電力電纜故障測試技術研究

摘 要：本文闡述10kV電力電纜故障產生的原因和電力電纜故障的類型以及電力電纜故障測試技術，分析不同故障類型所采用的測試技術。

關鍵詞：電纜故障 故障原因 故障類型 故障測試技術

1 前言

隨著社會經濟的發展，用電量日益增加，對電力的需求量越來越大，電網的安全穩定運行至關重要。作為連接各種電氣設備、傳輸和分配電能的電力電纜，以其安全、維護工作量少，穩定性高，有利于提高電能質量及美化城市等優點，得到廣泛的應用。運行電纜數量的急劇增加，相應的電纜故障隨之增多，因此有必要對電力電纜故障測試技術進行深入研究。

2 電纜故障產生的原因

電力電纜發生故障的原因是多方面的，常見的故障原因如下：

（1）機械損傷：直接受外力破壞、施工損傷以及自然損傷等。

（2）絕緣受潮：接頭盒或終端盒進水、電纜制造不良有小孔或裂縫、金屬護套被外物刺傷或腐蝕穿孔等。

（3）絕緣老化變質：電纜長期過電壓運行、電纜長期受熱、與周圍環境的不良化學反應、產品質量缺陷及制作質量缺陷等。

3 電力電纜故障類型分析

按故障性質分為：接地故障、短路故障、斷線故障、閃絡故障和綜合故障。

（1）接地故障：電纜一線芯或數線芯接地而發生的故障。

（2）短路故障：電纜線芯之間絕緣完全破損形成短路而發生的故障。

（3）斷線故障：電纜一線芯或數線芯斷開而發生的故障。

（4）閃絡故障：電纜存在故障，但故障點沒有形成通道，例如擊穿故障、封閉性故障，都屬于閃絡故障。

（5）綜合故障：同時具有上述兩種以上的故障稱為綜合故障。

按故障電阻值分為：低阻故障、高阻故障、開路故障。電纜故障點的直流電阻小于電纜特性阻抗稱為低阻故障，反之稱為高阻故障。

4 電力電纜故障的測試方法

4.1 電纜故障的檢測步驟

（1）判斷電纜故障性質

判斷電纜故障性質，一般采用2500V或10kV絕緣電阻搖表和萬用表進行測量，判斷方法如下：

其一，是搖測電纜一芯或幾芯對地絕緣電阻，或芯與芯之間絕緣電阻，當R<1OOKΩ時，該故障類型是低電阻接地故障。

其二，是搖測電纜一芯或幾芯對地絕緣電阻，或芯與芯之間絕緣電阻，當R>100KΩ時，該故障類型是高電阻接地故障。

其三，是搖測電纜一芯或幾芯對地絕緣電阻，進行導體連續性試驗。當絕緣電阻R正常時，故障原因是導體連續性試驗發現有斷線，斷線故障。

其四，是搖測電纜一芯或幾芯對地絕緣電阻，進行導體連續性試驗。當絕緣電阻R較高或較低時，故障原因是導體連續性試驗發現一芯或幾芯導體不連續，斷線并接地故障。

其五，是預防性耐壓試驗。當閃絡有時會連續多次發生，每次間隔幾秒到幾分鐘，故障類型是閃絡性故障。

（2）粗測距離

當確定了故障電纜的故障性質后，根據故障性質，選擇適當的測試方法測出故障點到測試端或末端的距離，稱為粗測距離。故障距離的粗測方法，包括經典法（如電橋法及其變形等）和現代法（脈沖反射法）。

（3）精測定點

在粗測出故障距離后，判斷出故障點所處的大概位置，經過精測定點，準確地定出故障點所在的具體位置。

（4）測試誤差的消除

在電纜的始端檢測后，如果條件許可，可將儀器搬到末端再測一次，取始端測量值與始端計算值的平均值（電纜全長減去末端的測量值，即為始端的計算值），從而消除測試誤差。

4.2測距的理論方法

（1）電橋法

電橋法適用于檢測低阻接地、外護套和短路故障。電橋法的工作原理是將被測電纜終端故障相與非故障相短接，電橋兩臂分別接故障相與非故障相。

（2）低壓脈沖反射法

低壓脈沖反射法適合于檢測低阻故障、接地故障和開路故障，且能夠測量電纜的全長及電波在電纜中的傳播速度。在低阻和接地故障處，因電纜的故障電阻小于電纜特性阻抗，當入射脈沖輸入到電纜后在低阻和接地故障點產生反極性脈沖，每一個反極性脈沖的下降沿就是故障點的反射波形。如果電纜出現開路故障，輸入到電纜的發射脈沖將產生全反射，在測試端能夠收到同極性的反射脈沖，并且接收到的同極性的脈沖的上升沿就是故障點產生的反射的波形。

（3）直流高壓閃絡法

直流高壓閃絡法主要是應用于檢測高阻閃絡故障，高壓檢測設備若把電壓上升到某確定的值時就會產生閃絡擊穿。根據取樣方式的不同，直流高壓閃絡法分為電壓取樣法和電流取樣法。利用直流高壓閃絡法得到的波形簡單易懂，缺點是不能多次重復使用該方法。在實際檢測作業中要及時保存直流高壓閃絡法測試所得的波形。

（4）沖擊高壓閃絡法

沖擊高壓閃絡法主要應用于泄漏性高阻故障及閃絡性高阻故障。沖擊高壓閃絡法可分為電壓取樣法和電流取樣法，該方法在儲能電容與電纜之間串入一個球形間隙。當電容不斷積累電壓并達到足夠高時，球形間隙就被擊穿而導通，此時電容上的高壓就會對電纜放電產生閃絡擊穿，得到故障點的波形。

（5）二次脈沖法

二次脈沖法的過程是：對電力電纜釋放一個足夠高的高壓脈沖，使電纜的故障點產生閃絡擊穿，在故障點的電弧未熄滅時緊接著觸發釋放第2個低壓脈沖，對于低壓脈沖，故障點就是完全短路的。

檢測儀器接收到的低壓脈沖反射波形相當于故障點接地阻抗為零而得到的波形。如果把釋放高壓脈沖時得到的低壓脈沖波形與未釋放高壓脈沖時得到的低壓脈沖波形進行相加，兩個波形會產生一個發散點，發散點就對應著故障點的反射波形點。

（6）三次脈沖法

三次脈沖法的原理如下：不破壞電力電纜故障點，給電纜施加低壓脈沖，得到低壓脈沖的反射波形；在電纜上施加高壓脈沖，電纜故障點被擊穿并且產生電弧；當檢測到電弧電壓降到一定值時，施加中壓脈沖來延長與穩定電弧放電的時間，再施加低壓脈沖，得到故障點的低壓脈沖反射波形，把未施加高壓脈沖得到的低壓脈沖波形與施加高壓脈沖得到的低壓脈沖波形進行疊加，產生發散點，即故障點對應的位置。

5電力電纜故障點精確定位

5.1電纜路徑儀的探測技術

由于敷設在地下的電纜與周圍的土壤介質在導電性、導磁性、密度或其它理化性質上存在著差異，從而能被探測、識別和區分。目前應用于電纜探測的方法有電磁法、直流電法、地震波法、放射性跟蹤法和地質雷達等。

5.2電力電纜故障點精確定位原理

（1）沖擊放電聲測法

沖擊放電聲測法的測量接線。利用直流高壓試驗設備使電容器充電、儲能，當電壓達到某一數值時，經過放電間隙向故障相電纜芯放電，在放電時將產生火花放電，引起電磁波輻射和機械的音頻振動。根據粗測時所確定的故障點大致位置，在地表面用聲波器接收探頭反復探測，找到地表面振動最大、聲音最大處即為電纜故障點的位置。

（2）音頻法

音頻法主要針對電纜接地電阻特別低的情況。此方法是測出電纜接地點大致距離后，將電纜兩端及接地線懸空，在一端對故障相及電纜地線間加入音頻信號；根據粗測時所確定的故障點大致位置，用拾音器測聽電纜，當測試超過故障點時，音頻信號衰減很快，此處即為電纜接地故障點。

（3）聲磁同步法

當采用沖擊放電時，在故障點產生放電聲和高頻電磁波向地面傳播。在地面用聲磁探頭可同時接收聲信號和磁信號，電磁波起輔助作用，用來確定所聽到的聲音是否是故障點的放電聲，由于聲波與電磁波的傳播速度不同，在地面每一點可用聲磁同步定點儀測出聲信號和磁信號的時間差，時間差最小點即為故障點的準確位置。

（4）跨步電壓法

通過向故障相和大地之間加入一個直流高壓脈沖信號，在故障點附近用電壓表檢測放電時兩點間跨步電壓突變的大小和方向來找到故障點的方法，稱為跨步電壓法。

6結束語

電力電纜長期運行中受到多種因素影響，會出現各種各樣的故障。因此，正確分析電力電纜故障原因，采用行之有效的電纜故障測試技術，快速定位故障位置，縮短停電時間，確保電纜的安全穩定運行，對于企業正常生產和人民生活尤為重要。

參考文獻：

[1]劉欣.高壓電力電纜故障原因分析和試驗方法研究[J].低碳技術，2016（08）：42-43.

作者簡介：

方世煙（1985），女，漢族，福建省莆田市，碩士研究生，國網漳州供電公司，電力系統運行與維護。