段炼

摘要：随着我国经济的不断快速增长,近些年来我国在电力工程中电缆的使用量日益增大，但因此也带来了电缆其故障也随之增加，电力电缆（以下简称电缆）多埋于地下，一旦发生故障，寻找起来十分困难，往往要花费数小时，甚至几天的时间，不仅浪费了大量的人力、物力，而且会造成难以估量的停电损失。如何准确、迅速、经济地查寻电缆故障便成了供电部门日益关注的问题。

关键词：电力工程,电缆故障,探测技术

在我国电力行业中特别是在一些相对比较复杂的电力系统中，要找到地下电缆线路的故障还是比较困难的。但是由于近些年来,科学技术的不断发展,在这方面功能多样且操作简便的设备逐渐不断出现，因此不但可以降低探测故障的高额成本，而且还可以减少艰苦查找电缆故障时不可避免的长时间停电，给排除故障带来了很多方便。

由于电缆故障其情况与埋设环境比较复杂，变化多，测试人员应熟悉电缆的埋设走向与环境，确切地判断出电缆故障性质，选择合适的仪器与测量方法，按照一定的程序工作，才能顺利地测出电缆故障点。

一、电力工程中电缆故障造成原因分析

了解电缆故障的原因，对于减少电缆的损坏，快速地判定出故障点是十分重要的。电缆故障的原因大致可归纳为以下几类：

1.机械损伤

机械损伤引起的电缆故障占电缆事故很大的比例。据上海的资料统计，外力机械损伤引发的故障比例

有些机械损伤很轻微，当时并没有造成故障，但在几个月甚至几年后损伤部位才发展成故障。造成电缆机械损伤的主要有以下几种原因：

1）安装时损伤：在安装时不小心碰伤电缆，机械牵引力过大而拉伤电缆，或电缆过度弯曲而损伤电缆；

2）直接受外力损坏：在安装后电缆路径上或电缆附近进行城建施工，使电缆受到直接的外力损伤；

3）行驶车辆的震动或冲击性负荷会造成地下电缆的铅(铝)包裂损；

4）因自然现象造成的损伤：如中间接头或终端头内绝缘胶膨胀而胀裂外壳或电缆护套；因电缆自然行程使装在管口或支架上的电缆外皮擦伤；因土地沉降引起过大拉力，拉断中间接头或导体。

2.绝缘受潮

绝缘受潮后引起故障。造成电缆受潮的主要原因有：

1）因接头盒或终端盒结构不密封或安装不良而导致进水；

2）电缆制造不良，金属护套有小孔或裂缝；

3）金属护套因被外物刺伤或腐蚀穿孔；

3.绝缘老化变质

电缆绝缘介质内部气隙在电场作用下产生游离使绝缘下降。当绝缘介质电离时，气隙中产生臭氧、硝酸等化学生成物，腐蚀绝缘；绝缘中的水分使绝缘纤维产生水解，造成绝缘下降。

过热会引起绝缘老化变质。电缆内部气隙产生电游离造成局部过热，使绝缘碳化。电缆过负荷是电缆过热很重要的因素。安装于电缆密集地区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的电缆、穿在干燥管中的电缆以及电缆与热力管道接近的部分等都会因本身过热而使绝缘加速损坏。

4.过电压

大气与内部过电压作用，使电缆绝缘击穿，形成故障，击穿点一般是存在缺陷。

5.设计和制作工艺不良

中间接头和终端头的防水、电场分布设计不周密，材料选用不当，工艺不良、不按规程要求制作会造成电缆头故障。

6.材料缺陷

材料缺陷主要表现在三个方面。一是电缆制造的问题，铅（铝）护层留下的缺陷；在包缠绝缘过程中，纸绝缘上出现褶皱、裂损、破口和重叠间隙等缺陷；二是电缆附件制造上的缺陷，如铸铁件有砂眼，瓷件的机械强度不够，其它零件不符合规格或组装时不密封等；三是对绝缘材料的维护管理不善，造成电缆绝缘受潮、脏污和老化。

7.护层的腐蚀

由于地下酸碱腐蚀、杂散电流的影响，使电缆铅包外皮受腐蚀出现麻点、开裂或穿孔，造成故障。

8.电缆的绝缘物流失

油浸纸绝缘电缆敷设时地沟凸凹不平，或处在电杆上的户外头，由于起伏、高低落差悬殊，高处的绝缘油流向低处而使高处电缆绝缘性能下降，导致故障发生。

在分析电缆故障发生的原因以及寻找故障点时，极重要的是要特别注意了解高压电缆敷设、故障及修复的情况。要注意做好电缆安装敷设及故障修复过程中的记录工作。记录应主要包括以下内容：

1）线路名称及起止地点。

2）故障发生时间。

3）故障发生的地点及排除经过。

4）电缆规范：如电压等级、型式、导体截面、绝缘方式，制造厂名及购置日期等。

5）装置记录：如安装日期及气候，各个对接头、三通接头的设计型式、绝缘种类、热处理温度及精确位置。

6）电缆的埋设情况：如电缆弯曲半径的大小，路径的走向，有无反常的敷设深度或者有特别的保护措施，如钢板、穿管和排管等；电缆敷设中的技工和技术人员的姓名（这也常常是提供重要线索的来源之一）。

7）周围环境情况：如临近故障处的地面情况，有无新的挖土、打桩或埋管等工程，泥土中有无酸或碱的成分，是否夹有小石块，附近地区有无化学工厂等。

8）运行情况：如电缆线路负荷及温度等。

9）校验情况：包括试验电压、时间、泄漏电流及绝缘电阻的数值、历史记录。

由于制造缺陷而造成的电缆故障是不多的，分析了解可能造成电缆故障的原因，对寻找电缆故障点是很有帮助的。例如，通过测距知道了电缆的故障距离，而在对应位置上，发现近期进行过城建施工，就可以怀疑为在施工的过程中损伤了被测电缆而引起了故障，往往不需要费很大功夫，就能很快地对故障进行定点。

二、电力电缆故障探测步骤分析

1.电缆故障性质诊断

在电力工程中测定电缆其故障点之前，相关技术人员必须先确定电缆的绝缘情况与故障性质。或者说技术人员必须得先确定故障类型与严重程度，以便于测试人员对症下药。选择适当的电缆故障测距与定点方法，那么首先要用MΩ表或万用表在电缆的一端测量各相对地及各相之间的绝缘电阻，并做导体的连续性试验，以确定导体是否烧断。从而确定故障电阻是高阻还是低阻；是闪络还是封闭性故障；是接地、短路、断线，还是它们的混合；是单相、两相，还是三相故障。

2.电缆故障测距

电力工程中电缆故障的测距，又叫粗测，在电缆的一端使用仪器确定故障距离，现场上常用的方法有低压脉冲法，脉冲电流法。

（1）低压脉冲法，其主要为通过识别反射脉冲的极性，来判定故障的性质。断路故障反射脉冲与发射脉冲极性相同，短路故障的反射脉冲与发射脉冲极性相反。对故障点而言，反射脉冲与发射脉冲之间的距离即为故障距离。

（2）脉冲电流法是将电缆故障点用高电压击穿，用仪器采集并记录下故障点击穿产生的电流行波信号，通过分析判断电流行波信号在测量端与故障点往返一趟的时间来计算故障距离。

3．电缆故障定点

（1）音频感应法：利用声音信号的变化进行故障定点。一般用于探测故障电阻小于10Ω的低阻故障。主要方法：采用探头在故障点前，沿着电缆的路径移动，从听到的声响是否有规则来判断故障点。非故障点的声响有规则的变化，在故障点的上方，声响明显增强，故障点下方音频信号明显变弱甚至中断。声响明显变弱或中断的点即是故障点。

（2）声测定点法：用高压设备使故障点击穿放电，故障间隙放电时产生的机械振动，传到地面，便听到放电声音，利用这种现象可以对电缆故障进行定点。

(3)声磁同步法：利用磁、声时间差估计故障点位置。由于磁场信号传播速度快，从故障点传到仪器探头放置处所的时间可忽略不计，声音传播速度慢，传播时间在毫秒级，可根据探头检出的磁、声信号的时间差，判断故障点的远近，测出时间差最小的点，即故障点。

三、电力电缆故障探测技术应用

1.低电阻故障或短路故障

电力工程中电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或者芯与芯之间绝缘电阻低于511Ω。即用MΩ表测量绝缘电阻约为零，用万用表测量电阻为几百欧姆，可认为电缆已完全击穿。一般常见的有单相接地、二相短路或接地、三相短路或接地等。

某变电站之间采用（YJLV29-3*70）电缆敷设，长度为4750 米。2011年3月某日，从配电所内的仪表反映，发生单相接地故障。现场测试情况：AB 两相绝缘电阻正常，C相绝缘电阻为零，用万用表测得接地电阻为120Ω，可判断为单相低电阻接地故障。采用低压脉冲法进行测距。选用T-903电力电缆故障测距仪，选定测量范围5120米和波速度172m/μs，先对正常相B相，进行波形测量，并记录（如图1），再对故障相C相进行波形测量（如图2）.然后将两波形进行比较，可明显看到B相的反射波形为正向波，C相的反射波形为反向波，反向波的下降沿即为故障点。

图1低电阻或短路故障 图2低电阻或短路故障C相波形

计算故障为2125米处。由于线路为明敷，没有进行定点，用皮尺测量后直接找到故障点。

故障原因分析，该电缆为2000年12月敷设，长期试运行，绝缘老化造成绝缘强度降低，形成单相接地故障。产生绝缘强度降低的原因有：做电缆中间头或终端头时，防水处理没有密封好，导致进水，使电缆绝缘受潮；电缆本身的制作不良，金属护套有小孔或裂缝，使电缆进水受潮；电缆在运输、施工过程中，金属护套被外物刺伤或腐蚀穿孔而进水受潮；电缆长期运行，达到使用年限，绝缘不断老化变质，导致绝缘强度降低。绝缘强度降低，从而演变成各种短路故障，这类故障约占50％。

2.断线故障

电缆一芯或数芯导体不连续，有时还伴有电阻接地现象。

某配电所与变电站电力贯通线电缆，长785米。故障现象：长期缺相。测试情况：三相绝缘良好，A相与B相做导通测试，不通；A相与C相也不通，B相与C相相通，即可判断A相断线。测距采用低压脉冲法：T-903电力电缆故障测距仪，选定测量范围852米和波速度172m/μsA（注意波速度与电缆绝缘介质有关，与电缆芯线的线径及芯线的材料无关，聚乙烯绝缘电缆的波速度一般选172m/μs）。先对正常相B相进行波形测量，并记录（如图3），再对故障相A相进行波形测量（如图4），然后将两波形进行比较，可明显看到两相波形不能完全重叠，开始不重叠的地方即为故障点，计算故障为545米处。由于线路路径、长度清楚，没有进行定点，用皮尺测量后直接开挖，找到故障点。

图3断线故障B相波形 图4断线故障C相波形

故障原因分析，为电缆施工不规范，弯曲过度，形成金属性疲劳，机械损伤。产生的主要原因是电缆安装时损伤、直接受外力损坏、震动或冲击、土地沉降等。这类故障约占10％。

3.高电阻故障

电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻、芯与芯之间绝缘电阻低于正常值但高于200Ω。

某变电所的西贯通线出线电缆，长1500米。故障现象：三相短路。现场测试情况：A相对地绝缘电阻为70MΩ，B相对地绝缘电阻为120 MΩ，C相对地绝缘电阻为150 MΩ，相间绝缘电阻均大于100 MΩ，可判断为三相短路高阻故障。低压脉冲法测距：选用T-302高压信号发生器给电缆加上一个15KV的直流高压，使电缆故障点击穿放电，用T-903电力电缆故障测距仪记录放电波形，选定测量范围2560米和波速度172m/μs。在故障相A相上加一个直流击穿电压，当电缆击穿时产生放电，测距仪通过电容耦合器记录下一组反射波形，应多次击穿直至仪器显示满意的放电脉冲电流波形为止。波形正常后，第一个放电脉冲为起始点，故障点反射脉冲的下降点为终点，终点即为故障点，计算故障为578米处。在预定故障点两头各20米处进行定点。采用T-504电缆故障定点仪，同时向电缆施加冲击高压，使故障点周期性击穿放电，通过磁场方向判断电缆的路径，通过延时时间判断故障点远近，在线路正方向上，声音波形最大处即为故障点。开挖后，找到故障点，原因为中间头烧毁，造成三相短路接地。

故障原因分析，电缆头的制作工艺不良、材料缺陷及电缆头的制作工艺流程、方法不符合标准；电缆头材料制造缺陷、各绝缘材料维护管理不善，造成绝缘受潮、脏污和老化。这种原因易造成电缆头爆炸，形成短路故障。这类故障约占30％。

4.闪络性故障

闪络性故障，电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或者芯与芯之间绝缘电阻值比较高，但当对电缆进行直流加压到某一值时，出现突然击穿现象。这类故障大多在进行预防性耐压试验时发生，故障现象不稳定。对一条10KV全长265米的交联电缆做预防性耐压试验时发生A相闪故障，先用低压脉冲反射法测量电缆全长，采用直闪测试波形，在距测试端76米处为故障点，定点时加冲击高压，在70米附近听到放电声。

四、加强设计施工管理，提高故障探测水平

1.规范电缆敷设的设计施工管理，改进电缆头制作工艺

在设计上，电缆径路应避免电缆受机械外力、腐蚀、热源、虫害、水浸泡、地中电流和经常性震动等损害；避开建筑工程、各种管线工程等需要挖掘的地方；尽量避开铁路路基，必须敷设在路基上时，应采用混凝土电缆槽或保护管等防护；电缆穿越铁路、道路、建筑物等场所应穿管保护。从源头上降低电缆故障发生率。

应不断改进电缆头的制作技术，采用新方法、新措施。加强绝缘、密封防潮、机械保护，提高电缆头的绝缘水平，保证电网的安全运行。10KV电缆接头采取改善电缆屏蔽端部电场集中的有效措施，确保外绝缘相间和对地距离。

2.及时做好技术文件的记录

建立电缆运用管理技术台帐，每一条电缆的长度、路径、年限、中间头位置等都要详细标明，由于中间头是故障易发生点，掌握它的位置有利于加快故障处理速度。

3.加强人员技术培训，提高处理电缆故障的能力

要提高电缆故障处理人员的技术水平，一要保持队伍的稳定，其人员不宜频繁变动。其次，要组织职工对各种电缆故障处理的新设备、新仪器进行系统学习。

4.加强电缆线路的日常维护和测试工作

每季巡视一次电缆线路径路，每半年巡视一次电缆人孔井，进行一次负荷测定，每年测量一次绝缘电阻和接地电阻，检查接地装置等。

结束语

电缆故障探测有其固有的特点，现场测试人员曾形象地说探测电缆故障点“七分靠仪器,三分靠人”，说明单纯地靠购买先进仪器是不能解决问题的。要重视操作人员的培训工作，生产单位和使用部门要经常交流信息、积累经验，加强电缆故障探测技术的研讨，以促进我国电缆故障探测技术整体水平的提高。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。