高压电力电缆接地故障的诊断

国家电投集团宁夏能源铝业有限公司临河发电分公司 马学义

高压电力电缆接地故障是电力系统中常见的一种故障，会影响到电力的输送和影响社会生产，因此必须快速查出故障。基于此，文章针对高压电力电缆接地故障的成因以及具体类型进行介绍，并分析了低压脉冲发射法、电桥法、声波法、声磁同步法及电缆烧穿法等故障检测手段，为高压电力电缆接地故障的诊断提供了有效参考。

引言：电力系统建设中电力电缆的使用越来越普及。电缆的健康运行受多种因素的影响。例如铺设中的机械拉力、扭力；电缆的中间接头、终端接头制作工艺不良；电缆运行中受到压力冲击、人为破坏等等。因此，会出现各种接地故障问题，导致电力供应中断，影响生产生活，造成经济损失。为此，要积极利用一些现有的仪器设备和原理、方法，对电缆的故障进行检测、诊断和排除，能够迅速使电缆恢复正常运营。

一、高压电力电缆重要性与常见故障类型

高压电力电缆是电力电缆当中的一种，主要指的是输电电压达到1kV-1000kV的电缆，这种电力电缆一般都应用在电力传输以及分配的领域，因此一旦发生了接地故障就会造成重大损失。由于一些特殊环境的限制和电力技术设计要求，需要高压电力电缆送电，若发生接地故障，就会影响电缆正常运行，甚至发生火灾事故，带来人身伤害和财产损失，无法估量。

高压电力电缆故障主要分为四种，分别为短路性故障、接地性故障、断线性故障以及混合性故障。高压电力电缆故障产生的一个重要成因就是由于自身处于地下位置，在完成铺设之后，如果电缆附近再次开展其他施工活动，很有可能造成电缆的损坏，甚至由于一些地区地质灾害频发，对于电缆来说也会造成毁灭性的打击。如果发生了损坏，不能及时修复，会导致一条电力线路中断高压输电。电力电缆故障的成因还会由于自身的设备质量而产生，无论是外力还是内因的因素，都需要得到及时的诊断以及维修。根据不同的故障类型需要对症下药，选取适当的方案进行解决。

二、高压电力电缆接地故障成因

（一）机械性损伤导致接地故障

在高压电力电缆的故障当中，一种十分常见的故障类型就是机械性损伤，这种损伤成因可以占到故障总量的一半以上。所谓机械性故障就是电力电缆在铺设以及运行过程当中受到了外力的作用，有直接外力损伤、施工损伤、自然损伤等。在当时并不会具有十分明显的表现，但是随着时间的推移，小的损伤慢慢恶化，最后变成了大的损伤。机械性损伤的成因较多，同时也难以发现。电缆要根据电力规程的技术要求，对电缆加强绝缘监督和巡查。

（二）绝缘受潮导致接地故障

高压电力电缆接地故障的另一种常见类型是绝缘受潮，这种现象和电缆所处的恶劣环境具有十分重要的关系。高空架设的电缆，还是地下敷设的电缆，由于常年受到雨淋和地下水分的侵蚀，加上电缆中间接头、终端接头制作工艺和质量存在的瑕疵，密封不良，使电缆不免受潮气侵袭，日积月累，电缆受潮，表现为绝缘电阻降低，泄漏电流增大。导致电缆热损耗增加，加大病情，带病运行，为电缆的故障发生埋下了隐患。电缆接头或套管表面脏污、潮湿对电缆绝缘电阻有较大影响。为了杜绝电缆受潮，一是要选用质量上乘的电缆接头绝缘护套，二是要在制作工艺上精益求精，三是平常要加大对电缆的巡视和维护保养。

（三）绝缘老化导致接地故障

电缆日常在电和热的双重作用下运行，甚至过负荷运行和受到过电压的冲击，其介质损耗都会增加，其物理性能会逐渐发生变化，使其绝缘性能慢慢降低，电缆芯周围的绝缘材料就会随着时间的推移，慢慢老化，其绝缘电阻减小，耐压水平下降，电缆的使用寿命降低就不可避免。绝缘老化这一类型的电力电缆接地故障也十分常见，并且大部分都存在于长时间使用之后的电力电缆当中。

（四）低阻和高阻故障

如果电缆相间绝缘或是相对地绝缘受损，其绝缘电阻减小到一定程度，就成称为低阻故障。相对地绝缘电阻减小到150Ω以下时便认为是低阻故障，如果此绝缘电阻继续减小到零，这种情况被称之为短路故障，是属于低阻故障的特殊情况。若故障点在电缆终端头，当相对地绝缘电阻小于电缆特性绝缘阻抗才认可为低阻故障。相对于低阻故障，若电缆相间或相对地故障绝缘电阻较大，通常称为高阻故障，它包括泄漏性高阻故障和闪络性故障。在电缆做预试时，泄漏电流是随试验电压的升高而逐渐增大且其值大大超过规定的泄漏值，是泄漏性故障的特点；闪络性高阻故障则恰恰相反，其特点是故障点不但没有形成低阻通道，绝缘电阻反而却很大。做试验时，当电压升高到一定值时，泄漏电流才突然增大，当电压稍降低时，此现象又消失了。

三、高压电力电缆接地故障的有效诊断方法

开展高压电力电缆的接地故障诊断，拥有多种办法，其分为电缆故障测距技术以及电缆精确定位技术，其中测距技术包含有低压脉冲发射法以及电桥法，电缆精确定位技术包含有声波法、声磁同步法以及电缆烧穿法。无论哪一种方法都拥有自身独特的技术特点以及其优势，应当根据现实情况选择适宜的办法。一般先用兆欧表测量每相对地绝缘电阻，粗略判断是高阻故障还是低阻接地。

（一）低压脉冲发射法

低压脉冲发射法检查高压电力电缆的接地故障是一种无损的查找技术。这项技术能够通过低压电流窄脉冲信号进行发送，这种信号在发送到了电力电缆当中之后，就会在信号短路点、接头以及短路点遇到发送出的信号，并且由于接收到位置的不同，在反馈的波形上就存在一定的差别。低压脉冲发射法在检测过程当中主要是利用了危及计算机的反射时间差，进行反射波形的测量，这种故障诊断的方式，实质上是利用电流的形式，将故障反映到计算机当中，能够有效提升电力电缆接地故障诊断的效率。一般来说，如果反射的波形为正波形，那么就是短路点，如果反射的是负波形，也是短路点，而反射出的波形较为平缓，并且是正负波形，那就意味着故障产生的位置是中间的接头部分，故障的特点是低阻故障。在电力电缆接地故障的低压脉冲发射法诊断当中，使用的范围与频率较广，在其中，针对电缆短路，断路以及低阻故障开展监测十分有效，并且还能够应用在测量电缆的具体长度以及区分T型接头和终端头的方面。低压脉冲发射法使用的过程当中，重点就是保证对于波形的解读，牢记不同波形代表的故障种类。

（二）电桥法

电桥法是一种检测低阻接地故障的有效手段，这种方式能够有效针对高压电力电缆当中出现的较为常见的低阻接地故障进行检测，应用的主要原理是电桥原理。电桥法开展检测工作，主要的诊断方式就是在电缆的外部进行电阻阻值的调节，通过电阻阻值的变化来保证在电桥两段拥有一个平衡的状态，这样能够开展计算工作。经过计算之后，结合数值与经验规律，就可以有效判断出电力电缆的故障点具体为止。在电力电缆的接地故障当中，低阻接地故障是一种常见的现象，电桥法的优势在于使用较为便利，工作效率较高。

（三）声波法

声波法进行高压电力电缆的接地故障诊断，能够将声波作为检测的工具，通过发射声波的方式判断故障的位置以及类型。声波法诊断接地故障时，首先需要把高压脉冲发射到电力电缆当中，当高压脉冲到达了故障点位置以后，就能够利用声波携带的能量击穿接地点，这样一来就会产生一声短暂的响声，通过拾音器，能够将这个声音扩大，从声响进行故障的位置的判断。声波法进行电缆接地故障的位置确定，使用起来能够体现出准确的优点，同时还可以保证在位置判断时，效率不断提升。声波法在高阻接地故障和闪络形故障的诊断和检测当中较为常见，并且具有良好的使用效果（郭法安.中压配电网三芯电缆接地电流的机理与应用[D].山东大学,2016）。

（四）同步法

声磁同步法主要应用的方向是一些低阻接地故障以及高阻接地故障，声磁同步主要应用的器材是高压脉冲发射器。高压脉冲发射器可以发射出高压脉冲，将其输送到电力电缆当中，当脉冲到达了故障发生的位置之后，就可以将故障的电磁信号以及击穿接地瞬间的声音信号进行反馈。声磁同步法应用的过程当中不能够缺少的是电磁探测仪以及高频拾音器，这两种设备是帮助了解声音反馈的重要器材。再利用声磁同步法进行诊断检测时，需要注意的是，低阻接地故障以及高阻接地故障，是较为适合声磁同步法的，需要发挥出自身的优势，以此才能够提升诊断的准确性。在使用电磁探测仪以及高频拾音器之前也需要能够进行调试和校验。

（五）电缆烧穿法

不同于利用以上几种方法进行电力电缆的接地故障诊断，电缆烧穿法开展故障的检验诊断能够在声波法、声磁同步法不能够击穿接地点的情形下，利用电缆烧穿仪器进行高压小电流的发射。电缆烧穿法在发射电流之后，能够促使电力电缆进行不间断的短路发热，从而保证在外部的绝缘热老化以及碳化，以此能够有效判断出电缆故障发生的具体为位置。电缆烧穿法和声波法以及声磁同步法使用的区别在于，电缆烧穿法能够适应更多的情境，保证诊断工作的进行。电缆烧穿法的使用能够帮助有效观察电压泄露以及残压电流值，通过数据的变化来了解是否为高阻故障。电缆烧穿法的使用对于一些较难诊断的电力电缆接地故障，具有良好的使用效果。

结论：综上所述，在开展高压电力电缆接地故障的诊断工作时，必须要能够了解到相关故障的成因以及具体的类型。高压电力电缆接地故障的有效诊断方法当中，每一种方法都能够发挥自身的优势进行诊断工作，需结合具体情况进行选择分析。有时或许需要两种方法的配合使用会更准确。

参考：罗晓键，高压电力电缆接地故障查找技术：电子技术与软件工程，2017；成志威，城市电缆线路绝缘故障诊断技术研究：长沙理工大学，2015。