常见电缆故障的探测方法及应用

许湛扬　罗航

【关键词】常见电缆故障；探测方法；应用研究；配网；故障定位技术

前言

为有效降低配网架空路线所产生的费用，提高配网线路的安全性稳定性，在配网建设中电缆得到了广泛的应用。同时，由于电缆长期掩埋于地下潮湿环境之中，所以电缆非常容易受到潮湿环境的影响，从而导致电缆绝缘性大大降低。当电缆发生故障时，若无法及时对电缆故障进行处理与维护，则会导致配网系统发生严重的故障，所以配网电缆故障探测及故障位置定位研究成为配电网从业人员所需要关注的热点问题[1]。基于此，本文对配网中常见的电缆故障探测方法及应用展开探究，并提出相应的改善方式。这对促进配网供电的稳定性和安全性具有重要的现实意义。

一、配电网中常见电缆故障探测的重要性

在针对配网电缆的故障进行探测时，传统人工电缆检测的方法已经无法充分满足现阶段对电缆故障探测的精确度高与低成本等方面的需求。因此，国内配电网电力系统的发展以及电缆故障问题的探测会逐渐向智能化、自动化方向发展。自动化控制技术与故障探测技术两者之间的有效结合，能够快速、精准地实现对电缆故障位置的定位，及时处理配网电缆故障，以此充分保障配电网电力系统的电能稳定输出。

二、配网电缆故障的原因及分类

（一）故障原因

图1 配网电缆的机械损伤示意图

城市化进程不断推进，由于城市土地资源相对比较稀缺，传统的配网架空线路设计严重影响了城市的规划发展。如今，电力电缆线路已经逐渐替代了传统配网架空线路的设计。根据电缆技术的发展，电缆所承受的电压等级得到了进一步的提高，其电缆的绝缘材料设计，从常见的橡胶绝缘材料转变成了气体绝缘材料、交联聚乙烯、合成橡胶和聚氯乙炔等性能更好的绝缘材料。但受配网常见故障的维护工作影响，需要进一步加强对电力故障进行探测研究，并制定完善的电缆故障维护的方法[2]。

（二）常见电缆故障分类

配网常见电缆故障一般分为电缆外部故障、电缆自身故障以及低阻电缆故障等类型。其中，从配网电缆的外部故障方面来看，主要是由于电缆线路在实际铺设作业时，可能受到施工设备的影响，造成电缆发生机械损伤，具体情况见图1所示。并且，在实际施工过程，电缆施工工艺也会对电缆的绝缘材料造成一定程度的影响，导致绝缘性下降或电缆断裂的情况发生，进而引发电缆故障，使得配网电力传输系统的安全稳定运行受到严重影响[3]。此外，配网电缆在运行过程中还存在开路故障、高阻电缆故障和低阻电缆故障等问题。具体见表1所示。

表1 常见电缆线路的故障分类

三、配网中常见的电缆故障探测方法研究

（一）电缆故障探测技术

1、红外线探测技术

如果配电网中电缆突发故障时，受电缆自身阻抗上升影响，可能会造成配电电缆温度急速升高，甚至超过电缆自身承受的极限，最后导致电缆被烧毁，具体电缆烧毁故障见图2所示。

图2 电缆烧毁故障示意图

这时可以通过对电缆线芯的温度方面展开测量，并借助红外线成像仪设备，对配网电缆线路进行温度扫描。而红外线成像仪的应用，可以直观地对配网电缆中超过标准温度的电缆进行热点定位，以此结合温度的变化结构实现对电缆线路中存在的故障发生点进行判断。并且，由于红外线探测技术具备操作简单和高效故障检测等优点，在配网电缆故障探测方面得到了广泛的应用[4]。

2、高频感应技术

该项技术的实现主要是利用电磁波信号发生设备，向配网电缆输入高频电流，然后利用电磁波，进行电缆线路铺设。同时，还需要对电缆周围的电磁场信号进行收集，并对其收集的信号数据进行处理，再将结果载入显示器。最后，根据其数值实现对电缆故障位置进行定位。此外，该项技术的信号具有较强的抗干扰能力和易操作性，所以在电缆故障检测方面得到有效应用。

3、遥测法

在配网电缆线路发生接地故障时，遥测探测法的应用是借助万能遥测电笔实现对故障的快速查找。如借助遥测笔的通断检测功能实现对配网电缆与电缆的断路线进行检测，以及将断路线与交流电源火线进行连接。遥测笔在对电源火线端的电缆以及电线进行检测时，随着电缆线路的移动一直到故障点的位置，遥测笔就会停止响声。不过，遥测法在配网电力电缆线路的故障探测过程中，一般还会受其环境因素的影响，如环境湿度的影响、磁场干扰影响等，导致电缆故障探测不准确。如果配网电力系統中变压器数量得到增加、且受到架空交叉连接、地埋线路、地质情况的影响，利用遥测法对配网电力电缆故障进行探测和排查，就会导致探测排查数据失真，使得配网电缆故障无法得到及时地探测和排除[5]。

4、录波器

在配网电缆线路运行过程中，利用配网系统中所安装的故障录波器，能够为配网电缆线路的实际运行状况提供相应的支撑。并且，借助故障录波器中所采集的相关数据，能够实现对故障点位置的及时、快速判断。故障录波器会对在配网电缆线路的故障发生前后的电流和电压数值进行全面的记录，以此为电缆的故障类型探测和原因分析提供相应的依据，从而实现对配网电缆故障的具体定位。所以，在故障录波器自动化装置的应用前，可以将关于配网电缆线路的标准运行参数提前录入到录波器设备当中，随时准备投入使用[6]。

5、监控中心

除了上述几种电缆故障探测技术方法之外，还可以利用配网中心监控系统中的配网接线图，对电缆的运行情况进行分析。因此，当配网电缆线路发生故障时，系统可直接发出电缆故障信号，同时，相关接收设备会接收信号，并将其上传到在线监控中心，然后由专业人员利用对应软件对电缆故障问题实施分析。所以，当电缆线路内部发生故障灯变化时，这就表示电缆线路存在异常，且报警系统也会显示相应的故障警示信息，并发送到故障负责人手中，以此对电缆故障线路进行故障排查和处理。

（二）配网电力电缆故障探测流程分析

配网电缆线路故障流程主要从4个方面实现：电缆故障定点、电缆故障位置测距以及电缆故障性质诊断分析和电缆故障探测准备工作等。

1、电缆故障探测前的准备工作

配网电缆故障探测工作人员在进行电缆故障探测时，首先需要精准掌握电缆故障线路的设计资料，如电缆运维和检修资料等，其中包含了电缆线路路径信息、电缆走向以及电缆路面标志信息、电缆长度以及电缆中间接头位置信息等。其次，需要准备相关电缆故障探测测量设备，并对设备的合格情况进行检验。如红外成像仪设备、夜间探测设备等，并根据实际配网电缆故障探测作业情况，制定完善的安全措施。

2、电缆故障性质诊断

在對电缆存在的故障性质进行诊断分析时，首先需要借助绝缘电阻表与万用表等设备，对电缆线路当中所存在的故障及其类型进行判断，为后续电缆故障测距以及电缆故障定点等提供相应的依据，并为配网电缆故障探测工作奠定坚实的基础。在配网电缆故障探测时，需要进行导通实验，对相接地或相不接地的导通情况进行判断。其次，需要针对电缆绝缘电阻的情况进行测量，以此来保障绝缘电阻表中的各个相能够实现分别测量。因此，如果相接地不导通，那么绝缘电阻值就会呈现无穷大或者正常的状态，这就说明此相为电缆断线故障。如果相接地导通类当中，绝缘电阻值小于正常的值，这时可以使用万用表对电缆绝缘电阻值进行精准测量。且测量阻值若是小于1kΩ，那么该相则为低阻故障；反之就是高阻故障（具体详细情况见表1所示）[7]。

3、电缆故障测距分析

针对配网电缆线路中存在的故障问题进行测距分析时，可以选择利用脉冲电流法、低压脉冲法或者二次脉冲法等对电缆的故障点和探测点之间的距离进行判断。以此对电缆故障点的大致范围进行确定，并为电缆故障的位置定点提供相应的支持。如，利用低压脉冲法针对配网电缆故障测距之前，对电缆的长度进行测量，然后结合测量的结果选择对应的电缆故障测距方法，具体见表2所示。

表2 配网电缆线路的故障测距方法

（三）配网电缆故障距离测量分析

当电缆故障完成初步判断操作之后，需要专业维护人员结合标记的配网电缆进行故障点距离测量，如利用阻抗法、电桥法等。因此，对电缆的线路中存在故障问题进行探测时，可以利用阻抗法来对配网电缆线路当中的均匀线路进行假设，然后以线路集中参数模型为基础，利用电缆故障测距设备实现对电缆的测量，以此可以得到电缆的电流电压值。这时，通过计算得到回路的阻抗值，最后根据电缆线路自身的长度和阻抗值两者之间的关系，对电缆故障测距设备和电缆故障位置之间的距离进行计算，并为电缆故障位置定位提供相应的依据。

（四）配网电缆故障定点分析

当完成配网电缆故障的测距工作之后，故障维修人员需要对电缆故障点进行快速的确认，并结合相应的故障情况选择对应的处理方案。如针对110kv配网电缆线路的故障位置进行定点时，然后利用声磁同步法或声测定点法等先进的技术方法，完成对配网电缆故障位置进行精准的探测，就可以得到电缆故障的测距结果。如，在实际电缆故障测量过程中，利用声测定点法进行电缆测量时，会遭受周围环境的影响。因此选择利用声磁同步的方法，对电缆故障检测，结合电缆故障点位置与电磁波振动声波同步的方法，能够实现埋地电缆的故障进行检测与分析，然后再通过人为的方式对电缆现场故障情况与干扰情况进行逐一排查。最后，借助声磁时间差的转换方法就能够得到定点探头和电缆线路故障位置之间的实际距离数值，且该数值能够在显示屏上显示出来。同时，需要对测量所得到的电缆故障距离、电磁信号、声波信号等进行存储记录。

四、案例分析

为了进一步实现配网中常见的电缆故障的探测，本文以某条10kV电缆线路中发生的故障问题展开故障探究。

（一）配网电缆故障性质的诊断

在电缆故障前，需要对电缆线路展开导通测试，对电缆的绝缘性和电阻、直流耐压等进行试验分析，并探讨电阻测量结果及耐压击穿情况，具体结果见表3所示。

从下表3当中来看，该配网电缆线路并无断线故障，且1、3相均为完好的相，而2相位高阻故障。

表3 配网电缆故障线路的导通实验结果

（二）故障测距分析及定点

首先，从电缆故障测距上来看，针对2相的电缆高阻故障测距时，可以选择利用故障测距设备和脉冲电流的方法进行测距，以此可以得到准确的电缆故障点与故障探测点的距离。图三如下。

图3 电缆故障测距现场图

其次，在电缆故障的定点时，针对2相的配网电缆高阻故障展开故障定位，主要是根据电缆故障的测距结果，并借助对应的测量设备等，实现对此相的電缆故障定点。最后，通过核查发现，配网电缆线路接头处存在故障。

五、常见电缆故障的预防对策

（一）加强提高工作人员的专业技能

在探测配网电缆线路中存在的故障时，探测人员的专业技能就显得极为重要。因此，可以通过对电缆的管理制度方面进行优化和完善，并将配网电缆线路的铺设标准规范和执行标准等合理归纳到对应的规章当中，然后结合实际情况对工作人员展开相应的培训。同时，电缆铺设工作中，需要避免安全隐患发生，只有这样才能够促进电缆故障探测效率和精准度得到提升。最后，可以通过提高工作人员责任感，有效避免不良事故的发生，使得电缆故障发生的概率得到降低，促进配网电力的稳定性提高。

（二）提高配网调度机制

降低电缆故障发生的概率，需要充分利用配网调度机制设计方案，实现对配网的管理。如，结合配网中电缆故障探测和处理的实际情况进行分析，应当坚持配网的调度原则进行调度机制设计，实现对电缆的集约化管理。但配网调度的管理面积较大，一旦发生调度失误就会造成严重的后果。因此，这就要提高对配网的调度管理作业的重视，并进一步明确职责分工，从而为配网调度作业的顺利实施提供相应的依据，促进配网电缆管理水平得到提升。

（三）合理选择材料

除此之外，可以通过提升配网电缆的制造工艺水平，并严格要求作业人员要十分熟悉配网电缆的整体施工环节与流程。另外，要选择品质优越的电缆，从产品源头有效降低电缆的故障发生概率。同时，需要从每个环节入手，加强对施工质量的严格管理和把控。最后，需要充分对电缆使用过程中存在的安全因素影响进行分析，如机械施工导致电缆外部材料破损、施工环境等因素的影响，导致电缆保护层受到挤压或破损等问题。因此，如果在价格合理的情况下，还需要选择优质的电缆保护材料，以此使得配网电缆使用寿命得到延长，促进配网电缆的性能与稳定性得到提高[8]。

结语

在智能化配电网建设过程中，常见的电缆故障探测方法与应用保障了配网供电的安全性和稳定性。尤其是针对地下埋设的配网电缆故障问题，本文探究的电缆故障探测方法，不仅打破了传统电缆故障探测方法的局限性，还为电缆故障的检修服务提供方案，以此使得电缆的稳定运行和安全性得到保障。同时，在针对配网运行管理时，进一步加强对电缆故障探测工作的分析，还可以为电缆故障的探测提供相应的支撑，并实现全方位自动化定位与动态监测。