电力电缆故障测试技术研究

摘 要：本文阐述10kV电力电缆故障产生的原因和电力电缆故障的类型以及电力电缆故障测试技术，分析不同故障类型所采用的测试技术。

关键词：电缆故障 故障原因 故障类型 故障测试技术

1 前言

随着社会经济的发展，用电量日益增加，对电力的需求量越来越大，电网的安全稳定运行至关重要。作为连接各种电气设备、传输和分配电能的电力电缆，以其安全、维护工作量少，稳定性高，有利于提高电能质量及美化城市等优点，得到广泛的应用。运行电缆数量的急剧增加，相应的电缆故障随之增多，因此有必要对电力电缆故障测试技术进行深入研究。

2 电缆故障产生的原因

电力电缆发生故障的原因是多方面的，常见的故障原因如下：

（1）机械损伤：直接受外力破坏、施工损伤以及自然损伤等。

（2）绝缘受潮：接头盒或终端盒进水、电缆制造不良有小孔或裂缝、金属护套被外物刺伤或腐蚀穿孔等。

（3）绝缘老化变质：电缆长期过电压运行、电缆长期受热、与周围环境的不良化学反应、产品质量缺陷及制作质量缺陷等。

3 电力电缆故障类型分析

按故障性质分为：接地故障、短路故障、断线故障、闪络故障和综合故障。

（1）接地故障：电缆一线芯或数线芯接地而发生的故障。

（2）短路故障：电缆线芯之间绝缘完全破损形成短路而发生的故障。

（3）断线故障：电缆一线芯或数线芯断开而发生的故障。

（4）闪络故障：电缆存在故障，但故障点没有形成通道，例如击穿故障、封闭性故障，都属于闪络故障。

（5）综合故障：同时具有上述两种以上的故障称为综合故障。

按故障电阻值分为：低阻故障、高阻故障、开路故障。电缆故障点的直流电阻小于电缆特性阻抗称为低阻故障，反之称为高阻故障。

4 电力电缆故障的测试方法

4.1 电缆故障的检测步骤

（1）判断电缆故障性质

判断电缆故障性质，一般采用2500V或10kV绝缘电阻摇表和万用表进行测量，判断方法如下：

其一，是摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻，或芯与芯之间绝缘电阻，当R<1OOKΩ时，该故障类型是低电阻接地故障。

其二，是摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻，或芯与芯之间绝缘电阻，当R>100KΩ时，该故障类型是高电阻接地故障。

其三，是摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻，进行导体连续性试验。当绝缘电阻R正常时，故障原因是导体连续性试验发现有断线，断线故障。

其四，是摇测电缆一芯或几芯对地绝缘电阻，进行导体连续性试验。当绝缘电阻R较高或较低时，故障原因是导体连续性试验发现一芯或几芯导体不连续，断线并接地故障。

其五，是预防性耐压试验。当闪络有时会连续多次发生，每次间隔几秒到几分钟，故障类型是闪络性故障。

（2）粗测距离

当确定了故障电缆的故障性质后，根据故障性质，选择适当的测试方法测出故障点到测试端或末端的距离，称为粗测距离。故障距离的粗测方法，包括经典法（如电桥法及其变形等）和现代法（脉冲反射法）。

（3）精测定点

在粗测出故障距离后，判断出故障点所处的大概位置，经过精测定点，准确地定出故障点所在的具体位置。

（4）测试误差的消除

在电缆的始端检测后，如果条件许可，可将仪器搬到末端再测一次，取始端测量值与始端计算值的平均值（電缆全长减去末端的测量值，即为始端的计算值），从而消除测试误差。

4.2测距的理论方法

（1）电桥法

电桥法适用于检测低阻接地、外护套和短路故障。电桥法的工作原理是将被测电缆终端故障相与非故障相短接，电桥两臂分别接故障相与非故障相。

（2）低压脉冲反射法

低压脉冲反射法适合于检测低阻故障、接地故障和开路故障，且能够测量电缆的全长及电波在电缆中的传播速度。在低阻和接地故障处，因电缆的故障电阻小于电缆特性阻抗，当入射脉冲输入到电缆后在低阻和接地故障点产生反极性脉冲，每一个反极性脉冲的下降沿就是故障点的反射波形。如果电缆出现开路故障，输入到电缆的发射脉冲将产生全反射，在测试端能够收到同极性的反射脉冲，并且接收到的同极性的脉冲的上升沿就是故障点产生的反射的波形。

（3）直流高压闪络法

直流高压闪络法主要是应用于检测高阻闪络故障，高压检测设备若把电压上升到某确定的值时就会产生闪络击穿。根据取样方式的不同，直流高压闪络法分为电压取样法和电流取样法。利用直流高压闪络法得到的波形简单易懂，缺点是不能多次重复使用该方法。在实际检测作业中要及时保存直流高压闪络法测试所得的波形。

（4）冲击高压闪络法

冲击高压闪络法主要应用于泄漏性高阻故障及闪络性高阻故障。冲击高压闪络法可分为电压取样法和电流取样法，该方法在储能电容与电缆之间串入一个球形间隙。当电容不断积累电压并达到足够高时，球形间隙就被击穿而导通，此时电容上的高压就会对电缆放电产生闪络击穿，得到故障点的波形。

（5）二次脉冲法

二次脉冲法的过程是：对电力电缆释放一个足够高的高压脉冲，使电缆的故障点产生闪络击穿，在故障点的电弧未熄灭时紧接着触发释放第2个低压脉冲，对于低压脉冲，故障点就是完全短路的。

检测仪器接收到的低压脉冲反射波形相当于故障点接地阻抗为零而得到的波形。如果把释放高压脉冲时得到的低压脉冲波形与未释放高压脉冲时得到的低压脉冲波形进行相加，两个波形会产生一个发散点，发散点就对应着故障点的反射波形点。

（6）三次脉冲法

三次脉冲法的原理如下：不破坏电力电缆故障点，给电缆施加低压脉冲，得到低压脉冲的反射波形；在电缆上施加高压脉冲，电缆故障点被击穿并且产生电弧；当检测到电弧电压降到一定值时，施加中压脉冲来延长与稳定电弧放电的时间，再施加低压脉冲，得到故障点的低压脉冲反射波形，把未施加高压脉冲得到的低压脉冲波形与施加高压脉冲得到的低压脉冲波形进行叠加，产生发散点，即故障点对应的位置。

5电力电缆故障点精确定位

5.1电缆路径仪的探测技术

由于敷设在地下的电缆与周围的土壤介质在导电性、导磁性、密度或其它理化性质上存在着差异，从而能被探测、识别和区分。目前应用于电缆探测的方法有电磁法、直流电法、地震波法、放射性跟蹤法和地质雷达等。

5.2电力电缆故障点精确定位原理

（1）冲击放电声测法

冲击放电声测法的测量接线。利用直流高压试验设备使电容器充电、储能，当电压达到某一数值时，经过放电间隙向故障相电缆芯放电，在放电时将产生火花放电，引起电磁波辐射和机械的音频振动。根据粗测时所确定的故障点大致位置，在地表面用声波器接收探头反复探测，找到地表面振动最大、声音最大处即为电缆故障点的位置。

（2）音频法

音频法主要针对电缆接地电阻特别低的情况。此方法是测出电缆接地点大致距离后，将电缆两端及接地线悬空，在一端对故障相及电缆地线间加入音频信号；根据粗测时所确定的故障点大致位置，用拾音器测听电缆，当测试超过故障点时，音频信号衰减很快，此处即为电缆接地故障点。

（3）声磁同步法

当采用冲击放电时，在故障点产生放电声和高频电磁波向地面传播。在地面用声磁探头可同时接收声信号和磁信号，电磁波起辅助作用，用来确定所听到的声音是否是故障点的放电声，由于声波与电磁波的传播速度不同，在地面每一点可用声磁同步定点仪测出声信号和磁信号的时间差，时间差最小点即为故障点的准确位置。

（4）跨步电压法

通过向故障相和大地之间加入一个直流高压脉冲信号，在故障点附近用电压表检测放电时两点间跨步电压突变的大小和方向来找到故障点的方法，称为跨步电压法。

6结束语

电力电缆长期运行中受到多种因素影响，会出现各种各样的故障。因此，正确分析电力电缆故障原因，采用行之有效的电缆故障测试技术，快速定位故障位置，缩短停电时间，确保电缆的安全稳定运行，对于企业正常生产和人民生活尤为重要。

参考文献：

[1]刘欣.高压电力电缆故障原因分析和试验方法研究[J].低碳技术，2016（08）：42-43.

作者简介：

方世烟（1985），女，汉族，福建省莆田市，硕士研究生，国网漳州供电公司，电力系统运行与维护。