一度要準確）。

1） 低壓脈沖測量法應用范圍

用低壓脈沖法可以直觀(guān)地看到低阻、短路故障及短路故障。據統計這類(lèi)故障約占電纜故障的10%。低壓脈沖法還可以測量電纜的長(cháng)度，電磁波在電纜中傳播速度，還可以區分電纜的中間接頭，終端頭。對于判斷結構較為復雜的電纜線(xiàn)路往往具有相當重要的參考價(jià)值。

2） 工作原理

測試時(shí)，按照（1）接線(xiàn)方式：在電纜故障相上加上低壓脈沖，改脈沖沿電纜傳播直到阻抗失配的地方，如中間接頭、短路點(diǎn)、斷路點(diǎn)和終端頭等等，在這些點(diǎn)上都會(huì )引起電波的反射，反射脈沖回到電纜測試端時(shí)被故障測試儀接收，可以適時(shí)顯示這一變化過(guò)程。

根據電纜的測試波形可以判斷故障的性質(zhì)，當發(fā)生脈沖與反射脈沖同相時(shí)，表示是斷路故障或終端頭開(kāi)路。當發(fā)射脈沖與反射脈沖反相時(shí)，則是短路接地或低阻故障。凡是電纜故障點(diǎn)絕緣電阻下降到該電纜的特性阻抗，甚至電流電阻為零的故障均稱(chēng)為低阻故障或短路故障。（注：這個(gè)概念是從采用低壓脈沖反射法的角度，考慮到阻抗不同對反射脈沖的極性變化的影響而定義的）。

圖1  低壓脈沖法接線(xiàn)示意圖

3） 對低壓脈沖波形的理解

（1） 中間接頭波形；在完好的電纜相上接入低壓脈沖；由于在接頭部分存在阻抗不匹配點(diǎn)，會(huì )出現一個(gè)小的反射波形；其幅值與接頭的阻抗性質(zhì)有關(guān)，一般幅值很小。如圖（2）所示。 圖2中間接頭波形

（2） 斷路故障波形；脈沖在斷路點(diǎn)產(chǎn)生全反射，反射脈沖與發(fā)送脈沖同極性。圖3給出了斷路故障反射波形；波形上*個(gè)故障點(diǎn)反射脈沖之后，還有若干相距故障距離的反射脈沖，這是由于脈沖在測量端與故障點(diǎn)之間多次反射的結果；由于脈沖在電纜中傳輸存在損耗脈沖幅值逐漸減小，并且波頭上升變得愈來(lái)愈緩慢，實(shí)際上有用是*個(gè)反射脈沖，不要把后續反射脈沖誤認為其它故障點(diǎn)的反射脈沖。 圖3斷路故障脈沖反射波形

（3） 短路故障波形；脈沖在短路點(diǎn)產(chǎn)生全反射，反射脈沖與發(fā)送脈沖極性相反；圖4給出了短路故障反射波形。波形上*個(gè)故障點(diǎn)反射脈沖之后的脈沖極性出現一正一負的交替變化，這是由于在故障點(diǎn)反射系數為-1而在測量端反射為正的緣故。

 圖4短路故障脈沖反射波形

2．直流高壓閃絡(luò )測量法

   對于高阻故障，由于故障點(diǎn)電阻較大，用低壓脈沖法測量時(shí)，故障點(diǎn)反射脈沖很小或不存在反射波，因而無(wú)法采用低壓脈沖法探測高阻故障。常用直流高壓閃絡(luò )法，它分為直閃法和沖閃法，是一種無(wú)需燒穿故障點(diǎn)的方法，可大大縮短測量時(shí)間，從而得到了廣泛使用。測量時(shí)，在電纜故障相上加一直流高壓或沖擊高壓，使故障點(diǎn)閃絡(luò )放電。故障點(diǎn)瞬間被電弧短路產(chǎn)生一躍變電壓波在測試端到故障點(diǎn)間來(lái)回反射，用故障測試儀測出兩次反射波的時(shí)間，其基本原理與低壓脈沖法一樣。

  兩種測試方法的不同之處是：（1）直閃法是高壓變壓器輸出的交流電壓經(jīng)硅堆整流后直接加于電纜故障相，由于受到高壓電源輸出功率的限制，僅用于測試閃絡(luò )性高阻故障；（2）沖閃法首先由直流高壓給儲能電容器充電，當電容器上的電壓達到一定幅值時(shí)，球隙被擊穿放電，負高壓加于電纜故障相上，用于測量泄漏性高阻和閃絡(luò )性高阻故障。沖閃法波形為一衰減的余弦震蕩波，其測量接線(xiàn)如圖5所示。

圖5 沖閃法測量接線(xiàn)圖

注：QS為低壓電源隔離開(kāi)關(guān)；T1為調壓器（容量3KVA，調壓范圍0~250V）；T2為升壓變壓器（容量3KVA,變比1/500）；VD為硅堆；R為保護電阻；C為電容器（容量4μF）；J為球形放電間隙。

1） 沖閃法的應用范圍

在故障點(diǎn)電阻不很高時(shí)，因直流泄漏電流較大，電壓幾乎全降到了高壓試驗設備的內阻上了，電纜上電壓很小故障點(diǎn)形不成閃絡(luò )，必須使用沖擊高壓閃絡(luò )測試法，沖閃法亦適用于測試大部分閃絡(luò )性故障。

2） 沖閃波形的理解

（1）故障點(diǎn)不擊穿的脈沖電流波形

電容器電壓達到一定值時(shí)球間隙間擊穿放電，但由于故障點(diǎn)絕緣電阻過(guò)大未能使故障點(diǎn)擊穿放電，這是球間隙放電后即被子電弧短路，儲能電容相當于直流電源，對高頻行波信號呈短路狀態(tài)電流波反射系數為-1，當球間隙擊穿在電纜上產(chǎn)生一個(gè)向前運動(dòng)的電流波，在電纜的遠端產(chǎn)生一個(gè)負的反射波，返回測量端，遠端反射波在測量端產(chǎn)生正的反射運動(dòng)到遠端后對被倒相反射回來(lái)，電流波將如此來(lái)回反射直到能量全部消耗掉。其波形如圖6可見(jiàn)故障點(diǎn)未擊穿時(shí)脈沖電流波形是交替變化極性的脈沖，相鄰脈沖之間的距離對應電纜長(cháng)度。

 圖6故障點(diǎn)不擊穿時(shí)的脈沖電流波

（2）直接擊穿的脈沖電流波形；

在高壓設備通過(guò)球間隙加到電纜上的高信號幅值大于故障點(diǎn)的臨界擊穿電壓時(shí)，電壓波穿過(guò)故障點(diǎn)電離擊穿放電這種情況叫高壓脈沖直接擊穿。如圖7給出直接擊穿波形，脈沖電流波形的*個(gè)脈沖式球間隙擊穿時(shí)電容對電纜放電引起的第二個(gè)脈沖則是故障點(diǎn)傳來(lái)的故障點(diǎn)放電脈以及測量點(diǎn)反射脈沖迭加的結果，以后的脈沖則是電流波形在故障點(diǎn)與測量點(diǎn)之間來(lái)回反射造成的，第二個(gè)脈沖與第三個(gè)脈沖之間對應測量點(diǎn)與故障點(diǎn)之間的距離，不要把*個(gè)脈沖與第二個(gè)脈沖之間的時(shí)間誤認脈沖在測量點(diǎn)與故障點(diǎn)往返一次的時(shí)間，因為它比測量點(diǎn)與故障點(diǎn)往返時(shí)間多一個(gè)放電延時(shí)時(shí)間，而這個(gè)放電延時(shí)時(shí)間是不確定的它與施加到故障點(diǎn)上的電壓，故障點(diǎn)破壞程度電纜絕緣材料等因素有關(guān)。

圖7直接擊穿的脈沖電流波形

（3遠端反射電壓擊穿的脈沖電流波形

   在球間隙擊穿施加到電纜上的電壓小于故障點(diǎn)臨界擊穿電壓時(shí)，電壓波穿過(guò)故障點(diǎn)運動(dòng)到電纜的開(kāi)路遠端，由于電壓反射系數為+1產(chǎn)生極性相同的電壓波向測量端回送，反射電壓波所到之處出現電壓幅值加倍如超過(guò)故障點(diǎn)臨界擊穿電壓，在遠端反射電壓波穿過(guò)故障點(diǎn)后，故障點(diǎn)電離一定時(shí)間延時(shí)后擊穿，這種情況稱(chēng)為遠端反射電壓擊穿；圖（8）給出了一個(gè)遠端反射電壓擊穿的脈沖電流波形；從波形上分析可看出*個(gè)正脈沖與第二個(gè)正脈沖對應脈沖在電纜遠端與測試端往返一次的時(shí)間而第二個(gè)正脈沖與第三個(gè)正脈沖對應故障點(diǎn)電離后脈沖在故障點(diǎn)與測試端往返一次的時(shí)間。

圖8 遠端反射電壓擊穿的脈沖電流波形

四、 常用的電纜故障定點(diǎn)方法

1、 聲測定點(diǎn)法

聲測定點(diǎn)法師電纜故障的主要定點(diǎn)方法，主要用于測量高阻與閃絡(luò )性故障，測量時(shí)使用高壓設備使故障點(diǎn)擊穿放電，故障間隙放電時(shí)產(chǎn)生的機械振動(dòng)，傳到地面，便聽(tīng)到“啪、啪”的聲音，利用這種現象可以十分準確地對電纜故障進(jìn)行定點(diǎn)，缺點(diǎn)是受外界干擾較大。

2、 聲磁法

在向電纜加沖擊高壓信號使故障點(diǎn)放電時(shí)，會(huì )在電纜的外皮與大地形成的回路中感應出環(huán)流來(lái)，這一環(huán)流在電纜周?chē)a(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)，在監聽(tīng)到聲音信號的同時(shí)，接受到脈沖磁場(chǎng)信號，即可判斷該聲音是由故障點(diǎn)放電產(chǎn)生的，故障點(diǎn)就在附近。

3、 音頻感應法

音頻感應法一般用于探測故障電阻小于10Ω的低阻故障，探測時(shí)，用1kHz的音頻信號發(fā)生器向待測電纜通音頻電流。發(fā)出電磁波；然后在地面上用探頭沿被測電纜路徑接收電磁場(chǎng)信號，并將之送人放大器進(jìn)行放大，將放大后的信號送人耳機或指示儀表。根據耳機中聲響的強弱或指示儀表的指示值大小而定出故障點(diǎn)的位置，當探頭從故障點(diǎn)前移1~2m時(shí)，音頻信號中斷，則音頻信號zui強處為故障點(diǎn)。

五、 電纜故障檢測應注意的問(wèn)題

1、 高阻抗、低阻抗并沒(méi)有區分，實(shí)際操作中可以多嘗試幾種方法進(jìn)行比較，綜合判斷。35KV電纜情況比較復雜，H接頭，中間頭比較多，接頭故障波形不易分辨，如判斷是接頭故障，則應采取使故障點(diǎn)充分放電的措施，以獲得正確的測距效果。

2、 若從電纜一端測試放電不充分，或采集不到波形，可以從另一端升壓測試。無(wú)論使用哪種方法測試波形，若故障點(diǎn)距離測試端太近，均會(huì )產(chǎn)生盲區，使得波形難以判斷識別，此時(shí)可嘗試到電纜的另一端進(jìn)行測試。

3、 在定點(diǎn)時(shí)，設備應在距故障點(diǎn)近的一端，這樣能量沿電纜衰減較小，便于聲磁同步法的定點(diǎn)，快速查出故障點(diǎn)。使用聲磁同步法時(shí)，要在粗測點(diǎn)的5%范圍內反復進(jìn)行查找，偵聽(tīng)耳機中聲音，要仔細分辨故障點(diǎn)處聲音與金屬屏蔽層上傳輸聲音的差別。

4、 定點(diǎn)儀可以探測到的距離放電聲音大小、泥土的濕度和松散情況有關(guān)。放電聲越大，泥土越干燥、越結實(shí)，可以探測到的距離越遠。施工時(shí)的原始資料保存完好,電纜路徑明確，所有接頭處在現場(chǎng)都有標志樁，可縮短查找電纜故障的時(shí)間，同時(shí)在做試驗時(shí)提前準備好柴油或汽油發(fā)電機作為試驗儀器的電源。