配網(wǎng)電力電纜故障探測方法分析

韋成端

（廣東電網(wǎng)公司云浮供電局，廣東，云浮 527300）

伴隨著市場經(jīng)濟的飛躍發(fā)展，用戶對用電的需求量是日益增加。加之現(xiàn)在的土地越來越珍貴，為電力電纜的埋設帶來較大的困難。

而且和高空架設線路相比較，電力電纜具有其自身的優(yōu)勢，那就是供電的可靠性較高，不受地面和高空建筑物的影響。同時，埋在地下的電力電纜還不受風吹雨打的影響。鑒于電纜的種種優(yōu)勢，被越來越廣泛的使用。為此，配網(wǎng)電力電纜的故障探測就成為了重要問題，成為了保障電力輸送的基礎條件。

1 配網(wǎng)電力電纜的常見故障原因分析

配電網(wǎng)的電力電纜送電比較可靠，而且不受風吹雨打的影響。為此，現(xiàn)在是越來越被供電建設所看重。但是任何事物都不可能是絕對的安全，都會存在著不同的問題。因此，埋在地下的電力電纜也會存在多種故障。

1.1 電纜本體故障

在一些施工之中，施工人員的技術水平較差以及責任心不強，都會導致鋪設電纜的時候質(zhì)量出差錯，導致絕緣不足。在長期的使用之中，防水的密封性逐漸下降，連接點的緊密性也出現(xiàn)了隱患，這些都可以導致電纜的阻抗過大，再根據(jù)發(fā)熱公式Q=I2Rt可以看出來，阻抗一增大，那么電纜的發(fā)熱也就厲害，這樣很容易出現(xiàn)熔斷和擊穿的情況。出現(xiàn)在這些現(xiàn)象的主要是原因：

1）安裝過程中施工人員粗心大意，將電力電纜的外皮弄破受損，為后面的使用留下后遺癥。隨著使用，土壤里面的水分就順著受損的地方滲透進去，加大電纜的阻抗，從而出現(xiàn)故障問題。

2）在運行的時候受到外力作用，進而將電纜破壞。現(xiàn)在市政建設發(fā)展相當?shù)目?，而且涉及面是十分的廣泛。如果僅僅單一的部門施工，是肯定可以考慮到地下的電力電纜。但是，事實上在施工的時候是多個單位同時開始施工，這就難免出現(xiàn)了一些部門沒有考慮到地下管線的布設情況，造成電纜的外皮受損或者導線斷裂等現(xiàn)象。

一旦出現(xiàn)了這類事故，直接就出現(xiàn)短路現(xiàn)象，其中的短路電流很大的，會讓電纜出現(xiàn)燃燒冒煙等現(xiàn)象。

1.2 外體故障

其中主要是因為電力電纜敷設在地下的電纜溝中，甚至有一些還沒有安裝電纜溝而是直接將電纜埋在地下，讓電纜和土壤直接接觸。為此，電纜長時間和土壤里的水分和潮氣相接觸，絕緣設施就很容易受到腐蝕的滲透，這些現(xiàn)象就會導致電力電纜的阻抗增高，進而導致故障現(xiàn)象出現(xiàn)。

從各種實際起來看，出現(xiàn)這些現(xiàn)象的主要原因在于受潮、污染嚴重、腐蝕等各種原因，這樣會導致電纜的絕緣能夠大大降低，讓承受的電壓等級和載流量而不足。如果出現(xiàn)了這類的現(xiàn)象，一旦線路中的負荷過重或者諧波過高等情況之時，就會將外層的絕緣層擊穿造成了故障。

其中還存在其他原因，比如電力電纜在制造的時候存在質(zhì)量故障，以及在安裝的時候安裝人員施工不合格的現(xiàn)象造成局部的缺陷，這些都會出現(xiàn)隱患的故障。當然，還有一種情況就是人為故意破壞電纜，造成故障。

1.3 電纜故障的分類

電力電纜出現(xiàn)的故障根據(jù)現(xiàn)象主要分為了三類：高阻故障、開路故障和低阻故障三。

1）高阻故障就是指電纜中的接地電阻變大或者短路，這將導致整條電纜的安全性能大幅度降低。一般而言，絕緣的阻抗只要低于了正常的值，但高于了10Z（Z是指電纜波阻抗）而出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，都屬于這一類。這類用直流高壓閃絡法（見圖1），得出的波形曲線見圖2。

圖1

圖2

從圖 2中可以看出來，t1到 t2是一段逐漸增大的平滑曲線，但到了t2時刻曲線發(fā)生突變，這個點就可以能出現(xiàn)了故障。

2）開路故障是就指電纜出現(xiàn)斷開，導致送電故障，是說電力電纜中有了斷開的情況，這樣就讓整條線路不連續(xù)無法正常使用。

3）低阻故障，這類主要是電纜中的阻抗降低，一般都低于了10Z的情況。根據(jù)歐姆定律可知，這種故障會導致電纜中的電流增大，發(fā)熱也會跟著增大，因此很容易燒壞電纜。這類故障用沖擊高壓反絡法（見圖3）。

圖3

測出的波形圖如圖4所示，故障的拐點A即為判斷點。

圖4

從各種故障的實際例子可以發(fā)現(xiàn)，配網(wǎng)電力電纜中最容易出現(xiàn)的是高阻故障。幾乎占據(jù)了整個故障的70%以上。

2 配網(wǎng)電力電纜的故障探測步驟

當遇到電力電纜發(fā)生故障的時候，要采取合理的步驟進行判斷，快速找出癥結(jié)所在。而不是面對著故障慌作一團，不知所措。

按照普遍的探測方法是分為三個步驟，那就是先進行診斷，然后是測距，最后是定出故障的所在點。

2.1 診斷

探測電力電纜和給人看病是一個道理，遇到疾病就要找出癥結(jié)所在。當遇到電力電纜出現(xiàn)了故障，首先就是要診斷出故障的嚴重程度，判斷故障的類型。這樣才方便于測試人員根據(jù)類型進行選擇適當?shù)碾娎|定點方法和測距。

首先要判斷故障的類型，是否是斷線、低阻或者高阻的現(xiàn)象，以及閃絡性故障等。只有找出了病因才能確定使用哪種維修方法，目前的維修方法主要是直流閃絡法，低壓脈沖反射法和沖擊閃絡法。

2.2 測距

當診斷出了故障的嚴重程度和類型之后，就要對電纜的故障進行測距。這種方法的主要操作辦法是，在電纜的一端作為基準點，然后用儀器來檢測出距離故障點的距離。當然，現(xiàn)在的技術還達不到精準的確定，但可以確定出大致點，縮小尋找故障的范圍。

目前測距的主要方法還是分阻抗測距法和行波測距法兩種。相比之下，這兩種之中的行波測距法使用比較廣泛，還被使用在高電壓架空線中。

行波法是利用已經(jīng)知道的行波速度，進而測量行波的從開始端和故障點之間的返回總共使用的時間，利用這個時間計算其間的距離。

根據(jù)所用的波不相同，這種方法可以分為低壓脈沖反射法和高壓脈沖電流法，以及高壓脈沖電壓法等。

各種方法的原理基本大致是相同的，用圖5可以清楚的體現(xiàn)出來。

圖5

其中的△t表示記錄的時間差值。只要知道了脈沖在電力電纜中的傳播速度 V，就可以利用計算距離的公式計算出?L=v?t/2。

通過這樣的方法，只需要測出往返的時間就可以得出故障點的距離。通過實際使用來看，該方法還是比較實用。

2.3 定點

當確定了好了大致距離之后，就要精心精準的測量，探測出真實的故障點?，F(xiàn)在普遍用的是 l～15kHz的音頻信號發(fā)生器來測。

這個操作方法是，當確定了電纜中有故障之后，就通過儀器將音頻信號電流通進去。這樣，通入的音頻電流就能夠在電纜中產(chǎn)生電磁波。再接著用探頭在地面上沿著埋設電纜的路勁一路接收音頻信號，而且要將接收到的音頻信號通過放大送到耳機里，這樣人就可以感應到音頻信號的強弱。

在故障點，因為有一些外界的音頻信號流入，導致送入到耳機的音頻信號電流就要強一些。這樣，就能明顯感受到耳機的聲音比較大。當探頭越過故障點的1～2m之時，耳機里的電流聲音就會明顯減弱。這樣一比較，就可以真實的區(qū)分出故障點。

采取這樣的方法尋找故障點，過分的依靠了人的耳朵。當故障點出現(xiàn)的干擾現(xiàn)象不明顯，影響耳機的電流聲也不是很明顯，那么這樣耳朵就感受不出來，這樣根本就探測不出故障點的。為此，依靠音頻信號電流來探測故障點的方法要進行提升才行。

3 對探測故障定位的新技術

采用前面那種依靠耳朵去探聽的做法，存在了很多不足之處。因為畢竟人的聽覺存在較大的誤差，而且區(qū)分電流大小也存在著主觀的思想。為此，在這樣的情形之下就必須采用技術先進的定位方法。

3.1 高頻感應法

1）高頻感應法工作原理

對于一個新技術出來之后，在使用之前首先要弄清楚其工作原理。該方法主要是利用高頻信號發(fā)生器產(chǎn)生高頻，然后向待測的電纜通上高頻電流。因為有了電場就會產(chǎn)生出磁場，電纜上有了高頻電流就會產(chǎn)生出高頻電磁波。

地面上的人就拿著探頭沿著埋設電纜的路線走，可以感應到電纜發(fā)出的高頻電磁波，經(jīng)過探測儀處理之后就能夠直接在液晶屏幕上顯現(xiàn)出來。然后，根據(jù)顯現(xiàn)的數(shù)值大小可以判斷出故障點的具體位置。可以用圖6體現(xiàn)出來。

圖6

2）高頻感應法的優(yōu)點

其一，從目前的技術條件來看，高頻信號源更容易實現(xiàn)且制造起來也很容易。同時高頻信號發(fā)生器的裝置體積小，重量和對電源功率要求都小，真正實現(xiàn)了儀器的小型化和便攜式。

其二，高頻信號發(fā)出的信號能量較高，穿透力和輻射力都比較強，這樣就能夠連小的故障檢查出來，且更能夠精準的找出電力電纜的故障點。

使用音頻信號不但信號較低，而且還存在了人為的主觀意識。只要一有一些外界干擾，那么測出的故障點又可能就不準確。但是高頻信號的頻頻和工頻的電流，以及高次諧波電流，以及其他環(huán)境下的電磁干擾噪聲頻段都比較遠，這樣就不會出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，就增強了高頻信號的干擾性能。

其三，高頻信號的波長比較短，所以在使用的時候可以在較短距離范圍內(nèi)，讓信號的強度從波峰降跌落到波谷。這樣，就可以讓地面的接受儀器更加容易感應到較大電流信號。

反之，音頻信號的波長就比較大，改變就要慢的多。則有就會造成地面接受儀器的靈敏度大大受到影響。

高頻感應法確實從各個方面解決了傳統(tǒng)方法的缺陷，也被越來越廣泛的使用在電力電纜的故障探測之中。

3.2 紅外診斷技術

此外除了使用高頻感應法之外，還有一種紅外診斷技術。自從使用以來，這項技術取得了良好的業(yè)績，也為電力電纜帶來了巨大的經(jīng)濟效益。

該技術的工作原理：電力電纜一旦出現(xiàn)過負荷的現(xiàn)象，其阻抗增大導致發(fā)熱也增大，于是就會線芯的溫度更在急劇升高，甚至超過了最大承受溫度。因為故障點的阻抗最大發(fā)熱也就最大，只要檢查線芯的溫度，就可以根據(jù)溫度的高低去確定故障點。

實用的時候，先用紅外熱像儀來掃描電力電纜表面的溫度，將電纜線芯表面的溫度轉(zhuǎn)化成為分布圖像。再將這項分布圖像處理成數(shù)值分布，建立出傳熱的數(shù)學模型。這樣，就可以根據(jù)溫度的變化情況，尋找出溫度變化大的那一點，也就故障點。

因為前面說過，電力電纜分為三類故障現(xiàn)象。對于高阻故障來說，當電纜的阻抗一升高就會導致發(fā)熱，溫度也會上升。那這個時候?qū)嵱眉t外診斷的時候，溫度就會從外面逐漸增大，越到故障點溫度也就越高，當溫度高到某一個值之后又開始逐漸降低，那么最高之處即為故障點。只要探測出故障點，那就好處理了。

對于低阻故障而言，那就是阻抗變小。這根據(jù)發(fā)熱的公式可以看出來，阻值變小就會導致溫度降低。那么采用紅外診斷技術的時候，就可以觀察到顯示儀上面的溫度，從高逐漸的變小，當變到一個最小值之后又順著逐漸的升高。那么，從理論上的原因可以分析出來，那個溫度最小值即為故障點。

紅外診斷技術不需要接觸設備，而且操作十分簡單，對故障的檢測速度比較快，工作效率較高。為此，這個技術必將得到廣泛的使用。

4 結(jié)論

配網(wǎng)電力電纜肩負著傳送電力的重要任務，關系著千千萬萬用戶的正常生活。出現(xiàn)問題就要及時得到解決，解決速度的快慢就和探測技術有關。只有全面了解配網(wǎng)電力電纜的探測難點，有針對性的做出科學合理的探測方法。

目前，最先進的技術莫過于紅外診斷技術，它可以在不停電的情況之下將故障點查詢出來?？傊綔y故障難度就在于定位，為此一定要使用先進技術，讓配網(wǎng)電力電纜為人們的正常生活服務。

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