高压电缆故障分析判断与故障点查找

王永生

(大唐长山热电厂，吉林 松原 131109)

高压电缆故障分析判断与故障点查找

王永生

(大唐长山热电厂，吉林 松原 131109)

结合实际工作经验，从高压电缆故障概述入手，对高压电缆的故障分析判断与故障点查找进行了详细的阐述，以供同行参考。

高压电缆；故障；老化；查找

0 引言

随着社会的进步和经济水平的提高，我国电力系统也得到了快速发展。电缆线路，尤其是交联聚乙烯电力电缆，以其结构简单、负载能力强、机械强度高、绝缘性能好且易于安装、施工和维护等优点，逐渐取代了架空线路，成为高压输电线路的重要组成部分。然而，由于高压电缆往往埋在地下，故障的分析判断与故障点的查找比较困难。如何快速地判断故障的原因及位置，尽快排除故障，恢复供电，具有非常重要的现实意义。本文结合笔者的工作经验，对高压电缆的故障分析判断与故障点查找谈谈自己的看法，以供同行参考。

1 高压电缆故障概述

1.1 电缆老化，绝缘性能下降

电缆在投入使用一段时间后，其绝缘性能就会大大降低，这是由于电缆绝缘老化导致的，这个阶段电缆的故障率会大幅上升。老化是指电缆的绝缘材料在一定的内外因素的综合影响下发生物理与化学反应，使得材料的物理性能出现不可逆转的下降，最后丧失其使用价值。高压电缆投入运营以后，会受到电、机械、光、热以及化学等因素的作用而发生老化，影响运行寿命。老化的原因主要有局部放电、电树枝老化、水树老化和热老化。对于高压电缆，运行时间超过30年的老化属于正常老化，而由于各种因素在较短年限内发生的老化属于过早老化，其主要原因有以下几点：

(1) 电缆选型不合适，长期超负荷工作，大大加速了电缆的老化进程。

(2) 线路靠近热源，使电缆局部或整体长期受热，引起热老化。

(3) 电缆周围环境中有能与电缆绝缘层发生不利化学反应的物质，从而引起电缆过早老化。

1.2 附件故障

若不出现人为破坏和自然灾害等影响，电缆一般都能稳定运行。电缆最容易出现故障的就是电缆之间的接头和终端这类附件处。电缆附件的制作工艺要求很高，气孔、杂质等要严格控制在一定范围内，若达不到要求，电缆在运行过程中就很容易引起局部放电和绝缘击穿。附件故障具体原因有以下几个方面：

(1) 电缆的中间接头、终端制作质量不高。例如在剥离半导体、导线压接、电缆接头与密封、导体连接管压接、终端或中间接头金属屏蔽层接地的制作过程中，工艺不符合相关技术要求，从而引起故障。

(2) 选材不当很可能导致电缆附件的热膨胀系数和本体相差较大，这就很容易造成电缆附件和本体不能同时收缩膨胀，致使密封性能降低，导致水分或空气进入电缆附件中，造成短路故障的发生。

(3) 制作电缆接头时忽视周围环境湿度，导致击穿事故发生。电缆接头制作过程中若周围环境湿度过大则很容易破坏电缆的绝缘性能，甚至形成贯穿性通道，引起电缆击穿。

1.3 电缆护层故障

电缆护层的存在是为了保护电缆主体免受侵蚀损坏。电缆敷设过程中一般都选择最短路径，因而很可能途经各种复杂的腐蚀环境。电缆的外护套就是为了使有金属护套的电缆免受环境侵蚀，对无金属护套的电缆还能起到密封的作用。电缆护层还应保证良好的绝缘性，使有金属护层的电缆能保证对地绝缘，避免在金属护层上形成感应电压。

电缆护层故障会引起金属护层环流增大，对电缆传输容量构成影响，也会导致空气和水分与金属护层接触发生腐蚀反应，进而危害电缆主体。电缆护层故障原因主要有以下3种：

(1) 电缆本体及附件在生产过程出现质量问题，电缆护层有缺陷。

(2) 电力电缆施工时没有严格按照工艺要求进行，施工质量较差，导致护层故障。

(3) 由于市政、地铁、房地产建设等野蛮施工，电缆护层受到外力破坏。

2 故障分析与故障点查找

2.1 电缆故障分析

电缆故障一般可分为高阻、低阻故障；闪络、封闭故障；接地、短路、断线，混合故障；单相、两相、三相故障。电缆故障分析需要先判断故障的类型，并根据故障的原因做进一步检测，以节省时间，提高诊断效率。故障的粗测和精测也需要检修人员根据实际情况进行选择，这样才能更为有效地掌握故障情况，从而有利于进行进一步的综合诊断。

观察故障现象并进行分析一般能对电缆故障的性质进行初步判断。比如说电缆发生的是短路故障还是接地故障能依据故障现象进行判断，但具体是两相短路还是三相短路亦或是混合故障则无法准确分析。对故障进行初步判断后，就应进行绝缘电阻的测定或导通试验，从而进一步判断故障类型。测量绝缘电阻，就是使用兆欧表(1 kV以下的电缆用1 kV的兆欧表，1 kV以上的电缆用2 500 V的兆欧表)来测量电缆线芯之间和线芯对地的绝缘电阻；导通试验则是将电缆的末端三相短接，用万用表在电缆的首端测量线芯之间的电阻。

2.2 电缆故障测距

(1) 电桥法。电桥法是一种经典测试方法，操作简便、测量精确度高，适用于除高阻和闪络型故障以外的其他故障检测。这是因为一般灵敏度的电表无法检测出高阻故障导致的微小电流。故障电阻甚至会由于故障点烧断而升高，亦或是故障电阻过低导致永久短路，这都影响后期放电声测法测定具体的故障点。

(2) 低压脉冲反射法。运用低压脉冲反射法测试时，向电缆注入一低压脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点，如短路点、故障点、中间接头等，脉冲产生反射，回送到测量点被仪器记录下来，通过识别反射脉冲的极性，可以判定故障的性质。这种方法可用于测量电缆的低阻、短路与断路故障。它通过观察故障点反射脉冲与发射脉冲的时间差测距，因此比较简单和直观，同时不需要知道电缆的准确长度等原始技术资料。根据脉冲反射波形还可容易地识别电缆接头与分支点的位置，但其不能用于测量高阻与闪络型故障。

(3) 脉冲电压法。高阻与闪络性故障常用脉冲电压法测定。这种方法使用了半个世纪之久，测定一直很精确。这种方法是对故障电缆通入直流高压或脉冲高压信号使故障处击穿，通过测量观察点和故障点之间脉冲电压的间隔时间确定故障点位置。这种方法不需将故障点烧穿，且测试速度较快，测试过程也相对简单、易于操作，因而对电缆故障检测有重大贡献。

2.3 故障点的精确定位

通过以上几种方法进行电缆故障测定后，可对电缆故障发生的位置有一个模糊的定位，但进一步精确定位故障可使故障的排除工作更加便捷。在进行电缆故障精确定位前，要先了解电缆材料的具体信息、电缆敷设的方位走向以及接头位置等。如果原始施工资料不齐全，即使知道电缆的故障距离，也不知道具体位置，则可借助电缆路径探测仪先测定电缆的具体敷设路径，再进行下一步的动作。

利用声磁同步法可测定高阻和闪络型故障发生的具体位置。在电缆一端施加高压脉冲后，故障点会发生伴随声音信号和电磁信号的放电，由于交联聚乙烯电缆内部存在大量无规则的气隙，放电时击穿处发出的声音会在电缆的填充物内漫射。这种方法最好选择在夜间比较安静时使用，既能收到明显的磁场信号，还可避免噪声对放电声音的影响，有利于监听具体的故障位置。

对于故障电阻小于10 Ω的低阻型的特别故障，放电声微弱，甚至没有放电声，这时声波检测仪器就会丧失作用。这种情况下，可在电缆故障相注入冲击电压信号，冲击电流经过故障点后流回电源，由于电磁耦合作用会感应出磁场，可通过电缆路径仪器或磁场感应仪器从电压发射器的一侧开始测量，磁场信号明显变弱或突然中断消失的地方就是故障点。

3 结语

在高压电缆故障中，电缆接头处的故障占了比较大的比重，这种故障肉眼就能很快发现，易于检测，而线缆中间段的故障检测难度则比较大。作为现场测试人员，一定要加强学习，注意分析各种故障波形与正常波形的区别，在实际工作中认真总结、积累经验，提高故障分析与检测的水平。

[1]戴静旭，刘杰，王彦伟，等.高压电缆故障原因分析及对策措施[J].高电压技术，2004(Z1)

[2]刘军.高压电缆头故障的防治对策[J].城市建设理论研究：电子版，2011(29)

2014-06-09

王永生(1981—)，男，吉林松原人，助理工程师，研究方向：电气设备在线检测。