高壓電纜故障分析及檢測方法研究

張 源，陳德風，潘 榮，陸 毅，高 波

（國網江蘇省電力公司南京供電公司，江蘇 南京210019）

1 高壓電纜故障分類

電纜故障原因受各種因素綜合影響，應按照不同的故障性質進行電纜故障種類劃分，準確描述故障特點，用相應方法對其檢測。

1.1 按故障位置分類

電纜故障按故障位置，可分為電纜本體故障和電纜接頭故障。如果在外力作用下，電纜本體故障發生概率更大；如果沒有外力作用，接頭故障出現較多。在電力電纜中最為基本的部分就是電纜本體，由于其鋪設的距離比較長，所處的環境比較密閉，對其故障進行定位不太容易。本體線纜故障有化學損傷、過電壓破壞、機械損傷以及本體缺陷等，機械損傷主要源于外力破壞。

1.2 按故障的性質劃分

根據故障點絕緣電阻值劃分有三種故障模式：開路、低阻以及高阻故障。如果更為細致地劃分又包括相間開路故障和單相開路故障。

（1）開路故障

在電纜之間和相對地的絕緣電阻值正常，但是其工作電壓不能傳輸到電纜終端，或雖然終端有電壓，但負載能力差，這些故障都統稱為開路故障。

（2）低阻、接地故障

電纜相與相之間或相對地之間的絕緣受損，會導致其絕緣電阻減小，如果小于10倍正常的電纜特性阻抗值，就是低阻故障，采用低壓脈沖反射法進行測量。

（3）高阻故障

和正常值相比，很明顯出現10倍的電纜特性阻抗以上，而且相對地的絕緣電阻在正常值以下就是高阻故障。其具體分類有閃絡性和泄漏性的故障，在測量和解決故障時利用低壓脈沖反射法，主要是根據故障的具體表現性質決定的。

1.3 其他故障分類方法

根據故障外觀特性分類：外露性故障和封閉性故障；根據故障材料分類：串聯故障（金屬材料缺陷）、并聯故障（絕緣材料缺陷）、復合故障（絕緣材料、金屬材料都出現了缺陷）；根據故障責任分類：人員過失、設備缺陷、自然災害、正常老化、外力損壞、腐蝕、用戶過失及新產品新技術的試用等。

2 電纜發生故障的原因分析

2.1 施工質量原因

施工質量導致高壓電纜系統故障的原因很多：（1）現場條件比較差，電纜和接頭制造時環境和工藝要求都很高，而施工現場溫度、濕度、灰塵都不好控制。（2）電纜施工過程中在絕緣表面難免會留下細小的劃痕，半導電顆粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入絕緣中，接頭施工過程中由于絕緣暴露在空氣中，絕緣中也會吸入水分，這些都給電纜長期安全運行留下隱患。（3）安裝時沒有嚴格按照工藝施工或工藝規定沒有考慮到可能出現的問題。（4）竣工驗收采用直流耐壓試驗造成接頭內形成反電場導致絕緣破壞。（5）因密封處理不善導致故障。中間接頭必須采用金屬銅外殼外加PE或PVC絕緣防腐層的密封結構，在現場施工中保證鉛封的密實，這樣有效保證了接頭的密封防水性能。

2.2 設計、敷設施工原因

我國的電纜設計知識體系主要來源于實踐，電纜設計水平整體不高。電纜設計的缺陷包括電纜防震保護措施不足，終端引下線過長，電纜上塔位基礎設計缺陷、終端構架平臺結構設計不穩固等。電纜接頭部分對施工環境和施工工藝的要求比較高，而施工現場的溫度、濕度、灰塵等環境條件以及施工人員的技術工藝水平等往往難以滿足要求。因施工質量造成的嚴重缺陷一般在投運前的竣工試驗時或投運后一兩年內就會出現故障，而一些小的問題就可能成為長期安全運行的隱患。采用專業的施工隊伍，提高接頭安裝人員的技術工藝水平和質量意識是減少電纜故障的重要保障。

3 檢測方法分析

3.1 電纜故障點的精確定位

（1）對于低阻型故障，通常采用電橋法和低壓脈沖法進行測距。

電橋法是利用回路電橋平衡法對電纜故障點進行探尋，其優點是簡單、方便、精確度高，缺點是不能測量高阻型故障和閃絡型故障。

低壓脈沖法是測試時向電纜注入一低壓脈沖。該脈沖在電纜中的傳播速度基本一定，對于油浸紙絕緣電纜速度V＝160 m／μs；塑料電纜V＝170～220 m／μs；橡膠電纜V＝220 m／μs。該脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點，如斷路點、短路點、中間接頭等，通過故障點反射脈沖與發射脈沖的時間差原理來進行測量，根據波形的性質還可以判斷故障的性質。低壓脈沖法的缺點是，對于近區短路故障測試有盲區（可以在電纜另外一頭再進行測試），也不能用于測量高阻和閃絡故障。

（2）對于高阻型和閃絡型故障也可以用直閃法和沖閃法進行測試，沖閃法逐漸增加電壓給電容器充電，當電壓到達某一值球間隙擊穿，電容對電纜放電，高壓脈沖信號施加于電纜使故障點擊穿，通過分析故障點擊穿放電所產生的脈沖電流波形測試故障點距離。沖閃法與直閃法是比較常用的檢測方法，沖閃法與直閃法的區別是“直閃法”為去掉球間隙直接對電纜加高壓脈沖信號。

通過以上幾種方法，可以測定電纜故障點的大概距離，但是為了便于組織處理，還必須對其進行精確定位。首先要查看電纜敷設時的原始資料，對電纜的走向、敷設方式、中間接頭的位置進行了解。有的時候由于原始施工資料不很齊全，知道電纜的故障距離，但不知道具體到了什么位置，這個時候就要用電纜路徑儀器探測出電纜路徑。

3.2 高壓電纜故障防范措施

電力電纜作為電力系統重要的組成部分，減少其故障發生率具有重大意義，可以從以下方面采取措施：（1）加強電纜質量檢驗工作。生產質量是企業的生命線。電纜生產企業應嚴格按照生產規章進行生產，加強企業內部電纜質量的管理，提高質量意識，嚴格地按照規定對生產的電纜產品進行試驗工作，杜絕問題電纜流向市場。監督部門也應該對企業出廠的電纜產品進行嚴格的質量檢驗，如定期對電纜進行抽樣檢查，以確保電纜質量；（2）保證電力設計質量。各電力設計院是對電力系統進行設計的部門，應充分發揮其在整個電力系統規劃、實施過程中的重要作用。努力提升各單位設計人員的設計水平，并在各地設計單位之間加強交流和學習，對出現在不同地方的電纜故障問題進行通報與原因探討；（3）提高電纜安裝質量。電纜安裝現場的環境復雜，對安裝技術要求較高，電纜施工隊伍應提高自身的技術素養，并嚴格按照安裝規范進行，電纜接頭安裝人員更應如此。在電纜敷設時采用牽引方式應防止轉彎處的側壓力過高，接頭安裝時應注意采用好的工藝措施保證安裝水平，并在施工中不斷總結。