電力電纜的故障原因與測(cè)距方法分析

劉亞軍

摘要：電力電纜作為整個(gè)電力系統(tǒng)的重要組成部分，一旦發(fā)生故障將直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。因此，如何快速、準(zhǔn)確地查找電纜故障，減少故障修復(fù)費(fèi)用及停電損失，是本文研究的主要問(wèn)題。本文簡(jiǎn)單分析了電力電纜故障的原因及分類，重點(diǎn)分析了電力電纜的故障測(cè)距原理與方法，并對(duì)電力電纜故障的定點(diǎn)方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：電力電纜故障原因；測(cè)距方法；脈沖測(cè)量法

引言

隨著電力電纜應(yīng)用成本的下降，以及電力電纜自身所具有的供電可靠性高、不受地面、空間建筑物的影響、不受惡劣氣候侵害、安全隱蔽耐用等特點(diǎn)，因而獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。然而，與架空輸電線路相比，雖然電力電纜的有上述優(yōu)點(diǎn)，但給后期電纜的維護(hù)工作特別是故障測(cè)距與定位帶來(lái)了較大的難度，尤其電纜長(zhǎng)度相對(duì)較短、線路故障不可觀測(cè)性等特點(diǎn)都決定了電纜線路要求有更精確的故障測(cè)距方法。另一方面，電力電纜作為整個(gè)電力系統(tǒng)的重要組成部分，一旦發(fā)生故障將直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，并且如故障發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，則可能導(dǎo)致火災(zāi)、大規(guī)模停電等較大的事故后果。因此，如何快速、準(zhǔn)確地查找電纜故障，減少故障修復(fù)費(fèi)用及停電損失，成為本文研究的主要問(wèn)題。

本文的研究對(duì)象僅適用于1KV以上35KV以下的電力電纜。

1.電力電纜故障原因及類型

1.1電力電纜故障原因

隨著電纜數(shù)量的增多及運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，由于電纜絕緣老化特性

等因素，故障發(fā)生概率大大增加。電纜故障點(diǎn)的查找與測(cè)量是電力供應(yīng)暢通的有力保障，但是因?yàn)殡娎|線路的隱蔽性、個(gè)別運(yùn)行單位的運(yùn)行資料不完善以及測(cè)試設(shè)備的局限性，使電纜故障的查找非常困難。尤其是在狂風(fēng)、暴雨等惡劣天氣中，給故障的查找、維修帶來(lái)了很大不便。了解電纜故障的原因，對(duì)于減少電纜的損壞，快速地判定出故障點(diǎn)是十分重要的。電纜發(fā)生故障的原因是多方面的，常見(jiàn)的幾種主要原因包括：

（1）設(shè)計(jì)制作工藝不良和材料缺陷：拙劣的接頭、拙劣的技工、電纜質(zhì)量不過(guò)關(guān)、不按技術(shù)要求敷設(shè)電纜，造成電纜絕緣受潮和老化，這是形成電纜故障的主要原因。

（2）機(jī)械損傷：主要由于電纜安裝敷設(shè)時(shí)不小心造成的機(jī)械損傷或安裝后靠近電纜路徑作業(yè)造成的機(jī)械損傷而直接引起的。

（3）電纜外皮的電腐蝕：如果電力電纜埋設(shè)在有強(qiáng)力地下電場(chǎng)的地面下（如大型航車，電力機(jī)車軌道附近），往往出現(xiàn)電纜的鉛包外皮腐蝕致穿，導(dǎo)致潮氣侵入，絕緣破壞。

（4）化學(xué)腐蝕：電纜路徑在有酸堿作業(yè)的地區(qū)通過(guò)，或煤氣站的苯蒸汽往往造成電纜鎧裝和鉛（鋁）護(hù)套大面積長(zhǎng)距離被腐蝕。

（5）長(zhǎng)期過(guò)荷運(yùn)行：由于過(guò)荷運(yùn)行，電纜的溫度會(huì)隨之上升，尤其在炎熱的夏季，電纜的溫升常常導(dǎo)致電纜薄弱處首先被擊穿，在夏季，電纜故障多的原因正是如此。

（6）震動(dòng)破壞：鐵路軌道下運(yùn)行的電纜，由于劇烈規(guī)律的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致電纜外皮產(chǎn)生彈性疲勞而破裂，形成故障。

1.2電力電纜的故障類型

根據(jù)故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為短路、開(kāi)路、低阻與高阻故障。

（1）短路故障：電纜完全短路，故障點(diǎn)電阻為零。

（2）開(kāi)路故障：電纜完全斷開(kāi)的情況，即電纜各相導(dǎo)體的絕緣電阻符合規(guī)定，但導(dǎo)體的連續(xù)性試驗(yàn)證明有一相或數(shù)相導(dǎo)體不連續(xù)，或雖未斷開(kāi)但工作電壓不能傳輸?shù)浇K端，或雖然終端有電壓但負(fù)載能力較差。

（3）低電阻接地故障：電纜線路一相導(dǎo)體對(duì)地或數(shù)相導(dǎo)體對(duì)地或數(shù)相導(dǎo)體之間的絕緣電阻低于正常阻值較多，電阻值低于10 Zo（Zo為電纜線路特性阻抗），而導(dǎo)體連續(xù)性良好，一般可認(rèn)為100歐姆以下的故障為低阻故障，該分類是以電纜的特性阻抗而區(qū)分的。

4）高電阻接地故障：與低電阻接地故障相似，但區(qū)別在于接地電阻大于10 Zo而芯線連接良好，一般指故障點(diǎn)電阻大于100歐姆的情況。

1.3電纜故障測(cè)試步驟及電纜故障的測(cè)試方法選擇

首先用兆歐表在電纜一端測(cè)量各相對(duì)地及相對(duì)相之間的絕緣電阻，根據(jù)阻值高低確定是低阻短路或斷線開(kāi)路，還是高阻閃絡(luò)性或泄漏故障。

凡是電纜絕緣電阻下降至該電纜的特性阻抗，甚至絕緣電阻為零的故障均為低阻故障或短路故障；凡是電纜絕緣電阻無(wú)窮大或雖與正常電纜的絕緣電阻值相同，但電壓卻不能傳送至用戶端的故障稱為開(kāi)路或斷路故障。此類故障可用低壓脈沖法直接測(cè)定。

當(dāng)阻值很高（數(shù)百兆到數(shù)千兆）且在作高壓試驗(yàn)時(shí)有瞬間放電現(xiàn)象，可采用二次脈沖法或者三次脈沖法測(cè)試確定。

2.低壓脈沖測(cè)試法的工作原理：

電纜故障的測(cè)試是基于電波在傳輸線中的傳輸時(shí)遇到線路阻抗不均勻而產(chǎn)生反向的原理。根據(jù)傳輸線理論，每條線路都有其一定的特性阻抗Zc，它由線路的結(jié)構(gòu)決定，而與線路的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。在均勻傳輸線路上，任一點(diǎn)的輸入阻抗等于特性阻抗，若終端所接負(fù)載等于特性阻抗，線路發(fā)送的電流波或電壓波沿線傳送，到達(dá)終端被負(fù)載全部吸收而無(wú)反向。當(dāng)線路上任一點(diǎn)阻抗不等于Zc 時(shí)，電波在該點(diǎn)將產(chǎn)生全反射或部分反射。

故障的性質(zhì)可由反射波形的方向來(lái)決定。當(dāng)我們?cè)陔娎|的始端加正極性信號(hào)時(shí)，如果電纜的反射波形為同方向的正極性波形，即反射系數(shù)在-1--0之間，則該電纜故障為高阻故障或開(kāi)路故障；反之為低阻故障或短路故障，反射系數(shù)在0--1之間。（這里強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：波形反映出來(lái)的高阻或低阻故障是針對(duì)故障點(diǎn)的阻抗與電纜的特性阻抗之比的特性，而不是我們?nèi)粘Ｓ谜讱W表測(cè)量出來(lái)的高阻或低阻，一般來(lái)講我們將故障點(diǎn)阻抗大于100歐姆的統(tǒng)稱為高阻）

3.二次脈沖法：

首先使用一定電壓等級(jí)、一定能量的高壓脈沖在電纜的測(cè)試端施加給故障電纜，讓電纜的高阻故障點(diǎn)發(fā)生擊穿燃弧，同時(shí)，在測(cè)試端加入測(cè)量用的低壓脈沖，測(cè)量脈沖到達(dá)電纜的高阻故障點(diǎn)時(shí)，遇到電弧，在電弧的表面發(fā)生反射。由于燃弧時(shí)，高阻故障變成了瞬間的短路故障，低壓測(cè)量脈沖將發(fā)生明顯的阻抗特征變化，使得閃絡(luò)測(cè)量的波形變?yōu)榈蛪好}沖短路波形，使得波形判別特別簡(jiǎn)單清晰。這就是我們稱之為的“二次脈沖法”。接收到的低壓脈沖反射波形相當(dāng)于一個(gè)線芯對(duì)地完全短路的波形，將釋放高壓脈沖時(shí)與未釋放高壓脈沖時(shí)所得到的低壓脈沖波形進(jìn)行疊加，兩個(gè)波形會(huì)有一個(gè)發(fā)散點(diǎn)，這個(gè)發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)的反射波形點(diǎn)。二次脈沖法使得電纜高阻故障的測(cè)試變得十分簡(jiǎn)單，是目前電力電纜故障離線測(cè)試最先進(jìn)的基礎(chǔ)測(cè)試方法。

4.三次脈沖法：

由于二次脈沖法固有的弊?。喝蓟r(shí)間短、燃弧不容易穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)要通過(guò)多次實(shí)測(cè)波形的觀察，需要選擇合適的遲延時(shí)間，選出最適合判讀的測(cè)試波形，操作起來(lái)非常麻煩，成功率也不高。因此在此基礎(chǔ)上發(fā)明了三次脈沖法，首先在不擊穿被測(cè)電纜故障點(diǎn)的情況下，測(cè)得低壓脈沖的反射波形，緊接著用高壓脈沖擊穿電纜的故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧，在電弧電壓降到一定值時(shí)觸發(fā)中壓脈沖來(lái)穩(wěn)定和延長(zhǎng)電弧時(shí)間，之后再發(fā)出低壓脈沖，從而得到故障點(diǎn)的反射波形，兩條波形疊加后同樣可以發(fā)現(xiàn)發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置。由于采用了中壓脈沖來(lái)穩(wěn)定和延長(zhǎng)電弧時(shí)間，它比二次脈沖法更容易得到故障點(diǎn)波形，而且三次脈沖法不用選擇燃弧的同步時(shí)間，也不用在采得多個(gè)波形中選擇正確的二次脈沖波，所以三次脈沖法操作起來(lái)也更加簡(jiǎn)便可靠。

5.結(jié)束語(yǔ)

我們要了解電纜的特性和故障原因，不斷的預(yù)防各種故障所在。在電纜故障測(cè)尋時(shí)，借助現(xiàn)代化的儀器和設(shè)備，便可準(zhǔn)確迅速地確定故障點(diǎn)的精確位置，為故障的迅速處理，盡快恢復(fù)送電贏得寶貴的時(shí)間。