摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷快速增長,近些年來我國在電力工程中電纜的使用量日益增大，但因此也帶來了電纜其故障也隨之增加，電力電纜(以下簡稱電纜)多埋于地下，一旦發(fā)生故障，尋找起來十分困難，往往要花費(fèi)數(shù)小時(shí)，甚至幾天的時(shí)間，不僅浪費(fèi)了大量的人力、物力，而且會(huì)造成難以估量的停電損失。如何準(zhǔn)確、迅速、經(jīng)濟(jì)地查尋電纜故障便成了供電部門日益關(guān)注的問題。

關(guān)鍵詞：電力工程,電纜故障,探測技術(shù)

在我國電力行業(yè)中特別是在一些相對比較復(fù)雜的電力系統(tǒng)中，要找到地下電纜線路的故障還是比較困難的。但是由于近些年來,科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,在這方面功能多樣且操作簡便的設(shè)備逐漸不斷出現(xiàn)，因此不但可以降低探測故障的高額成本，而且還可以減少艱苦查找電纜故障時(shí)不可避免的長時(shí)間停電，給排除故障帶來了很多方便。

由于電纜故障其情況與埋設(shè)環(huán)境比較復(fù)雜，變化多，測試人員應(yīng)熟悉電纜的埋設(shè)走向與環(huán)境，確切地判斷出電纜故障性質(zhì)，選擇合適的儀器與測量方法，按照一定的程序工作，才能順利地測出電纜故障點(diǎn)。

一、電力工程中電纜故障造成原因分析

了解電纜故障的原因，對于減少電纜的損壞，快速地判定出故障點(diǎn)是十分重要的。電纜故障的原因大致可歸納為以下幾類：

1.機(jī)械損傷

機(jī)械損傷引起的電纜故障占電纜事故很大的比例。據(jù)上海的資料統(tǒng)計(jì)，外力機(jī)械損傷引發(fā)的故障比例

有些機(jī)械損傷很輕微，當(dāng)時(shí)并沒有造成故障，但在幾個(gè)月甚至幾年后損傷部位才發(fā)展成故障。造成電纜機(jī)械損傷的主要有以下幾種原因：

1)安裝時(shí)損傷：在安裝時(shí)不小心碰傷電纜，機(jī)械牽引力過大而拉傷電纜，或電纜過度彎曲而損傷電纜;

2)直接受外力損壞：在安裝后電纜路徑上或電纜附近進(jìn)行城建施工，使電纜受到直接的外力損傷;

3)行駛車輛的震動(dòng)或沖擊性負(fù)荷會(huì)造成地下電纜的鉛(鋁)包裂損;

4)因自然現(xiàn)象造成的損傷：如中間接頭或終端頭內(nèi)絕緣膠膨脹而脹裂外殼或電纜護(hù)套;因電纜自然行程使裝在管口或支架上的電纜外皮擦傷;因土地沉降引起過大拉力，拉斷中間接頭或?qū)�體。

2.絕緣受潮

絕緣受潮后引起故障。造成電纜受潮的主要原因有：

1)因接頭盒或終端盒結(jié)構(gòu)不密封或安裝不良而導(dǎo)致進(jìn)水;

2)電纜制造不良，金屬護(hù)套有小孔或裂縫;

3)金屬護(hù)套因被外物刺傷或腐蝕穿孔;

3.絕緣老化變質(zhì)

電纜絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙在電場作用下產(chǎn)生游離使絕緣下降。當(dāng)絕緣介質(zhì)電離時(shí)，氣隙中產(chǎn)生臭氧、硝酸等化學(xué)生成物，腐蝕絕緣;絕緣中的水分使絕緣纖維產(chǎn)生水解，造成絕緣下降。

過熱會(huì)引起絕緣老化變質(zhì)。電纜內(nèi)部氣隙產(chǎn)生電游離造成局部過熱，使絕緣碳化。電纜過負(fù)荷是電纜過熱很重要的因素。安裝于電纜密集地區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)不良處的電纜、穿在干燥管中的電纜以及電纜與熱力管道接近的部分等都會(huì)因本身過熱而使絕緣加速損壞。

4.過電壓

大氣與內(nèi)部過電壓作用，使電纜絕緣擊穿，形成故障，擊穿點(diǎn)一般是存在缺陷。

5.設(shè)計(jì)和制作工藝不良

中間接頭和終端頭的防水、電場分布設(shè)計(jì)不周密，材料選用不當(dāng)，工藝不良、不按規(guī)程要求制作會(huì)造成電纜頭故障。

6.材料缺陷

材料缺陷主要表現(xiàn)在三個(gè)方面。一是電纜制造的問題，鉛(鋁)護(hù)層留下的缺陷;在包纏絕緣過程中，紙絕緣上出現(xiàn)褶皺、裂損、破口和重疊間隙等缺陷;二是電纜附件制造上的缺陷，如鑄鐵件有砂眼，瓷件的機(jī)械強(qiáng)度不夠，其它零件不符合規(guī)格或組裝時(shí)不密封等;三是對絕緣材料的維護(hù)管理不善，造成電纜絕緣受潮、臟污和老化。

7.護(hù)層的腐蝕

由于地下酸堿腐蝕、雜散電流的影響，使電纜鉛包外皮受腐蝕出現(xiàn)麻點(diǎn)、開裂或穿孔，造成故障。

8.電纜的絕緣物流失

油浸紙絕緣電纜敷設(shè)時(shí)地溝凸凹不平，或處在電桿上的戶外頭，由于起伏、高低落差懸殊，高處的絕緣油流向低處而使高處電纜絕緣性能下降，導(dǎo)致故障發(fā)生。

在分析電纜故障發(fā)生的原因以及尋找故障點(diǎn)時(shí)，極重要的是要特別注意了解高壓電纜敷設(shè)、故障及修復(fù)的情況。要注意做好電纜安裝敷設(shè)及故障修復(fù)過程中的記錄工作。記錄應(yīng)主要包括以下內(nèi)容：

1)線路名稱及起止地點(diǎn)。

2)故障發(fā)生時(shí)間。

3)故障發(fā)生的地點(diǎn)及排除經(jīng)過。

4)電纜規(guī)范：如電壓等級、型式、導(dǎo)體截面、絕緣方式，制造廠名及購置日期等。

5)裝置記錄：如安裝日期及氣候，各個(gè)對接頭、三通接頭的設(shè)計(jì)型式、絕緣種類、熱處理溫度及精確位置。

6)電纜的埋設(shè)情況：如電纜彎曲半徑的大小，路徑的走向，有無反常的敷設(shè)深度或者有特別的保護(hù)措施，如鋼板、穿管和排管等;電纜敷設(shè)中的技工和技術(shù)人員的姓名(這也常常是提供重要線索的來源之一)。

7)周圍環(huán)境情況：如臨近故障處的地面情況，有無新的挖土、打樁或埋管等工程，泥土中有無酸或堿的成分，是否夾有小石塊，附近地區(qū)有無化學(xué)工廠等。

8)運(yùn)行情況：如電纜線路負(fù)荷及溫度等。

9)校驗(yàn)情況：包括試驗(yàn)電壓、時(shí)間、泄漏電流及絕緣電阻的數(shù)值、歷史記錄。

由于制造缺陷而造成的電纜故障是不多的，分析了解可能造成電纜故障的原因，對尋找電纜故障點(diǎn)是很有幫助的。例如，通過測距知道了電纜的故障距離，而在對應(yīng)位置上，發(fā)現(xiàn)近期進(jìn)行過城建施工，就可以懷疑為在施工的過程中損傷了被測電纜而引起了故障，往往不需要費(fèi)很大功夫，就能很快地對故障進(jìn)行定點(diǎn)。

二、電力電纜故障探測步驟分析

1.電纜故障性質(zhì)診斷

在電力工程中測定電纜其故障點(diǎn)之前，相關(guān)技術(shù)人員必須先確定電纜的絕緣情況與故障性質(zhì)�；蛘哒f技術(shù)人員必須得先確定故障類型與嚴(yán)重程度，以便于測試人員對癥下藥。選擇適當(dāng)?shù)碾娎|故障測距與定點(diǎn)方法，那么首先要用MΩ表或萬用表在電纜的一端測量各相對地及各相之間的絕緣電阻，并做導(dǎo)體的連續(xù)性試驗(yàn)，以確定導(dǎo)體是否燒斷。從而確定故障電阻是高阻還是低阻;是閃絡(luò)還是封閉性故障;是接地、短路、斷線，還是它們的混合;是單相、兩相，還是三相故障。

2.電纜故障測距

電力工程中電纜故障的測距，又叫粗測，在電纜的一端使用儀器確定故障距離，現(xiàn)場上常用的方法有低壓脈沖法，脈沖電流法。

(1)低壓脈沖法，其主要為通過識別反射脈沖的極性，來判定故障的性質(zhì)。斷路故障反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相同，短路故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相反。對故障點(diǎn)而言，反射脈沖與發(fā)射脈沖之間的距離即為故障距離。

(2)脈沖電流法是將電纜故障點(diǎn)用高電壓擊穿，用儀器采集并記錄下故障點(diǎn)擊穿產(chǎn)生的電流行波信號，通過分析判斷電流行波信號在測量端與故障點(diǎn)往返一趟的時(shí)間來計(jì)算故障距離。

3.電纜故障定點(diǎn)

(1)音頻感應(yīng)法：利用聲音信號的變化進(jìn)行故障定點(diǎn)。一般用于探測故障電阻小于10Ω的低阻故障。主要方法：采用探頭在故障點(diǎn)前，沿著電纜的路徑移動(dòng)，從聽到的聲響是否有規(guī)則來判斷故障點(diǎn)。非故障點(diǎn)的聲響有規(guī)則的變化，在故障點(diǎn)的上方，聲響明顯增強(qiáng)，故障點(diǎn)下方音頻信號明顯變?nèi)跎踔林袛唷Ｂ曧懨黠@變?nèi)趸蛑袛嗟狞c(diǎn)即是故障點(diǎn)。

(2)聲測定點(diǎn)法：用高壓設(shè)備使故障點(diǎn)擊穿放電，故障間隙放電時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)，傳到地面，便聽到放電聲音，利用這種現(xiàn)象可以對電纜故障進(jìn)行定點(diǎn)。

(3)聲磁同步法：利用磁、聲時(shí)間差估計(jì)故障點(diǎn)位置。由于磁場信號傳播速度快，從故障點(diǎn)傳到儀器探頭放置處所的時(shí)間可忽略不計(jì)，聲音傳播速度慢，傳播時(shí)間在毫秒級，可根據(jù)探頭檢出的磁、聲信號的時(shí)間差，判斷故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近，測出時(shí)間差最小的點(diǎn)，即故障點(diǎn)。

三、電力電纜故障探測技術(shù)應(yīng)用

1.低電阻故障或短路故障

電力工程中電纜的一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻或者芯與芯之間絕緣電阻低于511Ω。即用MΩ表測量絕緣電阻約為零，用萬用表測量電阻為幾百歐姆，可認(rèn)為電纜已完全擊穿。一般常見的有單相接地、二相短路或接地、三相短路或接地等。

某變電站之間采用(YJLV29-3*70)電纜敷設(shè)，長度為4750 米。2011年3月某日，從配電所內(nèi)的儀表反映，發(fā)生單相接地故障�，F(xiàn)場測試情況：AB 兩相絕緣電阻正常，C相絕緣電阻為零，用萬用表測得接地電阻為120Ω，可判斷為單相低電阻接地故障。采用低壓脈沖法進(jìn)行測距。選用T-903電力電纜故障測距儀，選定測量范圍5120米和波速度172m/μs，先對正常相B相，進(jìn)行波形測量，并記錄(如圖1)，再對故障相C相進(jìn)行波形測量(如圖2).然后將兩波形進(jìn)行比較，可明顯看到B相的反射波形為正向波，C相的反射波形為反向波，反向波的下降沿即為故障點(diǎn)。

圖1低電阻或短路故障 圖2低電阻或短路故障C相波形

計(jì)算故障為2125米處。由于線路為明敷，沒有進(jìn)行定點(diǎn)，用皮尺測量后直接找到故障點(diǎn)。

故障原因分析，該電纜為2000年12月敷設(shè)，長期試運(yùn)行，絕緣老化造成絕緣強(qiáng)度降低，形成單相接地故障。產(chǎn)生絕緣強(qiáng)度降低的原因有：做電纜中間頭或終端頭時(shí)，防水處理沒有密封好，導(dǎo)致進(jìn)水，使電纜絕緣受潮;電纜本身的制作不良，金屬護(hù)套有小孔或裂縫，使電纜進(jìn)水受潮;電纜在運(yùn)輸、施工過程中，金屬護(hù)套被外物刺傷或腐蝕穿孔而進(jìn)水受潮;電纜長期運(yùn)行，達(dá)到使用年限，絕緣不斷老化變質(zhì)，導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度降低。絕緣強(qiáng)度降低，從而演變成各種短路故障，這類故障約占50%。

2.斷線故障

電纜一芯或數(shù)芯導(dǎo)體不連續(xù)，有時(shí)還伴有電阻接地現(xiàn)象。

某配電所與變電站電力貫通線電纜，長785米。故障現(xiàn)象：長期缺相。測試情況：三相絕緣良好，A相與B相做導(dǎo)通測試，不通;A相與C相也不通，B相與C相相通，即可判斷A相斷線。測距采用低壓脈沖法：T-903電力電纜故障測距儀，選定測量范圍852米和波速度172m/μsA(注意波速度與電纜絕緣介質(zhì)有關(guān)，與電纜芯線的線徑及芯線的材料無關(guān)，聚乙烯絕緣電纜的波速度一般選172m/μs)。先對正常相B相進(jìn)行波形測量，并記錄(如圖3)，再對故障相A相進(jìn)行波形測量(如圖4)，然后將兩波形進(jìn)行比較，可明顯看到兩相波形不能完全重疊，開始不重疊的地方即為故障點(diǎn)，計(jì)算故障為545米處。由于線路路徑、長度清楚，沒有進(jìn)行定點(diǎn)，用皮尺測量后直接開挖，找到故障點(diǎn)。

圖3斷線故障B相波形 圖4斷線故障C相波形

故障原因分析，為電纜施工不規(guī)范，彎曲過度，形成金屬性疲勞，機(jī)械損傷。產(chǎn)生的主要原因是電纜安裝時(shí)損傷、直接受外力損壞、震動(dòng)或沖擊、土地沉降等。這類故障約占10%。

3.高電阻故障

電纜的一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻、芯與芯之間絕緣電阻低于正常值但高于200Ω。

某變電所的西貫通線出線電纜，長1500米。故障現(xiàn)象：三相短路�，F(xiàn)場測試情況：A相對地絕緣電阻為70MΩ，B相對地絕緣電阻為120 MΩ，C相對地絕緣電阻為150 MΩ，相間絕緣電阻均大于100 MΩ，可判斷為三相短路高阻故障。低壓脈沖法測距：選用T-302高壓信號發(fā)生器給電纜加上一個(gè)15KV的直流高壓，使電纜故障點(diǎn)擊穿放電，用T-903電力電纜故障測距儀記錄放電波形，選定測量范圍2560米和波速度172m/μs。在故障相A相上加一個(gè)直流擊穿電壓，當(dāng)電纜擊穿時(shí)產(chǎn)生放電，測距儀通過電容耦合器記錄下一組反射波形，應(yīng)多次擊穿直至儀器顯示滿意的放電脈沖電流波形為止。波形正常后，第一個(gè)放電脈沖為起始點(diǎn)，故障點(diǎn)反射脈沖的下降點(diǎn)為終點(diǎn)，終點(diǎn)即為故障點(diǎn)，計(jì)算故障為578米處。在預(yù)定故障點(diǎn)兩頭各20米處進(jìn)行定點(diǎn)。采用T-504電纜故障定點(diǎn)儀，同時(shí)向電纜施加沖擊高壓，使故障點(diǎn)周期性擊穿放電，通過磁場方向判斷電纜的路徑，通過延時(shí)時(shí)間判斷故障點(diǎn)遠(yuǎn)近，在線路正方向上，聲音波形最大處即為故障點(diǎn)。開挖后，找到故障點(diǎn)，原因?yàn)橹虚g頭燒毀，造成三相短路接地。

故障原因分析，電纜頭的制作工藝不良、材料缺陷及電纜頭的制作工藝流程、方法不符合標(biāo)準(zhǔn);電纜頭材料制造缺陷、各絕緣材料維護(hù)管理不善，造成絕緣受潮、臟污和老化。這種原因易造成電纜頭爆炸，形成短路故障。這類故障約占30%。

4.閃絡(luò)性故障

閃絡(luò)性故障，電纜的一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻或者芯與芯之間絕緣電阻值比較高，但當(dāng)對電纜進(jìn)行直流加壓到某一值時(shí)，出現(xiàn)突然擊穿現(xiàn)象。這類故障大多在進(jìn)行預(yù)防性耐壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生，故障現(xiàn)象不穩(wěn)定。對一條10KV全長265米的交聯(lián)電纜做預(yù)防性耐壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生A相閃故障，先用低壓脈沖反射法測量電纜全長，采用直閃測試波形，在距測試端76米處為故障點(diǎn)，定點(diǎn)時(shí)加沖擊高壓，在70米附近聽到放電聲。

四、加強(qiáng)設(shè)計(jì)施工管理，提高故障探測水平

1.規(guī)范電纜敷設(shè)的設(shè)計(jì)施工管理，改進(jìn)電纜頭制作工藝

在設(shè)計(jì)上，電纜徑路應(yīng)避免電纜受機(jī)械外力、腐蝕、熱源、蟲害、水浸泡、地中電流和經(jīng)常性震動(dòng)等損害;避開建筑工程、各種管線工程等需要挖掘的地方;盡量避開鐵路路基，必須敷設(shè)在路基上時(shí)，應(yīng)采用混凝土電纜槽或保護(hù)管等防護(hù);電纜穿越鐵路、道路、建筑物等場所應(yīng)穿管保護(hù)。從源頭上降低電纜故障發(fā)生率。

應(yīng)不斷改進(jìn)電纜頭的制作技術(shù)，采用新方法、新措施。加強(qiáng)絕緣、密封防潮、機(jī)械保護(hù)，提高電纜頭的絕緣水平，保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行。10KV電纜接頭采取改善電纜屏蔽端部電場集中的有效措施，確保外絕緣相間和對地距離。

2.及時(shí)做好技術(shù)文件的記錄

建立電纜運(yùn)用管理技術(shù)臺(tái)帳，每一條電纜的長度、路徑、年限、中間頭位置等都要詳細(xì)標(biāo)明，由于中間頭是故障易發(fā)生點(diǎn)，掌握它的位置有利于加快故障處理速度。

3.加強(qiáng)人員技術(shù)培訓(xùn)，提高處理電纜故障的能力

要提高電纜故障處理人員的技術(shù)水平，一要保持隊(duì)伍的穩(wěn)定，其人員不宜頻繁變動(dòng)。其次，要組織職工對各種電纜故障處理的新設(shè)備、新儀器進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。

4.加強(qiáng)電纜線路的日常維護(hù)和測試工作

每季巡視一次電纜線路徑路，每半年巡視一次電纜人孔井，進(jìn)行一次負(fù)荷測定，每年測量一次絕緣電阻和接地電阻，檢查接地裝置等。

結(jié)束語

電纜故障探測有其固有的特點(diǎn)，現(xiàn)場測試人員曾形象地說探測電纜故障點(diǎn)“七分靠儀器,三分靠人”，說明單純地靠購買先進(jìn)儀器是不能解決問題的。要重視操作人員的培訓(xùn)工作，生產(chǎn)單位和使用部門要經(jīng)常交流信息、積累經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)電纜故障探測技術(shù)的研討，以促進(jìn)我國電纜故障探測技術(shù)整體水平的提高。

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