電力電纜故障及處理方法

李玥++曾勇俊++孫濤

摘 要：本文針對不同的電纜故障情況進行分析，總結(jié)了一般電纜故障的處理步驟。并詳細介紹了電纜故障點粗測的電橋法和波反射法。最后紹了電纜故障定點的常用方法。

關(guān)鍵詞：故障測尋 電橋法 脈沖反射

中圖分類號：TM247 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0116-02

電纜在正常運行和檢修作業(yè)中易受絕緣老化、絕緣受潮、電纜過熱、機械損傷、護層腐蝕、過電壓、材料缺陷、中間接頭和終端頭的設(shè)計制造工藝問題等影響而引發(fā)故障[1]。針對不同的故障類型，有不同的處理方式。故障測尋則是根據(jù)檢測到的故障狀況確定故障性質(zhì)及故障點。目前常見的故障點粗測的方法是電橋法和波反射法。通過故障定點，運維人員就可對故障進行修復(fù)，從而使電纜恢復(fù)正常運行。

1 電纜故障性質(zhì)的確定

1.1 電纜故障按性質(zhì)分類

1.1.1 低阻抗接地或短路故障

電纜一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻值低于數(shù)千歐，而導(dǎo)體的連續(xù)性良好。一般常見的有單相接地、兩相或三相短路、兩相或三相接地。

1.1.2 高阻抗接地或短路故障

電纜一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻值低于正常值很多，但導(dǎo)體的連續(xù)性良好。一般常見的有單相接地、兩相或三相短路接地。

1.1.3 斷線故障

電纜各芯絕緣良好，但有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體不連續(xù)。

1.1.4 斷線并接地故障

電纜有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體不連續(xù)，而且經(jīng)電阻接地。

1.1.5 閃絡(luò)性故障

這類故障大多在預(yù)防性耐壓試驗時發(fā)生，并多出現(xiàn)于電纜中間接頭或終端內(nèi)。發(fā)生這類故障時，故障現(xiàn)象不一定相同。

1.2 低阻故障與高阻故障的區(qū)別

上述五類故障中，低阻和高租之分并非絕對固定，它主要決定于故障的測尋方法、測尋設(shè)備的條件和被試電纜導(dǎo)體電阻的大小。目前使用的電纜探傷儀試驗電壓可達600 V，當(dāng)電纜導(dǎo)體回路電阻在1 Ω以下時，容許的故障電阻值可達100 kΩ。很明顯，試驗電壓愈低或電纜導(dǎo)體回路電阻愈小，則容許的故障電阻值愈低。測量高電阻故障時，必須提高試驗電壓或增加檢流計的靈敏度。一般認為故障電阻在數(shù)千歐以下為低阻故障。當(dāng)使用低壓脈沖法或閃絡(luò)法測尋電纜故障時，通常認為100 Ω低阻故障和高阻故障的分界線。

1.3 故障定性

所謂故障定性，就是指確定故障電阻是高阻還是低阻；是閃絡(luò)還是封閉性閃絡(luò)故障；是接地、短路、斷線，還是他們的組合；是單相、兩相，還是三相故障。通?？筛鶕?jù)故障發(fā)生時出現(xiàn)的現(xiàn)象，初步判定故障的性質(zhì)。當(dāng)通過故障現(xiàn)象還不能完全將故障性質(zhì)確定下來的，還必須測量電纜的絕緣電阻和進行線芯的導(dǎo)通試驗。

2 電纜故障的測尋步驟

確定了故障性質(zhì)以后，即可運用各種手段查找故障點。以便于運維人員進行維護。

2.1 一般的故障測尋步驟

Step1：確定故障性質(zhì)。

Step2：故障點的燒穿。

如果故障電阻很高，通過施加沖擊電壓或交流電壓燒穿故障點，將高阻故障或閃絡(luò)性故障變?yōu)榈妥韫收?，以便進行粗側(cè)。

Step3：粗側(cè)。

就是測出故障點到電纜任意一端的長度。

Step4：探測故障電纜線路的敷設(shè)路徑。

對于直埋、排管、充砂電纜溝敷設(shè)的電纜就是找出故障電纜的敷設(shè)路徑和埋設(shè)深度，以便進行定點精測。

Step5：故障定點。

就是采用聲測、感應(yīng)、跨步電壓等方法進行故障點的精確定位。

上述五個步驟是一般的尋測步驟，不是固定不變的，實際的工作中可根據(jù)具體情況省去其中的某些步驟。

2.2 電纜故障點的燒穿

隨著交聯(lián)聚乙烯電纜的大量應(yīng)用和絕緣監(jiān)督工作的加強，電纜在運行中發(fā)生的故障逐漸減少，而在試驗中的故障相對增多。另外外力破壞引起的故障雖然比以前大大減小，但占故障總數(shù)的比例還是很高的。據(jù)有關(guān)運行單位的統(tǒng)計[4]，試驗擊穿點的故障電阻一般都很高，90%以上是高阻故障，在電纜運行時絕緣老化和外力破壞所引發(fā)的故障中，高阻故障也占70%以上。因此，在發(fā)生的電纜故障中，高阻故障站了絕大多數(shù)。但很多粗測、定點方法和測量儀器必須在較低電阻下才能使用，這就需要將高阻故障進行燒穿處理，使高阻變低阻，以便于測量。

電纜故障點的燒穿方法有交流燒穿、直流電壓燒穿和沖擊電壓燒穿三種。

交流電壓燒穿時需要向故障電纜提供無功電流，所以燒穿設(shè)備的容量必須足夠大。而采用交流燒穿方法時，由于工頻電流在一個周期內(nèi)要兩次過零，每次過零時絕緣有所恢復(fù)，故障電阻迅速增大，故障點容易被燒斷。因此，當(dāng)沒必要將故障點電阻燒到100 Ω以下時，一般不使用交流燒穿法。沖擊電壓燒穿對設(shè)備的容量要求不大，容易實現(xiàn)，但燒穿時間相對較長。

3 故障定位

電纜故障定位，就是查找故障點。分為故障點的粗測和故障點定點[4]。

3.1 故障點的粗測

故障點的粗測就是測出故障點到電纜任意一端的距離，這一步是故障定點的前提。粗測方法有很多種，按基本原理歸納有兩類：一類為電橋法，另一類為波反射法。

3.1.1 電橋法

電橋法又分為低壓電橋法和高壓電橋法。利用故障點兩側(cè)的電纜線芯電阻與比例電阻構(gòu)成Whitestone/Murray電橋是傳統(tǒng)經(jīng)典的探測方法。圖1是這類探測法的原理圖。

設(shè)被測電纜兩端距故障點的距離為L1和L2，電纜全長為L，它們對應(yīng)的線芯的電阻為R1和R2，顯然R1/R2 = L1/L2；接入電橋后構(gòu)成的電路如圖2所示。圖中r1+r2 =r0為比例電位器，其電阻值對應(yīng)于刻度盤讀數(shù)P。平衡后有R1/R2 = L1/L2 = r1/r2；且L1/L = r1/r0 = P%，因此有L1 = L·P%。endprint

3.1.2 波反射法

波反射法分為一次脈沖法（低壓脈沖法）、二次脈沖法、弧反射法、三次脈沖法等[6～8]。脈沖波在電纜中以一定速度傳播，在電纜擊穿點或電纜端部反射，波反射法根據(jù)脈沖的時間差定位，適用范圍廣，可以定位未知電纜長度及斷線故障。如圖3是脈沖反射原理。

3.2 故障定點

電纜運行或檢修技術(shù)人員根據(jù)電纜故障預(yù)定位的結(jié)果，在電纜故障點附近，通過儀器和設(shè)備對電纜故障點的位置進行精確定位的過程。這一步驟的結(jié)論是在0.1米范圍內(nèi)指出故障點的位置。常用的方法是聲磁同步法、跨步電壓法和音頻感應(yīng)法。

3.2.1 聲磁同步法

聲磁的原理接線與沖擊電壓燒穿故障點的接線圖相同。直流高壓向電容器充電使球隙擊穿，將電壓加在故障點上，使故障點擊穿產(chǎn)生火花放電，引起電磁波輻射和機械的音頻振動。聲磁同步法的原理就是利用放電的機械效應(yīng)，在地面用聲波接收器探頭拾取振波，根據(jù)振波的強弱判定故障點。

3.2.2 跨步電壓法

跨步電壓法對電纜護套故障有很好的檢測效果。因而主要是針對電纜護套故障的有效定位手段。原理如圖4所示，在故障電纜金屬護套上施加一負極性的直流電壓，從G點流入土壤的電流形成“V”形的電位分布，跨步電壓法正是通過探棒尋找土壤中電勢最低點確定故障點位置的。在故障點兩側(cè)。地電勢差是相反的，越接近故障點電勢差越小。

3.2.3 音頻感應(yīng)法

音頻感應(yīng)法一般用于故障電阻小于10Ω的低阻故障的定點。當(dāng)用聲磁同步法進行定點時，因振動聲傳播受到屏蔽，或外界振動干擾很大，以及接地電阻極低，特別是金屬性接地故障的故障點根本無放電聲而無法定點時，需用音頻感應(yīng)法進行定點。

音頻感應(yīng)法定點的基本原理與用音頻感應(yīng)法探測電纜路徑的原理一樣。探測時，用1kHz的音頻信號發(fā)生器向待測電纜通音頻電流，發(fā)出電磁波。然后在地面上用探頭沿電纜路徑接受電纜周圍電磁場的變化信號，并送入放大器放大。再將放大后的信號送入耳機或指示儀表，根據(jù)耳機中聲響的強弱或指示儀表示值的大小定出故障點的位置。在故障點，耳機中音頻信號聲響最強。當(dāng)探頭從故障點前移1～2 m時，音頻信號聲響即中斷，則音頻信號聲響最強處即為故障點。

4 結(jié)語

綜上所述，在故障粗測時采用故障點兩側(cè)電纜線芯電阻與比例電阻構(gòu)成的Murray電橋，是傳統(tǒng)經(jīng)典的定位方法。由此構(gòu)成的設(shè)備，價格低廉、操作簡單。由于過去低壓電橋法儀器測量電壓低，通常被認為不適宜高阻。高壓電橋徹底解決了電橋法用于高阻定位的局限性。電橋法的優(yōu)勢是無盲區(qū)、精確、使用方便。波反射法中的低壓脈沖法適用于0～1 kΩ的低阻接地故障，高阻接地故障時先用高壓脈沖信號將高阻瞬間擊穿，然后采用弧反射法或低壓脈沖信號快速測量故障點反射信號進而探測故障點信息。上述各種方法都有各自的適用環(huán)境，對于一些復(fù)雜故障，可組合使用上述方法以求獲得最佳探測效果。

參考文獻

[1] 史傳卿.電力電纜安裝運行技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2] 卓金玉.電力電纜設(shè)計原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.

[3] 徐應(yīng)麟.電線電纜手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[4] 電工進網(wǎng)作業(yè)許可考試參考教材[M].北京：中國電力出版社，2007.endprint

3.1.2 波反射法

波反射法分為一次脈沖法（低壓脈沖法）、二次脈沖法、弧反射法、三次脈沖法等[6～8]。脈沖波在電纜中以一定速度傳播，在電纜擊穿點或電纜端部反射，波反射法根據(jù)脈沖的時間差定位，適用范圍廣，可以定位未知電纜長度及斷線故障。如圖3是脈沖反射原理。

3.2 故障定點

電纜運行或檢修技術(shù)人員根據(jù)電纜故障預(yù)定位的結(jié)果，在電纜故障點附近，通過儀器和設(shè)備對電纜故障點的位置進行精確定位的過程。這一步驟的結(jié)論是在0.1米范圍內(nèi)指出故障點的位置。常用的方法是聲磁同步法、跨步電壓法和音頻感應(yīng)法。

3.2.1 聲磁同步法

聲磁的原理接線與沖擊電壓燒穿故障點的接線圖相同。直流高壓向電容器充電使球隙擊穿，將電壓加在故障點上，使故障點擊穿產(chǎn)生火花放電，引起電磁波輻射和機械的音頻振動。聲磁同步法的原理就是利用放電的機械效應(yīng)，在地面用聲波接收器探頭拾取振波，根據(jù)振波的強弱判定故障點。

3.2.2 跨步電壓法

跨步電壓法對電纜護套故障有很好的檢測效果。因而主要是針對電纜護套故障的有效定位手段。原理如圖4所示，在故障電纜金屬護套上施加一負極性的直流電壓，從G點流入土壤的電流形成“V”形的電位分布，跨步電壓法正是通過探棒尋找土壤中電勢最低點確定故障點位置的。在故障點兩側(cè)。地電勢差是相反的，越接近故障點電勢差越小。

3.2.3 音頻感應(yīng)法

音頻感應(yīng)法一般用于故障電阻小于10Ω的低阻故障的定點。當(dāng)用聲磁同步法進行定點時，因振動聲傳播受到屏蔽，或外界振動干擾很大，以及接地電阻極低，特別是金屬性接地故障的故障點根本無放電聲而無法定點時，需用音頻感應(yīng)法進行定點。

音頻感應(yīng)法定點的基本原理與用音頻感應(yīng)法探測電纜路徑的原理一樣。探測時，用1kHz的音頻信號發(fā)生器向待測電纜通音頻電流，發(fā)出電磁波。然后在地面上用探頭沿電纜路徑接受電纜周圍電磁場的變化信號，并送入放大器放大。再將放大后的信號送入耳機或指示儀表，根據(jù)耳機中聲響的強弱或指示儀表示值的大小定出故障點的位置。在故障點，耳機中音頻信號聲響最強。當(dāng)探頭從故障點前移1～2 m時，音頻信號聲響即中斷，則音頻信號聲響最強處即為故障點。

4 結(jié)語

綜上所述，在故障粗測時采用故障點兩側(cè)電纜線芯電阻與比例電阻構(gòu)成的Murray電橋，是傳統(tǒng)經(jīng)典的定位方法。由此構(gòu)成的設(shè)備，價格低廉、操作簡單。由于過去低壓電橋法儀器測量電壓低，通常被認為不適宜高阻。高壓電橋徹底解決了電橋法用于高阻定位的局限性。電橋法的優(yōu)勢是無盲區(qū)、精確、使用方便。波反射法中的低壓脈沖法適用于0～1 kΩ的低阻接地故障，高阻接地故障時先用高壓脈沖信號將高阻瞬間擊穿，然后采用弧反射法或低壓脈沖信號快速測量故障點反射信號進而探測故障點信息。上述各種方法都有各自的適用環(huán)境，對于一些復(fù)雜故障，可組合使用上述方法以求獲得最佳探測效果。

參考文獻

[1] 史傳卿.電力電纜安裝運行技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2] 卓金玉.電力電纜設(shè)計原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.

[3] 徐應(yīng)麟.電線電纜手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[4] 電工進網(wǎng)作業(yè)許可考試參考教材[M].北京：中國電力出版社，2007.endprint

3.1.2 波反射法

波反射法分為一次脈沖法（低壓脈沖法）、二次脈沖法、弧反射法、三次脈沖法等[6～8]。脈沖波在電纜中以一定速度傳播，在電纜擊穿點或電纜端部反射，波反射法根據(jù)脈沖的時間差定位，適用范圍廣，可以定位未知電纜長度及斷線故障。如圖3是脈沖反射原理。

3.2 故障定點

電纜運行或檢修技術(shù)人員根據(jù)電纜故障預(yù)定位的結(jié)果，在電纜故障點附近，通過儀器和設(shè)備對電纜故障點的位置進行精確定位的過程。這一步驟的結(jié)論是在0.1米范圍內(nèi)指出故障點的位置。常用的方法是聲磁同步法、跨步電壓法和音頻感應(yīng)法。

3.2.1 聲磁同步法

聲磁的原理接線與沖擊電壓燒穿故障點的接線圖相同。直流高壓向電容器充電使球隙擊穿，將電壓加在故障點上，使故障點擊穿產(chǎn)生火花放電，引起電磁波輻射和機械的音頻振動。聲磁同步法的原理就是利用放電的機械效應(yīng)，在地面用聲波接收器探頭拾取振波，根據(jù)振波的強弱判定故障點。

3.2.2 跨步電壓法

跨步電壓法對電纜護套故障有很好的檢測效果。因而主要是針對電纜護套故障的有效定位手段。原理如圖4所示，在故障電纜金屬護套上施加一負極性的直流電壓，從G點流入土壤的電流形成“V”形的電位分布，跨步電壓法正是通過探棒尋找土壤中電勢最低點確定故障點位置的。在故障點兩側(cè)。地電勢差是相反的，越接近故障點電勢差越小。

3.2.3 音頻感應(yīng)法

音頻感應(yīng)法一般用于故障電阻小于10Ω的低阻故障的定點。當(dāng)用聲磁同步法進行定點時，因振動聲傳播受到屏蔽，或外界振動干擾很大，以及接地電阻極低，特別是金屬性接地故障的故障點根本無放電聲而無法定點時，需用音頻感應(yīng)法進行定點。

音頻感應(yīng)法定點的基本原理與用音頻感應(yīng)法探測電纜路徑的原理一樣。探測時，用1kHz的音頻信號發(fā)生器向待測電纜通音頻電流，發(fā)出電磁波。然后在地面上用探頭沿電纜路徑接受電纜周圍電磁場的變化信號，并送入放大器放大。再將放大后的信號送入耳機或指示儀表，根據(jù)耳機中聲響的強弱或指示儀表示值的大小定出故障點的位置。在故障點，耳機中音頻信號聲響最強。當(dāng)探頭從故障點前移1～2 m時，音頻信號聲響即中斷，則音頻信號聲響最強處即為故障點。

4 結(jié)語

綜上所述，在故障粗測時采用故障點兩側(cè)電纜線芯電阻與比例電阻構(gòu)成的Murray電橋，是傳統(tǒng)經(jīng)典的定位方法。由此構(gòu)成的設(shè)備，價格低廉、操作簡單。由于過去低壓電橋法儀器測量電壓低，通常被認為不適宜高阻。高壓電橋徹底解決了電橋法用于高阻定位的局限性。電橋法的優(yōu)勢是無盲區(qū)、精確、使用方便。波反射法中的低壓脈沖法適用于0～1 kΩ的低阻接地故障，高阻接地故障時先用高壓脈沖信號將高阻瞬間擊穿，然后采用弧反射法或低壓脈沖信號快速測量故障點反射信號進而探測故障點信息。上述各種方法都有各自的適用環(huán)境，對于一些復(fù)雜故障，可組合使用上述方法以求獲得最佳探測效果。

參考文獻

[1] 史傳卿.電力電纜安裝運行技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2] 卓金玉.電力電纜設(shè)計原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.

[3] 徐應(yīng)麟.電線電纜手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[4] 電工進網(wǎng)作業(yè)許可考試參考教材[M].北京：中國電力出版社，2007.endprint