电力电缆故障导测分析

[摘要]近年来，我国电网建设持续快速发展，地下电力电缆输配电线路逐步取代架空线路为整洁明快的市容市貌提供了先决条件。城市电网电缆化程度将是衡量城市电网技术经济水平的重要标志。但是，由于电力电缆在制造、敷设施工、运行维护过程中，不可避免地套出现产品质量、过负荷运行以及外力破坏等问题，它们是导致电缆线路中电缆本体发生运行故障的直接原因。文章结合实际情况，分析电力电缆故障的原因，提出缩短电力电缆故障修复时间、提高供电可靠性、减少停电损失的措施，在实际应用中收到良好效果。

[关键词]电力电缆；试验；故障；导测分析

[作者简介]梁书铭，广东电网公司茂名高州供电局助理工程师，研究方向：变电一次设备试验，广东高州，525200

[中图分类号]TM247[文献标识码]A[文章编号]1007-7723(2009)01-0124-0002

高州市农村乡镇面积约3200平方公里，用电户数130万，目前高州市市区电网基本都实现了电缆化。由于城市建设速度的加快，电力电缆受到外力破坏的机会大大增加。电力电缆遭到破坏不仅会给供电企业带来较大的经济损失，而且严重影响供电可靠性，给广大人民群众的生活生产带来极大的不便。因此，为了在电力电缆出现故障的时候尽量缩短电力电缆故障修复时间，提高供电可靠性，减少停电损失，有必要对电力电缆进行故障导测分析。

一、电缆故障产生的原因

(一)主要故障原因

1机械损伤(外力破坏)：占58％，当时不一定损坏。

2附件制造质量的原因：占27％，接头的制作。

3敷设施工质量的原因：占12％。

4电缆本体的原因：占3％，电缆的制作工艺与绝缘老化。

(二)故障分类

1按故障电阻与芯线情况分为开路故障、短路(低阻)故障、高阻(泄漏性)故障、(高阻)闪络性故障。

2按表面现象分为开放性故障和封闭性故障。

3按接地现象分为单相接地故障、相间故障和多相接地混合性故障。

4按故障位置分为接头故障和电缆本体故障。

二、故障探测的基本步骤

第一，故障性质诊断，即了解故障性质、故障原因、敷设环境、运行情况等，选择合适的故障探测方法。

第二，故障测距，在电缆一端用仪器测定故障点的距离。

第三，故障定点，按照测距结果，在一定范围内精确测定故障点具体位置。

三、电力电缆故障测距方法

电力电缆故障测距方法分为电桥法和脉冲法，其中电桥法又可分为传统直流电桥、压降比较法和直流电阻法；脉冲法分为低压脉冲法、脉冲电压法、脉冲电流法和二次脉冲法。以上各种方法的适用范围如表1所示。

(一)低压脉冲法

适用范围：低阻短路故障(绝缘故障电阻小于几百欧的故障)、开路故障。据统计，这类故障约占电缆故障的10％。低压脉冲法还可用于测量电缆的长度、电磁波在电缆中的传播速度，也可用于区分电缆的中间头、T型接头与终端头等。关于波速度，低压脉冲测试原理的测试公式L=Vo△t／2中的V就是电磁波在电缆中传播的速度，我们简称为波速度。理论分析表明，波速度与电缆的绝缘介质有关，与电缆芯线的线径及芯线的材料无关，只要电缆的绝缘介质一样，波速度就一样。现在大部分电缆都是胶联聚乙烯或油浸纸电缆，它们的参考数据是：胶联聚乙烯电缆的波速是170～172m／us、油浸纸电缆的波速为160 m／us。

低压脉冲反射波形比较法，在实际测量时，电缆结构可能比较复杂，存在着接头点、分支点或低阻故障点等；特别是低阻故障点的电阻相对较大时反射波形相对比较平滑，其大小可能还不如接头反射，更使得脉冲反射波形不太容易理解，波形起始点不好标定。对于这种情况我们可以用低压脉冲比较测量法测试。

(二)脉冲电流法

将电缆故障点用高电压击穿，用仪器采集并记录下故障点击穿产生的电流行波信号，通过分析判断电流行波信号在测量端与故障点往返一趟的时间来计算故障距离。脉冲电流法采用线性电流耦合器采集电缆中的电流行波信号。

1脉冲电流——直流闪络测试法。适用于闪络型故障的测试。给故障电缆施加直流高电压信号，使故障点击穿，根据故障点放电脉冲在测量端及故障点往返一趟的时间计算故障距离。

2脉冲电流——冲击闪络测试法。高阻故障如果使用直闪法测试，电压会大量泄到发生器的内阻上，容易损害高压发生器；同时加到电缆上的电压很小，不利于故障点的击穿。对于高阻故障，需要使用冲闪法，在给脉冲电容充电后再加到故障上去，脉冲高电压使故障点击穿放电。“脉冲电流冲闪法”测量原理，由“高压脉冲产生器”产生一高压脉冲加到被测电缆的故障相，故障点在高压的作用下发生瞬间闪络放电，电火花使得故障点变为短路故障，并维持几us-几百ms时间，在故障点和测量端间同时自动产生来回反射波形。通过测量相邻两次来回反射波形的时间T，并通过公式S=VT／2计算出故障点到测量端的距离。

(三)二次脉冲法

二次脉冲测距方法在高压信号发生器和二次脉冲信号耦合器的配合下，可用来测量电力电缆的高阻和闪络性故障的距离，波形更简单，容易识别。二次脉冲测距方法结合低压脉冲法的波形简单与脉冲电流法可以测量高阻故障的优点，用高压脉冲击穿故障，并用稳弧器延长故障电弧，持续时间故障电弧持续时间内，向故障点发射低压脉冲，获得脉冲反射波形，称为电弧脉冲反射波形。将电弧脉冲反射波形与电缆不带电(故障点不击穿波形比较)，波形上开始有明显差异的点即故障点。

二次脉冲测距方法的二次脉冲反射波形简单，易于识别故障点。但设备接线复杂，体积大且故障击穿机会较脉冲电流法减少。

四、电缆故障定点方法

(一)音频信号感应法

应用查找路径的“音频电流感应法”，对不能产生放电声音的金属性短路故障进行精确定位。精度低，易受干扰。

(二)声测法

通过测量故障点的放电声音，对能发出放电的故障进行精确定位。精度低，易受干扰。

(三)声磁同步接收法

通过测量故障点放电产生的声音信号和脉冲磁场信号传到传感器的时间差，对能发出放电的故障进行精确定位。精度高，不易受干扰。

(四)跨步电压法

应用“电位差原理”对直埋电缆的开放性故障和超高压电缆护套故障进行精确定位。

五、高压电缆主绝缘故障的特点与测试方法选择

(一)高压电缆的基本情况与主绝缘故障的特点

1这里的高压电缆指的是6kV及其以上等级的电缆，主要有6kV、10kV、35kV、66kV、110kV、220kV、500kV等各个等级。它一般有三芯统包型和单芯分包型两种

组成形式。其中，单芯电缆又分有金属护层和没有金属护层两个类型。66kV及以上等级的单芯电缆一般都有金属护层，6kV、10kV、35kV等级的单芯电缆一般没有金属护层，而6kV等级的三芯统包电缆一般也没有金属护层。

2高压电缆的绝缘层相对较厚，产生的主绝缘故障90％以上都是高阻故障或闪络性故障。其中，在运行中发生的故障一般是开放性的高阻故障，而在试验时发生的故障有一部分是封闭性的闪络性故障。

3高压电缆的敷设工艺要求比较高，特别是无护层的单芯电缆，一般要求穿PVC管敷设。虽然高压电缆大都有金属护层，没有金属护层的要求穿PVC管敷设，高压电缆不会像低压电缆那样易受到外力破坏，但因受外力破坏而发生的故障，在所有高压电缆的故障中占的比例还是非常大的。

4无论多高电压等级的电缆，其发生主绝缘故障后，用30kV的高压信号发生器一般都能使故障点击穿。对于不能击穿的闪络性故障，多做几次试验后，就能击穿了。

(二)测试方法选择

1故障测距。由于高压电缆发生的主绝缘故障一般是高阻及闪络性故障，所以故障测距一般选择脉冲电流法或二次脉冲法。

对于无金属护层的单芯电缆，如果电缆某处的表皮受到破坏，使电缆内进入了大面积潮气，天长日久，电缆的铜屏蔽就会因被氧化而生锈。用高压信号发生器向这种故障电缆中施加脉冲电压时，铜皮的压接处可能会发生火花放电，其放电产生的脉冲信号和真正故障点放电产生的脉冲信号叠加后，会使放电信号波形变得复杂而无法识别和分析。对于这种电缆故障的测试，脉冲电流法与二次脉冲法不再适用，需要用电桥法进行测距。

2故障定点。由于高压电缆发生的主绝缘故障一般是高阻及闪络性故障，向电缆中施加脉冲高压使故障点放电时，故障点处一般会产生放电声音。所以，故障定点选择声磁同步法最为合适。

对于穿管敷设的电缆，由于放电声音被封到管内，在地面上有可能收不到放电产生的声音信号，这时需用其他可行的方法寻找故障点。

对于故障点处穿铁管的电缆，因脉冲磁场信号被铁管屏蔽，也无法用声磁同步法进行定点；由于单芯电缆的芯线与金属护层同轴，在单芯电缆发生了封闭性故障，和虽然发生了开放性故障但其故障点在比较干燥的PVC管内时，通过两者的脉冲电流信号的大小基本相同，方向相反，产生的磁场相互抵消，在地面上也接收不到脉冲磁场信号，同样无法用声磁同步法定点。这时，可以选择声测法或其他可行的方法。