浅谈电力电缆的故障处理

魏智永 赵贵龙

摘要：为提高大秦线隧道内、隧道外高、低压电力电缆故障处理抢修的效率，最大限度地降低经济损失，文章结合实际情况对电缆故障处理方法进行了总结，梳理了通过兆欧表对故障性质进行判定，应用路径仪进行路径探测，采用低压脉冲法、高压闪络法粗测电缆故障点距离，使用定点仪精确定位故障点，还介绍了实际工作中的一些相关处理技巧等处理环节，并对各环节实践应用进行了总结。

关键词：电力电缆；电缆故障；路径探测；粗测；精确定位

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）29-0128-05

大秦铁路沿线地形复杂，山峦起伏、沟壑纵横，隧道桥梁繁多，受地理环境所限，许多供电线路采用电缆铺设；迁曹铁路受既有环境限制，电力电缆的使用更加广泛，且迁曹线设计只有一路贯通电源，尽快恢复电力系统的正常供电显得尤为重要。随着电缆使用年限的增长，各种土木工程的大量建设，电缆故障的发生频次越来越高。电力电缆故障如何探测，如何快速准确地查找到故障点的精确位置，缩短故障抢修时间，从而尽最大可能降低经济损失，成为各供电企业越来越关心的问题。本文正是针对此问题，将电缆故障处理的相关理论应用到实际工作中，结合自己十几年的工作经验，总结出一套较为完善的高低压电缆故障处理方法，特此对高低压电力电缆故障做了相关探讨。

1 电缆故障原因分析

（1）运行中的电缆由于长期过负荷或外部过电压以及使用年限的增长造成电缆绝缘老化。

（2）电缆在制造时局部存在缺陷。

（3）机械损伤：电缆敷设工程中受到损伤或电缆路径区域有重型机械施工作业。

（4）地面下沉：电缆在凹凸不平的路径中敷设，因轨道、公路、墙基等地面下沉导致电缆受到垂直剪切应力。

（5）震动：铁路桥梁随着大负荷列车的通过会产生一定频率的震动，会对电缆造成疲劳破坏。

（6）腐蚀：轨道附近电缆受到电腐蚀，沿海地区电缆会受到化学腐蚀，损伤电缆外护套。

（7）电缆头制作不符合工艺要求，电缆敷设时不规范。

（8）电缆中间连接处的电缆截面积不同，不同截面积的电缆相连易出现压接不紧，造成此处接触电阻增大，遇有过电压或过电流时此处易于发热，使绝缘老化，绝缘电阻降低，形成电缆的薄弱点。

（9）绝缘物流失：通常在油浸电缆、不滴流电缆中发生。

以上九点是造成电缆在运行中发生故障较为常见的原因。

2 电缆故障处理

2.1 前期准备

接到抢修命令后，立即向有关部门了解事故概况，同时班组负责人填写仪器、料具清单，指派专人进行准备。向有关部门了解的内容主要有电缆故障性质、电缆型号、地点、到达故障点的最近路径等。若是隧道内电缆故障，还要问明隧道口能否摆放仪器、有无220V交流电源。若无电源，则应准备发电机，并通知电缆故障所在工区及时向电力调度要令，将电缆两端隔离开关断开，把电缆头拆下（好多工区等检修人员到后要向电力调度员要令，则将造成工作延误）。问明情况后，按仪器（本文论述是以西安四方生产的SCDA-2型高智能电缆故障闪测仪为例，其他型号的电缆故障探测仪原理相同）、料具清单进行清点、装车，以防遗漏。在赶赴故障现场的过程中对参与抢修的人员进行分工。

2.2 电缆故障性质的判定

通常用兆欧表测量电缆的绝缘电阻。其方法是：测量电缆每一相对其他相、铠装及地的绝缘电阻。例如：测A相对B、C相时，将兆欧表的“L”端接电缆A相，B、C相短接并与电缆铠装及地相连后接到兆欧表的“E”端，A、B、C三相分别进行测量并做好记录；然后测量相间绝缘电阻，即A相对B相、B相對C相、C相对A相的绝缘电阻。测试结束后，通过对所测量数据的分析进行电缆故障性质判定。电缆故障大体分为导体故障和绝缘损坏故障，导体故障分为芯线、地线的开路和短路；绝缘损坏故障分为低阻故障和高阻故障。低阻故障特点是电缆特性阻抗小于50Ω，用低压脉冲法测距。高阻故障可细分为泄露高阻和闪络高阻，泄露高阻较为常见，是指已经形成固定泄露通道，电缆特性阻抗在千欧至十几兆欧范围，可用高压闪络法测距；闪络高阻是指电缆中未形成固定泄露通道，特性阻抗在几十兆欧以上，可用直闪法测距。电缆故障性质判断准确，采用正确的测距方法可以节约故障处理时间。

2.3 电缆路径的查找

大秦线隧道内电力电缆一般都敷设在电缆沟内或悬挂在洞壁上，此种情况不需要探测电缆路径，可直接进行电缆故障的粗测；若是地埋的电缆，且电缆的走向不清，则必须对电缆路径进行探测。

2.3.1 路径仪的使用。将路径仪的两根测试线正极接到电缆的好相（好相的另一端接钢铠），负极接到电缆钢铠，钢铠两端接地。仪器的“输出振幅”放在较小的位置，打开电源开关，调节路径仪“输出幅度”使表头有小的指示，变换“阻抗匹配”，使表头有较大的指示。将探棒接定点仪的输入插孔，将定点仪转换开关转至“路径”位，同时调节“音量调节”和“频率微调”电位器，耳机内应发出间断清晰的响声。

2.3.2 路径的探测技巧。将一只手持探棒放在要查找路径的电缆上，另一只手调节定点仪的灵敏度旋钮，使表针指在中间位置，调节频率旋钮使耳机内传出的声音最清晰，然后将探棒与地面垂直并左右摆动顺着电缆大致方向往前走，声音最小点即为电缆路径。边走边探，并做好标记。注意：

（1）初学者往往以为声音最小就是一点声音也没有，这是错误的，所谓声音最小是指声音小且清晰。每次探测的声音是不同的，有时是“嘟嘟”声，而有时是“嘀嘀”声或其他的声音，有的人经验少，当声音改变时便不知所措。其实只要探棒垂直时声音最小且清晰，探棒左右移动时噪声增大，则声音最小点下面就是电缆。

（2）有时探路径，围绕一个地点转圈，怎么也绕不出去，这是由于此处有电缆预留造成的。遇到此种情况，顺着已探明的电缆路径往前走几步再探，就能找到正确的路径。

（3）当电缆上方有架空线时，受电磁场干扰，探测到的信号杂乱，严重时听不到路径仪发生的信号，影响路径查找。这时应根据表针指示情况判明电缆的路径。在用“冲闪法”查电缆故障时，直接用定点仪测路径，此时定点仪不接耳机，当定点仪的手柄与地面垂直时，在电缆上面表针指示最小，偏离时，指针指示摆动范围由小变大。

2.4 粗测电缆故障点距离

无论是低压脉冲法还是高压脉冲法，均是以微观的方式分析电波在电缆中的传输，通过分析电波在传输中的相位、幅度和速度的变化来测试距离。

图1 冲闪法时脉冲波形在荧屏上的位置图

2.4.1 低压脉冲法测低阻故障。

（1）低压脉冲法测试原理。电缆故障闪测仪是根据微波传输理论（雷达原理）在电缆的芯线上加注设计宽度的微波，通过波的反射及波的速度，实现对电缆的粗测。低压脉冲法：应用于测试低阻、短路和开路故障，主机本身发射一个脉冲信号，在故障点或接头处产生一个反射波，反射波沿着原路返回发射端，由路径公式S=1/2VT，得出故障距离。其中：S——故障点到测试端的距离；V——电信号在电缆中传输的速度，它只与电缆的绝缘介质有关，和电缆的导体材料无关；T——电信号从测

试端发出，到故障点后再返回到发射端所需的时间。

（2）低压脉冲法测试要点。正式测试前，调整好仪器的基础波至荧屏的中间位置，振幅幅度调到3cm左右（如图1所示）。测试时将故障探测仪输出的两根线中的一根红线接电缆好相，另一根黑线接电缆铠装。测试方式：选择脉冲位；介质选择：选到与电缆类型相适应的档位。按下采样键，微调故探仪的波型位置和振幅，使波型最好时按下保持键，然后通过波型位移、压缩或扩展、游标移动等进行波型处理，测出电缆全长；然后将红线改接到电缆的坏相，重复上述步骤进行测试，若显示出短路或开路故障波型，则在计算出故障点的距离后便可进行故障点的精确定位。故障点测试是否准确取决于波型的判读，若入射波与反射波同相则为开路故障，如图2所示：

图2 开路故障测试波形 图3 低阻故障测试波形

t1时刻为闪测仪产生的发射脉冲，极性始终为负；t2时刻为电缆的接头反射脉冲，t3时刻为开路故障反射波，t4时刻为开路故障点二次反射。若入射波与反射波反相则为短路故障，如图3所示：t3时刻为低阻故障点反射；t4时刻为低阻故障点二次反射。入射波与反射波之间的长度即为故障点的距离。测出的故障距离误差大的原因是游标定位不准。因为游标每游动一点即为3.2m，关键是波形的拐点要定得准。

2.4.2 高压闪络法测高阻故障。

（1）高压闪络法测试原理。高压闪络法应用于测试高阻故障，仪器利用电缆故障点在高电压作用下瞬间击穿，闪络放电形成反射波，分析反射波两次反射的时间差计算出故障点距离的原理进行测试。

（2）高压闪络法测试要点：

第一，测量前脉冲波型基线调到距荧屏上端约2cm，见图1所示，工作方式选择“冲闪”其他操作与脉冲法相同，球间隙的距离调到5mm左右（球间隙在3mm以下时，每毫米击穿电压约3～4kV；在3mm以上时，每毫米击穿电压约5～6kV，通常所施加的冲击电压在15～20kV之间），每次放电间隔时间约2～3秒（放电间隔时间由所施加的冲击电压控制，电压高放电间隔时间短，电压低放电间隔时间长），放电间隔时间过短、电压过高时或者电流增大，试验变压器容易过热损坏。

第二，测量波形随所施加的电压的改变而有所改变，波形的好坏直接关系测试距离准确与否，测试波形并非电压越高越好。

第三，当出现故障点不放电时，不能一味加大电压，根据击穿能量P=1/2U2C，还可适当加大电容。经过实践，2μF电容能满足3000m以下电缆故障探测，4μF电容能满足9000m以下电缆故障探测，目前大容量干式电容器的应用有效缩短了电缆故障点的击穿时间。

第四，电缆故障点是否放电的判定：在给电缆故障相施加电压时，球间隙放电声音清脆、电源控制保护箱的电流表指针随着球间隙的放电而有规律地摆动、电压表指针随着球间隙的放电而降低、电源控制保护箱内发出有规律的轻微震动声、试验变压器随着施加冲击电压时间的增长而发热；故障点未放电时，球间隙放电声音发闷而且小、电流表指针几乎不摆动、电压表指针平稳、电源控制保护箱内无震动声、试验变压器不热。

第五，当电缆故障探测仪不显示波形，故障点不放电时，常见的原因有两种：一种是电缆故障点已经放电，但由于故障点够不成回路而造成电缆故障探测仪显示故障点未放电，故障点位置多在电缆中间头，故障性质多为相间短路接地。遇到此种故障，可用加大电容、升高电压的方法予以解决。例如：大秦线翠屏山配电所电源进线电缆相间短路接地故障，此故障发生在刚处理同一条电缆故障后，故障探测仪显示故障点不放电，施加冲击电压3个多小时仪器显示故障点仍未放电。在现场没有大电容的情况下，采用提高电压的方法进行测距。冲击电压由20kV升到25kV，后来又逐渐升高电压到30kV，最后在电压升到35kV，1分钟左右故障点便开始放电，显示标准故障测距波形。此故障是中间接头故障，接头内没有屏蔽网，只是用一根铜绞线带缠绕了几圈将两段电缆铠装相连接，造成故障点不能直接对铠装放电，在冲击电压较低时其放电电流与地线难以构成回路。当电压升高后，使放电电弧与地线构成了回路，仪器才能采集到故障点反射信号（注意：加大电压时，放电间隔时间一定要长，持续时间要短，以免损坏仪器）。另一种是电缆故障点未放电，电缆故障探测仪因故障点不放电而无法采集故障波形，此种情况较少发生。处理时需要采取较为原始的办法：一种是向熟悉此条电缆敷设、维修情况的人员了解中间头的具体位置，按照所提供的位置将电缆中间头挖出来进行检查，此方法适应于电缆中间接头较少的电缆故障查找；另一种利用路径仪探测路径、用低压脉冲法判断接头位置的方法加以解决。此次故障处理就综合利用了上述兩种方法。在电缆故障相与钢铠之间加入连续信号，由电缆的信号发生端向另一端探测。在路径仪信号突变点且与熟悉电缆头位置的人员提供的位置相符处进行挖掘，挖出电缆后发现此处有一个电缆中间头，剥开电缆中间头发现红、绿相短路接地。在断开电缆时看到，电缆内全是积水，导致冲击电压无法集中，因发散造成故障点与地线够不成回路，致使电缆故障探测仪无放电测试波形出现。对于隧道内电缆在采取上述方法的同时也可直接进入隧道进行探听，一般情况下，在仪器显示故障点不放电时，若是电缆中间头故障都可听到非常明显的放电声，此声音比非电缆中间头故障放电声还要大。例如在北京市延庆县军都山隧道处理电缆故障时，故障现象为相间短路接地，用脉冲法未测出故障点距离，后改用冲闪法，仪器显示故障点未放电，因为是相间短路接地故障，凭借以往的经验判定是中间头故障，决定直接进隧道内探测故障，在离故障点1000m左右就听到故障点砰、砰的放电声，当走到故障点，掀开电缆沟盖板后发现电缆中间头炸裂。剥开电缆中间头外护套，见电缆故障点发生在连接管处，因电缆接头的两端只是用一根地线直接连接，放电点与地线构不成回路，造成仪器显示故障点不放电。对地埋的电缆，可直接用定点仪在已知的电缆路径上进行定点，若对此条电缆的接头位置有记载或有人员知道接头大概位置，则应按所掌握的资料提供的位置作为探测的重点，这样可提高工作效率。实践发现，运行中的电缆相间短路接地故障，当仪器显示故障点不放电时，其故障一般发生在电缆中间头处。所以制作电缆接头时，一定要按工艺去做，绝不能简化制作工艺，造成日后安全隐患。

2.5 精确定位电缆故障点

粗测出大概故障点的距离后，进行实际距离的估测，要充分考虑电缆的杆上距离，洞内的预留等。

2.5.1 隧道内的精确定位。在隧道内查找故障点时，因电缆在电缆沟内或悬挂在洞壁上，一般不用定点仪（但必须携带定点仪以防万一）。人员不易过多，2至3人一组。人多了，脚步声、人员移动时触动石子声将淹没电缆故障点微弱的放电声。用人耳去听故障点的放电声时，一般走3至5步蹲下身静听，对有怀疑处要伏下身去听，必要时掀开电缆盖板探进头听。注意有时洞内电缆沟上面，盖板破损或电缆外露，此时不是故障点电缆也有声音，千万不要认为是电缆的故障点的放电声。故障点的放电声与非故障点放电声是有区别的，非故障点的放电声听不到最响点。故障点朝上放电的故障好确定，故障点朝下放电且电缆沟内积满煤土时，就困难了，这时应使用定点仪进行定点。例如在花果山隧道处理电缆故障时，在粗测范围内除三块电缆盖板未掀开外，其他的盖板全部掀起还是听不到声音。直到把三块盖板全部掀起后，才听到了放电声。此故障点朝下且电缆沟内积满煤土，造成放电声音微弱用耳朵听不出来，若当时使用定点仪，则此故障点很轻易就能找到。可当时没带定点仪，出隧道去取往返要走几千米的路，造成了工作延误。这样的教训一定要汲取，进隧道处理电缆故障前必须将所需用的仪器准备、携带齐全，以防遗漏。

2.5.2 非隧道内的精确定位。先用皮尺量出粗测的故障点（也可以用脚步进行丈量还可以数接触网杆号进行计算），然后在其前后用定点仪进行探测。其方法是：将定点仪打至定点位，进行探听，无故障处耳机内听不到放电声，当有声音时越靠近故障点声音越大，故障点处声音最大。当电缆埋得浅时，有时能感觉到土的振动。挖出电缆后，在电缆上撒些干土面，通过观察土的震动情况判明故障点。找准故障点作好标记，降压放电后，再锯电缆（若电缆沟内同时有2条及以上电缆时，应使用电缆识别仪进行确认。确认无误后，方准下锯以确保人身安全）。若故障点距测试端较近时，因球隙的放电声大，听不到放电声时，可将球隙放到电缆的另一端，其方法是将球隙接于好相与坏相之间，此时加压端改接好相。还有一种方法，就是将测试设备远离电缆测试端，通过延长测试线的方法也可以解决问题，一般加长十几米测试线即可。好多情况下即使故障点就在测试端附近，通过定点仪也能发现故障点，这时要充分相信仪器，只要通过定点仪听到的放电声音大，并与其他处不同，就应该大胆作出故障点的判断。

2.5.3 精确定位的注意事项。

（1）运行多年的电缆在其上面经常有回填土，使电缆埋深加大。有时电缆又在石头下面，使故障点的放电声音无法直接传导到地面，即使传导到地面又遇到枯草，使微弱的声音分散，定点仪接收不到信号，此时必须先将电缆上面的浮土杂草清除，露出硬底后，再定点。

（2）在上有架空线干扰时，不能像往常那样站立定点，探测人员必须蹲在地上双手捧住定点仪进行定点，可以称之为“蹲测法”。

（3）在用定点仪定点时，有时电缆裸露部分也有放电声音，当电缆埋设深度不同时，埋得较浅处也有放电声，但这种放电声都不是故障点的放电声。故障点的放电声发闷，且故障点附近的放电声音有明显的强弱变化，而非故障点放电声均匀没有强弱变化。

（4）探测人员必须充满自信，形成自己较为完善的探测故障方法体系。

（5）不要受任何外界因素误导，产生错误判断。

（6）中间头故障的判断不能轻易下结论，具体判断方法在上面已经论述过了，在此不再赘述。

（7）不放过任何可疑点，探测人员有好的办法时，要立即向现场负责人建议并加以实施。

（8）在粗测与精测上多下功夫，尽量减少不必要的挖沟，盲目开挖电缆既查不出电缆故障点，又浪费了人力，更主要的是影响探测人员的信心。

3 电缆故障处理技巧

3.1 高、低压电缆故障处理的区别

3.1.1 在处理高压电缆故障时是将电缆故障的一相加压，其他相与铠相连接地，而在处理低压电缆故障时，则将故障电缆一相加压，其他相不短封，可直接对地或对另一相加压，具体情况视精确定点时放电声音好坏而定，当非故障点有放电声时，即整条电缆都有放电声时则必须对另一相加压。

3.1.2 处理低压电缆故障时所施加的冲击电压比处理高压电缆故障低。在用冲击法测距时，有人担心是否会把电缆打坏了，其实这种担心是不必要的。因为所施加的电压不是直接加到电缆上，而是通过电容储存电荷经过球隙变成冲击电流，造成故障点绝缘彻底烧穿接地，构成反射点，使仪器显示出故障波形。所施加的冲击电压由低往高升直到电缆故障探测能够显示故障波形為止。在处理低压电缆故障时，应尽可能地加大电容，以增大冲击电流，减少所施加的电压。冲击电流计算公式：

3.2 制作电缆接头

按电缆头附件尺寸要求做，但要注意以下五个问题（以交联聚氯乙烯电缆为例）：

3.2.1 电缆半导电层剥离后，必须将内绝缘擦拭干净，在庄户庙隧道电缆故障处理时，故障电缆半导电层是用半导电带缠绕的，剥开电缆后，想给电缆先做一下试验，结果是半导电层剥掉了但未对电缆内绝缘层进行擦拭，造成加压时电缆内绝缘爬弧燃烧，从中说明了电缆内绝缘层擦拭的重要性。

3.2.2 连接管压接时一定要压紧，有的人图省事，仅在连接管两端各压一下，造成此处接触电阻增大，运行时发热，致使绝缘老化，最终导致绝缘击穿，造成事故。

3.2.3 压接处必须锉平，不要留有毛刺以防刺伤电缆内绝缘层，降低电缆的绝缘性能。

3.2.4 电缆连接时要记好相标，不要接错。

3.2.5 有时在做电缆中间头时，因切除击穿点后，电缆不够长了，又没有预留，此时可用同截面积的裸绞线进行连接。采用此方法制作的电缆中间头已运行十几年，效果良好而且缩短了电缆故障处理时间。

3.3 电缆试验时注意的问题

3.3.1 长大电缆升压时要缓慢，因为电缆是容性的，加压时有充电过程，有的人经验少，升压过快造成试验仪器保护动作。

3.3.2 注意观察仪器的指针摆动情况，若表针周期性摆动，则被试电缆存在孔隙性缺陷，例如电缆外皮有接头、破损。

3.3.3 长大隧道内的电缆装有电容式开关柜时，若电缆与开关相连接时测量其电缆的绝缘电阻值是很低的。军督山隧道电缆最低相只有几十兆欧。遇到此种情况可直接进行直流耐压试验，只要能够耐得住所施加的电压即可放心地投入运行。

3.3.4 若时间允许，电缆经电阻放电时间越长越好。避免直接对地放电，造成电缆内绝缘呈树枝状永久性的损伤，这也是电缆达不到设计寿命的主要原因。

3.4 如何缩短电缆故障处理时间

3.4.1 周密准备，日常就将电缆故障抢修的仪器、工具、材料准备齐全。

3.4.2 确定是电缆故障后要立即要令，将电缆头拆下，做好相关准备工作，等候专业人员处理，以免影响抢修总体进度。

3.4.3 电纜故障测距时应由电缆两端分别测试，以提高测距的准确性（两端测距得的故障点距离相加等于电缆全长，则故障测距数据得到验证）。

3.4.4 分工要周详，根据作业组人员各自的特长给以相应的分工。

3.4.5 如果用汽油喷灯加热，要提前预热；隧道内避车时喷灯要拿到避车洞内以防熄灭；油质不好时，喷灯油嘴易堵，要准备好疏通喷灯的专用工具。

3.4.6 将处理过的电缆做好档案记录：电缆长度、截面积、中间头位置（若中间头附近有明显的参照物应重点记录）。

4 结语

通过对相关电缆故障处理的经验总结探讨体会到，只有掌握了电缆故障处理的正确方法，特别是波形的判读和定点，并在实践中不断总结，积累经验，按照电缆故障处理程序去做，才能在较短的时间内处理完高、低压电缆故障，使电力线路及早恢复供电。实践中的经验总结分析对实际工作指导借鉴意义重大，应该在每次电缆故障处理完毕，组织作业人员进行总结反思，并形成文字记录，为后人提供经验。

参考文献

[1] 韩伯峰.DGC电缆故障闪测仪原理与电缆故障测量[M].西安：陕西科学技术出版社，1993.

[2] 朱启林，李仁义，徐丙垠.电力电缆故障测试方法与案例分析[M].北京：机械工业出版社，2008.

作者简介：魏智永（1975-），男，河北玉田人，大秦铁路股份有限公司大同西供电段助理工程师，研究方向：变配电所亭设备施工、检修、试验。