高压电缆故障的分析判断和故障点查找

陆毅

（国网江苏省电力有限公司南京供电分公司）

高压电缆在电力系统中应用比较广泛，具有适应性强、可靠性高和占地少等优点，是确保供电网络得以安全、高效运行的关键。在高压电缆运行过程中，由于各方面因素影响，增加了电缆故障的发生率，不仅会对人们的正常生活和生产产生不利影响，甚至会造成比较大的经济损失，会降低用户用电体验感。为了避免上述问题的发生，则需要做好220kV高压电缆故障分析工作，结合实际情况做好故障判断和故障点查找工作，然后制定有效预防和解决措施，以此来提高220kV 高压电缆运行效率。

一、高压电缆故障类型

1.电缆老化

220kV 高压电缆长期运行阶段，由于受电、光、热、机械等诸多因素的影响，会导致电缆出现老化现象，不仅降低了电缆绝缘性能，还会增加电缆故障的发生率。通常情况下，220kV 高压电缆使用30 年后，加之外界环境因素的影响，将会出现老化现象，具体如下：

（1）环境当中的水分子若进入绝缘层，在电缆长期运行下会形成水树枝，逐渐导致绝缘击穿。

（2）如果220kV 高压电缆线路热源相距比较近时，且长时间经受高温后，将会出现电缆热老化现象。

2.电缆附件故障

220kV 高压电缆对其附件提出了较高要求，由于其制作工艺相对比较复杂，导致高压电缆的终端、接头等附件极易发生故障。如今，220kV 高压电缆常见附件故障如下：

（1）在电缆终端、中间接头制作存在质量问题，如在导体连接管压接、导线压接等制作阶段，未能够按照相关规范和标准来开展工作，从而导致附件质量低下，诱发一系列的安全故障。

（2）在电缆接头制作阶段，周围环境湿度不满足标准，不仅会影响电缆的绝缘性能，也会增加电缆击穿故障的发生率。

（3）附件制作材料不符合要求，导致电缆附件膨胀系数与本体间存在比较大的差距，进而降低电缆的密封性能，增加短路故障的发生率。

3.电缆护层故障

为了尽可能降低电缆主体所遭遇的侵蚀损坏程度，一般会选择将保护套增加至电缆外层，这就要求电缆护层具备较好的绝缘性能，以达到提高电缆护层整体性能的目的。在220kV 高压电缆中，电缆护层属于比较常见的故障类型，其会影响电缆传输效率，具体故障原因如下：

（1）在进行电缆本体或附件制作阶段，存在质量不合格问题，最常见的便是电缆护层缺陷。

（2）电缆施工未能满足相关工艺要求，从而导致施工质量不满足相关规范和标准，增加电缆护层故障的发生率。

（3）受其他建筑施工外力影响，诱发电缆护层故障。

4.高压电缆接地故障

接地线焊接不牢固。在电缆接头制作和安装过程中，未严格按照规范和要求进行焊接，同时在接地线焊接时选择简单的绑扎缠绕，从而导致铜带屏蔽层与接地线出现松动现象，进而增加了线路接地故障的发生率。

二、220kV 高压电缆故障分析判断要点

在220kV 高压电缆运行过程中，出现各种类型的电缆故障，各类故障所具有的特点不同，比如导电故障，其一般是指导体故障，然而在导体故障中又涵盖了导体短接诱发的短路故障、导体断线诱发的开路故障，因此要结合具体故障类型来做好故障分析判断工作。

通过深入调查和分析发现，现有220kV 高压电缆故障类型如下：（1）高阻或低阻故障。（2）接地、短路以及断线等混合故障。（3）闪络或封闭故障。（4）单相、两相以及三相故障。如果发现220kV 高压电缆故障，则需要结合相关经验和方法来对故障类型给予简单的分析判断，以期为后续故障点查找和故障处理提供参考借鉴。

在220kV 高压电缆故障电阻状态进行检测时，可以借助万用表来对低阻故障或者高阻故障进行准确分析判断，借助直闪法测量可以明确其是否为闪络故障。如果故障点电阻无穷大时，选择低压脉冲法测量，并对断路故障原因进行判断。如果故障点电阻为零时，选择低压脉冲法给予分析判断。

在220kV 高压电缆故障进行分析判断时，需要先对其故障类型进行判断，随后借助相关技术和方法来检测故障原因和故障点，这样不仅可以提高故障诊断效率，还可以有效降低故障误判和漏判的概率。

三、高压电缆故障点查找方法

1.故障点粗测定位

（1）高压脉冲法。基于高压作用下，将会导致电缆故障位置存在闪络点，使高阻故障发生转化，出现发射瞬间短路现象。此时，需要做好反射波分析工作，对具体故障点进行判断，即所谓的高压闪络法，其在泄露性高阻故障判断中得到了广泛应用。

（2）低压脉冲法。其采用的是微波传输理论，需要在电缆故障相上添加脉冲信号，如果在电波传输过程中触碰到故障点将会反射回一部分的电波，通过测量与计算反射电波的时间差就可以对220kV 高压电缆故障范围进行准确判定。长时间的应用实践表明，在金属性短路故障和低阻故障测试时，脉冲阀具备较高的准确度，在电缆部分接头位置显示、电波长度的校准及电缆传输速度校对中，也具有比较明显的优势，但是也存在一定缺陷，即不能对闪络故障与高阻故障进行有效测试。

（3）二次脉冲法。其要求工作人员对220kV 高压电缆故障发射低压脉冲，在维持特性阻抗稳定的同时，高阻故障点位置脉冲会出现不反射情况，直到另一终端后才会出现反射现象。在对这段波形进行记录后，再次向故障发射高压脉冲，当其击穿故障点后将会转化为低阻故障，并在仪器中呈现低压脉冲，且遇到故障点时会直接反射回来，并对这段波形进行再次记录，通过对两段波形进行对比分析，有异常或有交叉点的位置就可以判定为故障点所在位置。

2.故障点精确定位法

（1）冲击放电声测法。一般是将高冲击电压添加至故障电缆任意位置，通过对故障点闪络放电时发出的声音进行分析，待其传输至地表后就可以借助定位仪来确定故障点位置（图 1 所示）。

（2）音频法。针对单相、两相或三相短路故障，对应的电阻值为零，通过冲击放电声测法无法对故障点位置给予精确定位，此时可以选择音频法进行判断。该方法主要是根据高压电缆两相线电流流动过程中所产生的磁通相位变化原理来进行判断，从而获得故障点准确位置。

（3）声磁同步法。该方法要对声测法进行改进，并根据声波与电磁波来对故障点进行判断。如果电磁信号与地震波信号同步时，则可以判断附近就是故障点位置。

四、220kV 高压电缆故障实时诊断技术

1.泛在电力物联网

现有220kV 高压电缆故障处理侧重于定期维修或事后维修，并且故障分析一般是在事后对运行数据进行收集、分析和总结，从而导致故障问题无法得到及时、有效处理。实时监测220kV 高压电缆运行数据尤为重要，可以及时、准确判断故障点位置。为了提高220kV 高压电缆运行效率，国家电网公司制定了“三型两网”战略目标，其中的两网是指泛在电力物联网和坚强智能电网，前者是在电力系统中引入物联网技术，即在电网企业及其设备、电源企业及其设备、电力供应商及设备、电力相关用户及设备间实现资源信息开放共享。

泛在电力物联网一般是由应用层、平台层、网络层、感知层四层结构组成，涵盖了内外部需求两个层面，如图2 所示。其中，内部需求主要是“以我为主”，通过与其他部门进行结合后实现“电网一张图、数据一个源、业务一条线”，即所谓的全程透明、一网通办。而外部需求主要是“我为主导”，连接上下游、内外资源和需求，拉动整个产业发展，并努力打造互联网生态圈，不仅可以实现资源共享，还可以提高220kV 高压电缆运行效率。

2.实时监测诊断技术

基于泛在电力物联网基础上，借助5G 无线网络传输、智能传感和分析算法等技术，可以实现对电力电缆数据的收集、分析、传输、管理，进而达到实时监测220kV 高压电缆运行状态的目的，准确查找故障点位置。通常情况下，电网各终端均可对物联网技术给予合理应用，而且终端并非简单的局限在计算机上，其能够转向嵌入式计算机及相关传感器中。在220kV 高压电缆故障判断中，可以选择微型化、小型化传感器，如影像传感器、位置传感器、压力传感器、温度传感器等，其能够对高压电缆运行数据给予实时采集和存储。借助5G 无线网络来实现对上述数据的有效传输，最后通过智能终端来对故障点进行综合研判。

220kV 高压电缆故障定位原理如图3 所示，按照要求将各种传感器归为一组，并且在高压电缆a、b、c、d 点上依次放置传感器，以便对高压电缆运行状态数据进行实时上传。如果某时刻k 点出现故障或缺陷时，将会导致b、c 点数据上传出现异常，通过智能终端进行分析，且综合研判b、c 点影像传感器数据后，就可以对k 缺陷点或故障点位置进行准确定位，然后将研判结果进行反馈后，通知运维人员进行故障处理。

五、220kV 高压电缆故障防范与措施

1.高压电缆头防范措施

（1）在进行220kV 高压电缆终端制作过程中，要做好防潮处理工作。

（2）所选择的高压电缆终端头附件尽量配备应力管。而且在电缆头制作过程中，要做好密封处理工作，避免外界的导电介质及水侵入，诱发爬电现象。

（3）电缆头制作好后，在接线安装过程中，要求电缆分支严禁出现多次被扭转、弯曲现象。

（4）在热缩电缆终端头长时间运行过程中，要做好电缆终端头巡查工作，并及时清除掉电缆头上的灰尘。

（5）对电缆头与导体连接期间，如果选择使用不锈钢螺栓时，要确保出线导体铜端面与接线端子平面平行贴合。

2.强高压电缆质量控制

（1）保证电力设计水平。在220kV 高压电缆设计期间，各电力设计院力求做好电力系统规划工作，以确保后续实施的顺利进行。同时，加强设计单位及相关人员间的交流与沟通，这样不仅可以提高设计方案的合理性、全面性，而且还可以及时避免其中可能出现的故障，进而确保电力设计水平。

（2）合理选择高压电缆材料。针对于220kV 高压电缆制作过程中，要对高压电缆材料给予合理选择，这样既可以提高高压电缆质量水平，还可以降低高压电缆故障率，确保高压电缆长期稳定运行。

（3）提高高压电缆制作工艺。通常情况下，高压电缆制作工艺选择合理与否将会直接决定高压电缆制作效率和质量。制作工艺水平高低可以决定高压电缆使用寿命长短，这样就需要生产厂家注重对先进高压电缆制作工艺的选择，并严格监测生产环境，避免由于自然环境不适宜或操作不规范而降低220kV 高压电缆质量。

（4）做好电缆质量检验工作。作为220kV 高压电缆生产企业要严格遵循相关规范和标准，并重视电缆质量管理。同时按照要求做好电缆质量检验工作，严禁存在质量问题的电缆流向市场。此外，监督部门还需要做好出厂电缆产品的质量检验工作，一旦发现问题要及时给予处理，以此来确保220kV 高压电缆整体质量。

六、结束语

综上所述，220kV 高压电缆在我国电力系统中发挥着关键性的作用，将会直接决定社会经济的发展和人们的生活水平。为此，需要做好220kV 高压电缆故障判断和故障点查找工作，并在对其诱因进行分析的基础上，提出有效的预防措施，这样不仅可以降低故障发生率，极大有效提高220kV 高压电缆运行效率。