电力电缆故障探测
安徽电力淮北供电公司 孙鹏举
摘要：该文介绍了电力电缆故障探测工作中，常用的几种探测方法及在应用效果上的分析和比较。　
关键词：电力电缆;故障探测
随着电力电缆在城市电网中的应用日益广泛，运行时间越久，故障会越来越频繁，如何及时有效地处理故障，保证城市供电和电网的正常运行，就要看是否能够快速准确地判定故障性质和地点。为解决这项课题，淮北供电公司于2002年购置了一套YM型电缆故障探测议，开始是给配电工区使用，后给修试所实验班使用，对公司所辖的电缆进行故障探测。经过积极探索和分析研究判断，在多次的电缆故障探测工作中发挥了极好的作用和效果，也积累了丰富的经验，现对电缆故障发生的原因、性质、探测原理与方法、实际运用进行探讨。
1 电缆故障原因
导致电缆发生故障的原因是多方面的，现将常见的几种主要原因归纳如下：
机械损伤。电缆的很多故障是由于敷设安装时造成的机械损伤或敷设后在电缆线路上施工造成的外力损伤，而直接引起的。有时虽然损伤轻微，但在几个月甚至几年后其损伤部位的绝缘将逐渐降低而导致击穿。
设计和制作工艺不良，不按规程要求制作，往往是形成电缆故障的重要原因。
化学、电腐蚀。电缆外铅皮电腐蚀导致潮气侵入，绝缘破坏。
电缆的制造缺陷。
由于电缆长期过负荷运行，电缆的温度会随之升高，尤其在炎热的夏季，电缆的温升，常常导致电缆薄弱处和对接接头处首先被击穿。
电缆绝缘物的流失。
2 电缆故障预定位的方法
在电缆故障定位中最重要的一步就是鉴别电缆故障类型。一旦故障发生，判断故障类型，根据故障类型和本单位的设备条件选择合适的探测方法，直接影响着对事故处理的速度。实际上，电缆可能在任何位置发生任何类型的故障，能否快速排除故障取决于现场工作人员的实际经验。通常用万用表来测定故障电缆电阻，按电阻大小把电缆故障分为两组：低阻故障——小于100kΩ；高阻故障——大于100kΩ。每种类型的电缆故障需要特殊的方法进行预定位，常用的比较有效的预定位方法如下。
2.1 低压脉冲反射法
这种测量方法是将高频率的低压脉冲发送到电缆中，该脉冲沿电缆传播，直到阻抗失配的地方，如中间接头、T接头、短路点、断路点和终端头等，在这些点上都会引起波的反射，反射脉冲回到电缆测试端时被试验设备接收。实践证明现场绝大多数故障电缆，采用低压脉冲反射法是无法测量故障位置的，其所反射的波形只能测试电缆全长。图1为低压脉冲反射标准波形图。

图1 低压脉冲反射标准波形图
2.2 高阻故障的测量
2.2.1 直流高压闪络法
直流高压闪络法使用于闪络性故障，即故障点没有形成电阻通道（或电阻值极高）但电压升高到一定值时就会产生闪络现象。
工作原理：给故障电缆加直流负高压，当电压升高到一定值时，故障点产生闪络，闪测仪即显示出测量端的波形，如图2所示。故障距离为波形的起始点T0到下降处拐点T1的实际时间间隔所对应的距离。

（a）探测故障 （b）波形
图2 直流高压闪络法探测故障及测量端的波形
在实际中，电缆的闪络性故障是极普遍的，凡是预试击穿的电缆几乎都有闪络过程，运行击穿的电缆故障，约半数也有闪络过程。在对故障电缆进行直接加压时，电缆闪络过程长短不一，有些故障只闪络几次就形成稳定的通道，不再闪络，故在发现电缆有闪络过程，应抓紧时机，珍惜这样的现象进行测试。由于直闪法比冲闪法波形好精度高，故尽可能使用直闪法测量。
2.2.2 故障点烧穿法
故障点烧穿法应用于高阻故障，设备通过输出直流负高压，对高阻故障点进行处理，使故障点产生电弧放电并碳化绝缘介质，因碳化连接点是低电阻的，使高阻故障变成低阻故障，再应用低压脉冲反射法就可测出。故障点烧穿法主要用于油纸绝缘电缆。采用故障点烧穿法的缺点是烧穿时间长，耗人力，容易形成金属性短路，为探定故障点造成困难。故障点电阻恢复，还得进行第二次烧穿，所以一般不采用这种方法。
2.3 冲击高压闪络法
冲闪法分为电阻和电感冲闪两种。对于前者，因电阻在线路中的分压作用，使得实际加到故障电缆上的电压偏低，故对放电不利，特别是对于那些有较高阻值的故障更难以放电，因此存在一定的局限性，通常采用后者。电感冲闪法的优点在于几乎能适应任何类型的故障。大量事实证明，电感冲闪法是对付那些被人们用别的方法测不出来，而被称之为最顽固的故障的最强有力手段，所以把电感冲闪法作为最主要的测试方法。冲击直流高压电感测量法（简称冲L法）的测量线路如图3(a)所示。当电源接通后，首先由直流高压给贮能电容C充电，当电容上的电压高到一定幅值时，球隙Q被击穿放电，在t0时刻瞬间负高压加到电缆故障相，并传向故障点，继而故障点闪络放电。故障点放电时的短路电弧使沿电缆送去的电压波反射回去，从而在测量端和故障点之间产生如图3(b)所示的波形，图中尖脉冲是由于电感L的微分作用所致。这一波形通过R1、R2电阻分压后加到仪器上。

(a)冲L法测量故障 (b)冲L法测量波形
图3 冲L法测量故障及波形
冲L法主要用于测量泄漏性高阻故障，也可测量闪络性高阻故障。应当指出，电缆故障YM型电缆故障测试仪，虽是较先进的仪器，但它们均属于粗测仪器，当判断出故障点的粗略范围后，还需设法精确定点，目前采用的方法主要是声测定点法。
3 电缆故障精确定点法
电缆故障的预定位，据目前的测试水平来看是不困难的。如果用YM电缆故障定位系统，在电缆波形粗测确定以及路径清楚的情况下，一般只用数分钟便能测出故障点至测试端的距离，而且预定位误差一般不会超过10m。但是，由于电缆运行资料的误差和不完整，故障类型的不同，以及电缆故障点所处的环境因素的复杂多样性，如欠缺电缆的准确长度和线路图，在强大的噪声源和工频电磁场附近，电缆敷设在埋管中、难于进入到建筑物等，都会给故障点的精确定点带来许多意想不到的困难。大量实践证明，精确定点方面的问题，已成为快速寻测故障的主要矛盾。现主要用声磁信号同步接收定点法，此方法给故障电缆加上一个幅度足够高的冲击电压，使故障点发生闪络放电，产生相当大的“啪、啪”放电声，同时，会在电缆的外皮与大地形成的回路中感应出环流来，这一环流在电缆周围产生脉冲磁场。用一个包含接地麦克风接受器和耳机的听音装置在地面探测。故障点离麦克风的距离越近，闪络声就越大。在监听声音信号的同时，接收到脉冲磁场信号，即可判断该声音是由故障点放电产生的，故障点就在附近，否则可认为是干扰。在故障点位置处能探测到闪络声的最大值。
当遇到电缆本体内闪络或故障点附近有共振的情况，放电时，声音会在一大段电缆内部都能听见，且大小相同，就很难做到精确定位。鉴于目前尚未有更好的技术，能够完善的解决定点的问题，只有根据预定位距离和电缆资料，打开电缆沟盖板或挖开直埋段的路面，直接在电缆本体上进行定点工作。
4 结束语
电力电缆故障探测方法及技术，除上面所述的几种主要方法外，还有高压电桥法、电容法、跨步电压法及音频感应法。使用电缆故障测试仪探测故障，不但要熟悉仪器的使用方法，还要懂分析故障性质和测试波形。笔者认为在探测电缆故障时选择合适的测试方法是非常必要的，可以大大减少故障探测时间，同时总结为：
低阻接地故障探测（R<10kΩ），以低压脉冲法、电桥法测试为易；
具有绝缘回复性的高阻故障（R>100kΩ），以直闪法测试为最佳；
高阻接地故障（R>100kΩ），以冲闪法测试为最准。
自2002年购置了YM电缆故障探定位系统以来，主要使用高压冲击法进行电缆故障探测，几年来的成功率为100%。为及时有效地排除故障，保证城市用电和电网的正常运行发挥了很好的作用。