电力电缆故障及处理方法

李玥++曾勇俊++孙涛

摘 要：本文针对不同的电缆故障情况进行分析，总结了一般电缆故障的处理步骤。并详细介绍了电缆故障点粗测的电桥法和波反射法。最后绍了电缆故障定点的常用方法。

关键词：故障测寻 电桥法 脉冲反射

中图分类号：TM247 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（c）-0116-02

电缆在正常运行和检修作业中易受绝缘老化、绝缘受潮、电缆过热、机械损伤、护层腐蚀、过电压、材料缺陷、中间接头和终端头的设计制造工艺问题等影响而引发故障[1]。针对不同的故障类型，有不同的处理方式。故障测寻则是根据检测到的故障状况确定故障性质及故障点。目前常见的故障点粗测的方法是电桥法和波反射法。通过故障定点，运维人员就可对故障进行修复，从而使电缆恢复正常运行。

1 电缆故障性质的确定

1.1 电缆故障按性质分类

1.1.1 低阻抗接地或短路故障

电缆一芯或数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻值低于数千欧，而导体的连续性良好。一般常见的有单相接地、两相或三相短路、两相或三相接地。

1.1.2 高阻抗接地或短路故障

电缆一芯或数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻值低于正常值很多，但导体的连续性良好。一般常见的有单相接地、两相或三相短路接地。

1.1.3 断线故障

电缆各芯绝缘良好，但有一芯或数芯导体不连续。

1.1.4 断线并接地故障

电缆有一芯或数芯导体不连续，而且经电阻接地。

1.1.5 闪络性故障

这类故障大多在预防性耐压试验时发生，并多出现于电缆中间接头或终端内。发生这类故障时，故障现象不一定相同。

1.2 低阻故障与高阻故障的区别

上述五类故障中，低阻和高租之分并非绝对固定，它主要决定于故障的测寻方法、测寻设备的条件和被试电缆导体电阻的大小。目前使用的电缆探伤仪试验电压可达600 V，当电缆导体回路电阻在1 Ω以下时，容许的故障电阻值可达100 kΩ。很明显，试验电压愈低或电缆导体回路电阻愈小，则容许的故障电阻值愈低。测量高电阻故障时，必须提高试验电压或增加检流计的灵敏度。一般认为故障电阻在数千欧以下为低阻故障。当使用低压脉冲法或闪络法测寻电缆故障时，通常认为100 Ω低阻故障和高阻故障的分界线。

1.3 故障定性

所谓故障定性，就是指确定故障电阻是高阻还是低阻；是闪络还是封闭性闪络故障；是接地、短路、断线，还是他们的组合；是单相、两相，还是三相故障。通常可根据故障发生时出现的现象，初步判定故障的性质。当通过故障现象还不能完全将故障性质确定下来的，还必须测量电缆的绝缘电阻和进行线芯的导通试验。

2 电缆故障的测寻步骤

确定了故障性质以后，即可运用各种手段查找故障点。以便于运维人员进行维护。

2.1 一般的故障测寻步骤

Step1：确定故障性质。

Step2：故障点的烧穿。

如果故障电阻很高，通过施加冲击电压或交流电压烧穿故障点，将高阻故障或闪络性故障变为低阻故障，以便进行粗侧。

Step3：粗侧。

就是测出故障点到电缆任意一端的长度。

Step4：探测故障电缆线路的敷设路径。

对于直埋、排管、充砂电缆沟敷设的电缆就是找出故障电缆的敷设路径和埋设深度，以便进行定点精测。

Step5：故障定点。

就是采用声测、感应、跨步电压等方法进行故障点的精确定位。

上述五个步骤是一般的寻测步骤，不是固定不变的，实际的工作中可根据具体情况省去其中的某些步骤。

2.2 电缆故障点的烧穿

随着交联聚乙烯电缆的大量应用和绝缘监督工作的加强，电缆在运行中发生的故障逐渐减少，而在试验中的故障相对增多。另外外力破坏引起的故障虽然比以前大大减小，但占故障总数的比例还是很高的。据有关运行单位的统计[4]，试验击穿点的故障电阻一般都很高，90%以上是高阻故障，在电缆运行时绝缘老化和外力破坏所引发的故障中，高阻故障也占70%以上。因此，在发生的电缆故障中，高阻故障站了绝大多数。但很多粗测、定点方法和测量仪器必须在较低电阻下才能使用，这就需要将高阻故障进行烧穿处理，使高阻变低阻，以便于测量。

电缆故障点的烧穿方法有交流烧穿、直流电压烧穿和冲击电压烧穿三种。

交流电压烧穿时需要向故障电缆提供无功电流，所以烧穿设备的容量必须足够大。而采用交流烧穿方法时，由于工频电流在一个周期内要两次过零，每次过零时绝缘有所恢复，故障电阻迅速增大，故障点容易被烧断。因此，当没必要将故障点电阻烧到100 Ω以下时，一般不使用交流烧穿法。冲击电压烧穿对设备的容量要求不大，容易实现，但烧穿时间相对较长。

3 故障定位

电缆故障定位，就是查找故障点。分为故障点的粗测和故障点定点[4]。

3.1 故障点的粗测

故障点的粗测就是测出故障点到电缆任意一端的距离，这一步是故障定点的前提。粗测方法有很多种，按基本原理归纳有两类：一类为电桥法，另一类为波反射法。

3.1.1 电桥法

电桥法又分为低压电桥法和高压电桥法。利用故障点两侧的电缆线芯电阻与比例电阻构成Whitestone/Murray电桥是传统经典的探测方法。图1是这类探测法的原理图。

设被测电缆两端距故障点的距离为L1和L2，电缆全长为L，它们对应的线芯的电阻为R1和R2，显然R1/R2 = L1/L2；接入电桥后构成的电路如图2所示。图中r1+r2 =r0为比例电位器，其电阻值对应于刻度盘读数P。平衡后有R1/R2 = L1/L2 = r1/r2；且L1/L = r1/r0 = P%，因此有L1 = L·P%。endprint

3.1.2 波反射法

波反射法分为一次脉冲法（低压脉冲法）、二次脉冲法、弧反射法、三次脉冲法等[6～8]。脉冲波在电缆中以一定速度传播，在电缆击穿点或电缆端部反射，波反射法根据脉冲的时间差定位，适用范围广，可以定位未知电缆长度及断线故障。如图3是脉冲反射原理。

3.2 故障定点

电缆运行或检修技术人员根据电缆故障预定位的结果，在电缆故障点附近，通过仪器和设备对电缆故障点的位置进行精确定位的过程。这一步骤的结论是在0.1米范围内指出故障点的位置。常用的方法是声磁同步法、跨步电压法和音频感应法。

3.2.1 声磁同步法

声磁的原理接线与冲击电压烧穿故障点的接线图相同。直流高压向电容器充电使球隙击穿，将电压加在故障点上，使故障点击穿产生火花放电，引起电磁波辐射和机械的音频振动。声磁同步法的原理就是利用放电的机械效应，在地面用声波接收器探头拾取振波，根据振波的强弱判定故障点。

3.2.2 跨步电压法

跨步电压法对电缆护套故障有很好的检测效果。因而主要是针对电缆护套故障的有效定位手段。原理如图4所示，在故障电缆金属护套上施加一负极性的直流电压，从G点流入土壤的电流形成“V”形的电位分布，跨步电压法正是通过探棒寻找土壤中电势最低点确定故障点位置的。在故障点两侧。地电势差是相反的，越接近故障点电势差越小。

3.2.3 音频感应法

音频感应法一般用于故障电阻小于10Ω的低阻故障的定点。当用声磁同步法进行定点时，因振动声传播受到屏蔽，或外界振动干扰很大，以及接地电阻极低，特别是金属性接地故障的故障点根本无放电声而无法定点时，需用音频感应法进行定点。

音频感应法定点的基本原理与用音频感应法探测电缆路径的原理一样。探测时，用1kHz的音频信号发生器向待测电缆通音频电流，发出电磁波。然后在地面上用探头沿电缆路径接受电缆周围电磁场的变化信号，并送入放大器放大。再将放大后的信号送入耳机或指示仪表，根据耳机中声响的强弱或指示仪表示值的大小定出故障点的位置。在故障点，耳机中音频信号声响最强。当探头从故障点前移1～2 m时，音频信号声响即中断，则音频信号声响最强处即为故障点。

4 结语

综上所述，在故障粗测时采用故障点两侧电缆线芯电阻与比例电阻构成的Murray电桥，是传统经典的定位方法。由此构成的设备，价格低廉、操作简单。由于过去低压电桥法仪器测量电压低，通常被认为不适宜高阻。高压电桥彻底解决了电桥法用于高阻定位的局限性。电桥法的优势是无盲区、精确、使用方便。波反射法中的低压脉冲法适用于0～1 kΩ的低阻接地故障，高阻接地故障时先用高压脉冲信号将高阻瞬间击穿，然后采用弧反射法或低压脉冲信号快速测量故障点反射信号进而探测故障点信息。上述各种方法都有各自的适用环境，对于一些复杂故障，可组合使用上述方法以求获得最佳探测效果。

参考文献

[1] 史传卿.电力电缆安装运行技术问答[M].北京：中国电力出版社，2002.

[2] 卓金玉.电力电缆设计原理[M].北京：机械工业出版社，1999.

[3] 徐应麟.电线电缆手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4] 电工进网作业许可考试参考教材[M].北京：中国电力出版社，2007.endprint

3.1.2 波反射法

波反射法分为一次脉冲法（低压脉冲法）、二次脉冲法、弧反射法、三次脉冲法等[6～8]。脉冲波在电缆中以一定速度传播，在电缆击穿点或电缆端部反射，波反射法根据脉冲的时间差定位，适用范围广，可以定位未知电缆长度及断线故障。如图3是脉冲反射原理。

3.2 故障定点

电缆运行或检修技术人员根据电缆故障预定位的结果，在电缆故障点附近，通过仪器和设备对电缆故障点的位置进行精确定位的过程。这一步骤的结论是在0.1米范围内指出故障点的位置。常用的方法是声磁同步法、跨步电压法和音频感应法。

3.2.1 声磁同步法

声磁的原理接线与冲击电压烧穿故障点的接线图相同。直流高压向电容器充电使球隙击穿，将电压加在故障点上，使故障点击穿产生火花放电，引起电磁波辐射和机械的音频振动。声磁同步法的原理就是利用放电的机械效应，在地面用声波接收器探头拾取振波，根据振波的强弱判定故障点。

3.2.2 跨步电压法

跨步电压法对电缆护套故障有很好的检测效果。因而主要是针对电缆护套故障的有效定位手段。原理如图4所示，在故障电缆金属护套上施加一负极性的直流电压，从G点流入土壤的电流形成“V”形的电位分布，跨步电压法正是通过探棒寻找土壤中电势最低点确定故障点位置的。在故障点两侧。地电势差是相反的，越接近故障点电势差越小。

3.2.3 音频感应法

音频感应法一般用于故障电阻小于10Ω的低阻故障的定点。当用声磁同步法进行定点时，因振动声传播受到屏蔽，或外界振动干扰很大，以及接地电阻极低，特别是金属性接地故障的故障点根本无放电声而无法定点时，需用音频感应法进行定点。

音频感应法定点的基本原理与用音频感应法探测电缆路径的原理一样。探测时，用1kHz的音频信号发生器向待测电缆通音频电流，发出电磁波。然后在地面上用探头沿电缆路径接受电缆周围电磁场的变化信号，并送入放大器放大。再将放大后的信号送入耳机或指示仪表，根据耳机中声响的强弱或指示仪表示值的大小定出故障点的位置。在故障点，耳机中音频信号声响最强。当探头从故障点前移1～2 m时，音频信号声响即中断，则音频信号声响最强处即为故障点。

4 结语

综上所述，在故障粗测时采用故障点两侧电缆线芯电阻与比例电阻构成的Murray电桥，是传统经典的定位方法。由此构成的设备，价格低廉、操作简单。由于过去低压电桥法仪器测量电压低，通常被认为不适宜高阻。高压电桥彻底解决了电桥法用于高阻定位的局限性。电桥法的优势是无盲区、精确、使用方便。波反射法中的低压脉冲法适用于0～1 kΩ的低阻接地故障，高阻接地故障时先用高压脉冲信号将高阻瞬间击穿，然后采用弧反射法或低压脉冲信号快速测量故障点反射信号进而探测故障点信息。上述各种方法都有各自的适用环境，对于一些复杂故障，可组合使用上述方法以求获得最佳探测效果。

参考文献

[1] 史传卿.电力电缆安装运行技术问答[M].北京：中国电力出版社，2002.

[2] 卓金玉.电力电缆设计原理[M].北京：机械工业出版社，1999.

[3] 徐应麟.电线电缆手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4] 电工进网作业许可考试参考教材[M].北京：中国电力出版社，2007.endprint

3.1.2 波反射法

波反射法分为一次脉冲法（低压脉冲法）、二次脉冲法、弧反射法、三次脉冲法等[6～8]。脉冲波在电缆中以一定速度传播，在电缆击穿点或电缆端部反射，波反射法根据脉冲的时间差定位，适用范围广，可以定位未知电缆长度及断线故障。如图3是脉冲反射原理。

3.2 故障定点

电缆运行或检修技术人员根据电缆故障预定位的结果，在电缆故障点附近，通过仪器和设备对电缆故障点的位置进行精确定位的过程。这一步骤的结论是在0.1米范围内指出故障点的位置。常用的方法是声磁同步法、跨步电压法和音频感应法。

3.2.1 声磁同步法

声磁的原理接线与冲击电压烧穿故障点的接线图相同。直流高压向电容器充电使球隙击穿，将电压加在故障点上，使故障点击穿产生火花放电，引起电磁波辐射和机械的音频振动。声磁同步法的原理就是利用放电的机械效应，在地面用声波接收器探头拾取振波，根据振波的强弱判定故障点。

3.2.2 跨步电压法

跨步电压法对电缆护套故障有很好的检测效果。因而主要是针对电缆护套故障的有效定位手段。原理如图4所示，在故障电缆金属护套上施加一负极性的直流电压，从G点流入土壤的电流形成“V”形的电位分布，跨步电压法正是通过探棒寻找土壤中电势最低点确定故障点位置的。在故障点两侧。地电势差是相反的，越接近故障点电势差越小。

3.2.3 音频感应法

音频感应法一般用于故障电阻小于10Ω的低阻故障的定点。当用声磁同步法进行定点时，因振动声传播受到屏蔽，或外界振动干扰很大，以及接地电阻极低，特别是金属性接地故障的故障点根本无放电声而无法定点时，需用音频感应法进行定点。

音频感应法定点的基本原理与用音频感应法探测电缆路径的原理一样。探测时，用1kHz的音频信号发生器向待测电缆通音频电流，发出电磁波。然后在地面上用探头沿电缆路径接受电缆周围电磁场的变化信号，并送入放大器放大。再将放大后的信号送入耳机或指示仪表，根据耳机中声响的强弱或指示仪表示值的大小定出故障点的位置。在故障点，耳机中音频信号声响最强。当探头从故障点前移1～2 m时，音频信号声响即中断，则音频信号声响最强处即为故障点。

4 结语

综上所述，在故障粗测时采用故障点两侧电缆线芯电阻与比例电阻构成的Murray电桥，是传统经典的定位方法。由此构成的设备，价格低廉、操作简单。由于过去低压电桥法仪器测量电压低，通常被认为不适宜高阻。高压电桥彻底解决了电桥法用于高阻定位的局限性。电桥法的优势是无盲区、精确、使用方便。波反射法中的低压脉冲法适用于0～1 kΩ的低阻接地故障，高阻接地故障时先用高压脉冲信号将高阻瞬间击穿，然后采用弧反射法或低压脉冲信号快速测量故障点反射信号进而探测故障点信息。上述各种方法都有各自的适用环境，对于一些复杂故障，可组合使用上述方法以求获得最佳探测效果。

参考文献

[1] 史传卿.电力电缆安装运行技术问答[M].北京：中国电力出版社，2002.

[2] 卓金玉.电力电缆设计原理[M].北京：机械工业出版社，1999.

[3] 徐应麟.电线电缆手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4] 电工进网作业许可考试参考教材[M].北京：中国电力出版社，2007.endprint