常見電纜故障原因分析及尋測經(jīng)驗(yàn)的探討

陳金山

中車戚墅堰機(jī)車有限公司生產(chǎn)保障公司 江蘇常州 213000

伴隨電纜數(shù)量的不斷增多，因?yàn)槭艿阶匀粸?zāi)害、外力、施工等因素的影響，導(dǎo)致電力電纜故障次數(shù)也有了明顯的增加，如何在很短的時間里快速、準(zhǔn)確的尋測出故障點(diǎn)是一個非常棘手的問題，尤其是對重要的線路或用戶，長期停電將造成重大隱患或損失。因而盡快確定故障位置、恢復(fù)正常供電成為一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。

1 電纜故障常見類型

（1）低阻故障，低阻故障主要是因?yàn)橄嚅g或相對地之間絕緣介質(zhì)損傷產(chǎn)生的故障，導(dǎo)致絕緣電阻Rf 較小。一般來說，低壓電力電纜以及控制電纜是低阻故障最容易出現(xiàn)的區(qū)域。

（2）高阻故障，高阻故障本身也是因?yàn)殡娎|相間或者相對地絕緣受損引起的。但是在這一故障之下，絕緣電阻Rf 較大，并且超過了10MΩ。高阻故障經(jīng)常會在高壓電力電纜之上占據(jù)80%，高阻故障又分為泄露性高阻和閃絡(luò)性高阻二種情況。

（3）開路故障，開路故障主要是電纜的金屬部分連續(xù)性被破壞，造成斷線故障。如芯線似斷非斷、芯線某一處存在較大的線電阻及斷芯等情況。在這一種故障下絕緣電阻Rf 表現(xiàn)出無窮大，能夠達(dá)到規(guī)定的實(shí)際要求，但是因?yàn)槠湄?fù)載能力較差，就無法直接將工作電壓傳輸?shù)綄?yīng)的終端[1]。一般單純性開路故障很少見到，多數(shù)表現(xiàn)為低阻或高阻故障并存。

2 電力電纜故障形成的原因分析

通過對高壓電纜故障進(jìn)行仔細(xì)的分析，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)電纜故障主要是因?yàn)椋旱谝?，電纜本身的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，影響正常的使用。第二，電纜施工方式不當(dāng)，導(dǎo)致電纜在施工環(huán)節(jié)受到不同程度的損傷。第三，因?yàn)殡娎|所處的環(huán)境相對特殊，電纜本身也容易受到外界環(huán)境的影響，最終留下安全隱患。第四，電纜受到外力的影響，進(jìn)而引發(fā)電纜的機(jī)械損傷，其造成的事故占據(jù)電纜總事故的50%以上。第五，長期過負(fù)荷運(yùn)行也是導(dǎo)致電纜故障的重要因素，電纜高負(fù)荷運(yùn)行，電纜的溫度會隨之升高，尤其在炎熱的夏季，電纜的溫升常導(dǎo)致電纜薄弱處和接頭處首先被擊穿。第六，拙劣的接頭制做也會為電纜運(yùn)行埋下隱患，在潮濕的氣候條件下做接頭[2]，使接頭封裝物內(nèi)混入水蒸氣而達(dá)不到運(yùn)行要求，久而久之往往形成閃絡(luò)性故障。

3 電力電纜的故障類型診斷與性質(zhì)甄別

故障性質(zhì)的分析是選擇測試方法的唯一依據(jù)。因此，首先要清楚電纜的故障都有哪些種類和特征。

電纜故障性質(zhì)的判別不能完全以相間或相對地絕緣電阻值的大小來確定，但可通過分析它的規(guī)律性加以參考。一般情況下可以分下列幾種情況判斷：

測量絕緣電阻值Rg，Rg 在Ω 級時為低阻故障；Rg 在kΩ—幾MΩ 時為泄漏高阻故障；Rg 在幾十MΩ—幾百M(fèi)Ω 時為閃絡(luò)高阻故障。

電纜預(yù)防試驗(yàn)確定故障性質(zhì)。應(yīng)該注意的是當(dāng)用兆歐表測試相間或相對地絕緣電阻為零時往往實(shí)際的阻值應(yīng)該在幾kΩ左右。改用Ω 表進(jìn)行測量。若阻值在Ω 級即為低阻故障，kΩ 級時為泄漏高阻故障。實(shí)際情況往往比理論數(shù)據(jù)要復(fù)雜多樣，當(dāng)遇到疑難故障時要冷靜分析，不要盲目下結(jié)論。

4 電纜故障尋測過程與方法

4.1 電纜故障測試包括兩大步驟：粗略測距和精確定點(diǎn)

（1）粗略測距：通過電橋法、低壓脈沖法、高壓閃絡(luò)測量法等初步檢測故障點(diǎn)距離，確定故障點(diǎn)發(fā)生的大致范圍。測試方法的不同以及電纜走向及預(yù)留等因素的不同，測試結(jié)果誤差也不同，一般來說誤差在20 米-40 米。

（2）精確定點(diǎn)定位：在粗略測距的基礎(chǔ)上，對電纜的路徑走向、深度等進(jìn)行詳細(xì)化的進(jìn)一步測試，通過對電纜的路徑走向以及工作環(huán)境進(jìn)行計算后，采用相應(yīng)方法在故障范圍內(nèi)進(jìn)行精確化的故障點(diǎn)確認(rèn)。精確定點(diǎn)定位測試誤差通?？稍?．5 米范圍內(nèi)。

4.2 電纜故障測試方法選擇

電纜故障點(diǎn)的精確定點(diǎn)是電纜故障尋測過程中最重要的環(huán)節(jié)，精確定點(diǎn)過程主要是通過對故障點(diǎn)在沖擊高電壓的作用下產(chǎn)生的一些物理現(xiàn)象進(jìn)行捕捉和測算來實(shí)現(xiàn)，通過壓電傳感器及感應(yīng)線圈采集故障點(diǎn)閃絡(luò)放電時產(chǎn)生的振動聲波、電磁波，經(jīng)信號處理后后再傳輸給耳機(jī)，供人耳辨聽進(jìn)而對故障點(diǎn)進(jìn)行精確定點(diǎn)[3]。

根據(jù)不同性質(zhì)的故障特性選擇合適的定點(diǎn)方法尤為重要，可以避免走彎路，防止故障尋測過程中發(fā)生次生事故。

故障類型 測試方法開路、低阻故障 低壓脈沖法泄漏高阻故障 高壓沖閃法閃絡(luò)高阻故障 高壓直閃法

在尋測電纜故障的之前，首先要確認(rèn)電纜安裝環(huán)境和操作條件以及故障類型及故障性質(zhì)，比如單相、三相故障，高阻或低阻故障等，從而針對特定情況制定特定的方法和策略。

圖1 低壓脈沖法原理圖

常用的測試方法有低壓脈沖法、高壓沖閃法、高壓直閃法。

低壓脈沖法是依據(jù)微波傳輸理論（雷達(dá)原理），在電纜故障相上加一脈沖信號，當(dāng)電波傳輸?shù)焦收宵c(diǎn)時必然有部分反射回來，通過分析入射波與反射波的時間差，計算出故障點(diǎn)的距離。由于輸出的信號電壓低（通常為150V）很安全，因此，被稱作低壓脈沖法。此方法可用來測量電纜的低阻故障、開路故障以及電纜長度測試。這種方法的明顯優(yōu)勢在于它易于操作，可以產(chǎn)生清晰的脈沖信號，不需要與電纜相關(guān)的任何數(shù)據(jù)，并且不會對電纜造成重大損壞。但是也存在明顯的缺點(diǎn)，其應(yīng)用范圍相對有限，并且如果發(fā)生接地故障，則傳輸波的衰減將增加，從而使得無法有效地檢測故障，查找和定位的效果不太明顯，尤其是在以閃絡(luò)形式出現(xiàn)故障的情況下。

高壓沖閃法是高電壓通過球間隙施加至電纜故障相，且3-5秒鐘沖擊一次，使電纜故障點(diǎn)擊穿形成閃絡(luò)放電，使高阻故障轉(zhuǎn)化為瞬間短路故障并產(chǎn)生反射波。通過采集反射波進(jìn)行分析，計算出故障點(diǎn)的距離。測試泄漏性高阻抗故障時，大量電壓會泄漏到發(fā)生器的內(nèi)部電阻中，從而更容易損壞高壓發(fā)生器。施加到電纜的電壓很小，不利于故障點(diǎn)的查找和定位。因此，此方法主要用來測量泄漏性高阻故障。

高壓直閃法，直接將高電壓施加到電纜故障相直至故障點(diǎn)擊穿形成閃絡(luò)放電并產(chǎn)生反射波的方法。對于閃絡(luò)性高阻故障，未形成固定泄漏通道，沒有損害泄露電壓損害儀器的風(fēng)險，因此，該方法主要用來測量閃絡(luò)性高阻故障。

5 針對我公司電纜運(yùn)行現(xiàn)狀的分析及故障尋測經(jīng)驗(yàn)

電力電纜的敷設(shè)受環(huán)境制約很大，我公司是百年老廠，電纜敷設(shè)方式和環(huán)境復(fù)雜多樣，電纜故障尋測過程中有以下幾種情況值得注意：

5.1 接頭故障的定點(diǎn)

我公司在用電纜系統(tǒng)中，以往發(fā)生故障為封閉性故障，多發(fā)生在電纜中間接頭和終始端頭上。在這種情況下只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及測試中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象，來判斷故障點(diǎn)的大概位置，然后再精確定點(diǎn)。如果是接頭故障，粗測時可能出現(xiàn)下面一些現(xiàn)象：

在進(jìn)行沖閃測試或預(yù)防試驗(yàn)時，若高壓側(cè)泄漏電流>15mA 時，故障點(diǎn)已閃絡(luò)放電，但閃測儀出現(xiàn)的波形較亂，故障點(diǎn)的絕緣電阻在沖擊高壓的作用下，幾乎穩(wěn)定不變；或者當(dāng)加沖擊電壓后，球隙放電時斷時續(xù)，起弧并伴有電纜頭發(fā)熱。根據(jù)這些現(xiàn)象，可判斷出故障點(diǎn)的位置。

對于始端頭及其附近的電纜故障，把球隙移至終端，可以有效消除球隙閃絡(luò)聲音干擾；對于中間接頭在電纜加沖擊電壓時產(chǎn)生振動聲波傳的較遠(yuǎn)且無最大響聲，聲音也比較小，則判斷該中間頭良好，否則判定中間接頭的故障。

5.2 溝道電纜故障的定點(diǎn)

我公司目前絕大多數(shù)高低壓電纜是溝道敷設(shè)，省去了路徑確認(rèn)的麻煩，但卻增加了精確定點(diǎn)的難度。故障點(diǎn)產(chǎn)生的振動聲音首先沿溝道向兩邊擴(kuò)散，若從溝道正上方定點(diǎn)聽到的聲音有一個小區(qū)段，并且因?yàn)槟芰康臄U(kuò)散，能聽到的聲音很小或根本無法聽到聲音。因此，對聲音較明顯的故障點(diǎn)，可用定點(diǎn)儀細(xì)心判別，對因放電聲音小而無法聽到的故障點(diǎn)，在粗測準(zhǔn)確的前提下，從電纜終始端兩頭同時丈量，結(jié)合點(diǎn)（或區(qū)域）即為故障點(diǎn)位置，掀開蓋板觀察。

總而言之，在電力電纜的使用中，針對電力電纜故障進(jìn)行合理有效的定位是保障其安全運(yùn)行的基礎(chǔ)所在?？紤]到電纜故障發(fā)生的具體類型，綜合環(huán)境以及相對應(yīng)的技術(shù)分析，就可以采取合理有效的尋測和定位方法，實(shí)現(xiàn)故障發(fā)生位置的測距以及對應(yīng)的定位處理，讓故障定位變得快速、準(zhǔn)確、方便，同時避免停電以及修復(fù)帶來的經(jīng)濟(jì)損失，最終提高供電的穩(wěn)定性。