電力電纜外護套的故障定位及監測技術

沈浩然

上海久隆電力（集團）有限公司 上海 200052

引言

電力電纜外護套是電力系統中不可或缺的重要組成部分，它起到了保護導線和絕緣材料的作用。然而，由于長期受到環境因素的影響，外護套可能會出現各種故障，包括老化、損傷、絕緣性能下降等問題。這些故障如果得不到及時發現和處理，將對電力系統的運行安全和可靠性產生嚴重的影響。因此，電力電纜外護套的故障定位及監測技術變得尤為重要。

1 電力電纜外護套的故障定位方法

1.1 電力電纜外護套的故障預定位

1.1.1 直流電橋法。直流電橋法是一種常用的電力電纜外護套故障預定位方法之一。該方法基于電纜外護套的絕緣損耗特性，通過測量電容和介損因數來定位故障位置。

具體步驟如下：

準備測試設備：包括直流電源、電阻箱、絕緣電阻表、電壓表等。將電纜外護套分成若干段，每段長度約為1~2m，保證段與段之間的絕緣良好。將直流電源連接到其中一段電纜端點，并將另一段端點接地。在待測電纜段上設置一個準確的參考平面，通常使用接地板作為參考平面。通過調節電阻箱的電阻值，使得待測電纜段的電流達到穩定狀態。測量待測電纜段的電壓值以及電流值，并記錄下來。利用絕緣電阻表測量待測電纜段上的電阻值。根據測量結果計算出待測電纜段的電容和介損因數。將上述步驟重復進行，依次測試其他電纜段的電容和介損因數。通過對比不同電纜段的電容和介損因數，可以初步定位故障出現的位置。

1.1.2 壓降比較法。

原理：在正常情況下，電力電纜兩端的電壓應該相等。當電纜外護套存在故障時，會導致局部電壓降低，從而形成了電壓差。通過測量電纜兩端的電壓差異，可以粗略地確定故障發生的位置。

步驟：首先選擇一個參考點，在該點處不會發生故障。在故障發生時，分別在參考點和故障點處測量電纜的電壓。計算并比較參考點和故障點的電壓差。根據電壓差的大小，可以初步判斷故障位置的遠近[1]。

1.2 電力電纜外護套的故障精確定位

1.2.1 跨步電壓法。

原理：在正常情況下，電力電纜的電壓和電流在整個電纜長度上是均勻分布的。當電纜外護套存在故障時，會導致局部電阻增加，從而造成電流分布不均勻。通過測量跨越故障點的電壓和電流，以及電纜兩端的電壓和電流，可以根據電流分布的不均勻性推斷故障位置。

步驟：首先選擇一個參考點，在該點處不會發生故障。在故障發生時，以參考點為起點，測量電纜的電壓和電流。經過故障點后，再次測量電纜的電壓和電流。根據測量結果計算電壓和電流的變化量，并進行比較。根據電壓和電流變化量的大小，可以初步判斷故障位置的遠近。

1.2.2 音頻法。電力電纜外護套的故障定位方法中，音頻法是一種常用的故障定位技術。該方法是通過檢測電纜外護套上的部分放電聲音來確定故障位置。下面是該方法的基本原理和步驟。

原理：當電力電纜外護套存在故障時，會導致局部電阻增加，從而產生放電現象。這些放電現象會產生高頻信號，即放電聲音。通過檢測和分析放電聲音，可以推斷故障位置。

步驟：首先，在電纜外護套上安裝適合的聲音傳感器或超聲波探頭。對電纜進行放電激勵，可以通過對電纜進行瞬態電壓或電流注入、高壓脈沖測試等方法來產生放電現象。通過聲音傳感器或超聲波探頭采集電纜外護套上的放電聲音信號。對采集到的聲音信號進行濾波、放大和分析處理，以提取有關故障位置的相關特征。根據分析處理后的聲音信號，確定故障位置。需要注意的是，音頻法對于具體故障類型的敏感性和準確度有一定差異。

1.2.3 聲磁同步法。電力電纜外護套的故障定位方法中的聲磁同步法是一種常用的精確定位技術。該方法通過測量故障點產生的聲波和磁場信號的傳播時間差，結合電纜參數和傳播速度，可以準確計算出故障點的位置。下面是該方法的基本原理和步驟：

學業基礎不扎實是職高學生的一個通病，一來他們原先的學習基礎不理想，二來自我約束能力不足，同時又缺乏學習興趣和積極性。

原理：當電力電纜的外護套存在故障（如絕緣破損、局部擊穿等）時，會引起故障點處的電流突變和弧光放電等現象，從而產生聲音和磁場信號。這些聲音和磁場信號的傳播速度是已知的，通過測量信號在電纜上的傳播時間差，就可以借助信號的傳播速度計算出故障點距離測試點的距離，從而實現故障點的定位。

步驟：首先在測試點處設置傳感器，用于接收聲音和磁場信號。發送一個電流脈沖或者頻率較高的信號到電纜上，產生故障點處的聲音和磁場信傳感器接收到信號后，記錄信號的到達時間。根據信號的傳播速度和到達時間，計算信號傳播的距離。通過多次測量，可以確定故障點位于電纜上的具體位置[2]。

2 電力電纜外護套故障檢測技術

2.1 護層電流的在線監測

電力電纜外護套故障檢測中，護層電流的在線監測技術是一種常用的方法。通過對電纜外護套的電流進行在線監測，可以判斷是否存在故障并定位故障位置。下面是該技術的基本原理和應用步驟。

原理：電力電纜外護套的故障通常會導致局部電阻增加，從而產生熱量。當電流通過電纜外護套時，故障區域的局部溫度升高，從而引起護層電流的變化。通過監測護層電流的變化，可以判斷是否存在故障以及故障的位置。

步驟：在電力電纜的兩端分別安裝電流傳感器，監測電流的輸入和輸出。對電纜施加額定負荷電流，保持一段時間。通過電流傳感器監測電纜外護套上的護層電流，并將數據記錄下來。分析監測的護層電流數據，觀察是否存在異常變化。如果存在異常變化，可以根據變化的情況推斷故障位置。

需要注意的是，在實際應用中，護層電流的在線監測技術需要考慮以下因素：①電纜負荷：在監測護層電流時，應保持電纜處于正常工作負荷狀態，以獲得準確的監測結果。②數據分析：對監測到的護層電流數據進行合理的處理和分析，以確定是否存在故障以及故障的位置。③故障類型：不同類型的故障引起的護層電流變化特征不同，需要根據具體的故障類型來確定分析方法和準確度。

2.2 護層電流的無損檢測

電力電纜外護套的故障檢測中，護層電流的無損檢測技術是一種常用的方法。該技術可以通過無需對電纜進行拆解的方式，實時監測和分析護層電流的變化，從而判斷是否存在故障。下面是該技術的基本原理和步驟。

原理：電力電纜在正常工作狀態下，護層電流應該是均勻的，且與電纜內部電流無明顯差異。當電纜外護套存在故障時，會導致故障位置附近的護層電流發生變化。通過監測和分析護層電流的變化，可以推斷故障位置。

步驟：首先，在電力電纜的護層上安裝合適的電流傳感器，并確保傳感器與護層接觸良好。實時監測護層電流的變化。可以采用非接觸式傳感器，如磁傳感器或電場傳感器，來實現無損檢測。通過分析護層電流的變化曲線，查找異常變化的區域，確定可能存在故障的位置。結合其他檢測手段，如局部放電檢測、絕緣電阻測量等，進行進一步確認和定位[3]。

3 高壓電力電纜外護套損傷修復方法分析

3.1 外護套中度損傷的修復方法分析

①清潔和準備：首先，對損傷區域進行清潔，確保表面無塵、無污物等。然后，使用適當的工具，如砂紙或刷子，將損傷區域周圍的外護套表面磨光。②纏繞層壓制：在損傷部位周圍，可以采用特殊的絕緣材料進行纏繞層壓。這樣可以提供額外的絕緣保護，并加強損傷部位的機械強度。③熱收縮修復套管：選擇合適規格的熱收縮修復套管，將其套在損傷區域上。然后，使用熱風槍或火焰槍加熱套管，使其收縮并與外護套貼合，形成修復層。這種方法能夠提供較好的密封性和機械強度。④粘接修復：對于中度損傷，在損傷部位使用合適的黏合劑進行修復是一種常見的方法。首先，在損傷部位涂抹黏合劑，然后使用壓力將損傷區域封閉起來。黏接劑的選擇應該考慮到環境條件、溫度范圍和機械要求，確保修復效果穩定可靠。⑤熱熔修復：對于較大的中度損傷，可以采用熱熔修復技術。該方法將外護套材料加熱至熔點，并將其填充到損傷區域，使其與原外護套無縫連接。這種方法能夠提供更高的機械強度和絕緣性能。

3.2 外護套重度損傷的修復方法分析

外護套更換：如果損傷非常嚴重或占據了整個電纜外護套的大部分面積，修復可能不夠可靠。這種情況下，最好的解決方法是更換整個電纜段的外護套。外護套更換需要專業的工具和技術，并且需要確保新外護套與電纜的連接良好、無氣隙。

熱熔融接修復：對于重度損傷局部區域，可以考慮采用熱熔融接修復技術。該方法需要將外護套的損壞部分切除，然后通過加熱將新材料融化與原有外護套融為一體。這種方法能夠提供較好的機械強度和密封性能。修復過程中需要注意加熱溫度和時間的控制，以防止進一步的損傷。

絕緣套管封裝：對于外護套的重度損傷，可以嘗試使用絕緣套管進行封裝修復。首先，清理損傷部位，然后將合適規格的絕緣套管套在損傷區域上，并使用熱風槍或火焰槍加熱套管使其收縮固定。這樣可以提供額外的絕緣保護，并加強損傷部分的機械強度。

使用絕緣膠帶：對于一些臨時性或較小的重度損傷，可以使用絕緣膠帶進行臨時修復。將絕緣膠帶纏繞在損傷區域上，確保完全覆蓋損傷部分，并且邊緣處有重疊。絕緣膠帶能夠提供臨時性的絕緣和防水保護，但不具備長期的可靠性[4]。

4 電力電纜外護套的發展展望

材料創新：隨著新材料的開發和應用，電力電纜外護套可以選擇更多種類的材料，以適應各種不同的使用環境和工況。

環保性能：環保已經成為社會關注的焦點，在電力電纜外護套的發展中也是一個重要考慮因素。在未來，電力電纜外護套的材料應該更加環保可持續，降低對環境的污染和資源消耗，例如采用可回收利用的材料或者采取生物降解技術。

防火性能：電纜火災是一種非常嚴重的事故，對人員和設備都造成巨大威脅。因此，未來電力電纜外護套的發展應該注重提高其阻燃性能，采用更好的防火材料或者添加阻燃劑，從而確保電纜在火災發生時具有較強的防火能力。

技術創新：隨著智能化技術的不斷發展，未來的電力電纜外護套也有可能具備一定的智能化功能。例如，可以添加傳感器和監測設備，實時監測外護套的溫度、濕度等參數，提前發現潛在故障，并及時采取措施進行修復和保護[5]。

5 結束語

電力電纜外護套的故障定位及監測技術是電力系統安全和可靠運行的重要保證。通過對故障定位技術和監測技術的應用，可以實時發現并處理潛在的故障問題，提前預防故障的發生，保障電力系統的連續供電。電力電纜外護套的故障定位及監測技術對于保證電力系統的安全穩定運行具有至關重要的意義。只有充分應用這些技術手段，合理規劃和管理電力系統，才能夠更好地滿足人們對電力的需求，推動社會經濟的發展。