電力電纜故障原因及處理方法探討

深圳市地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)總部維修中心供電三部

摘要：電纜發(fā)生故障后，如何快速準(zhǔn)確的查找故障點(diǎn)，盡快恢復(fù)供電系統(tǒng)，是極需解決的重要課題。本文主要闡述了電力電纜故障原因，并提出相應(yīng)的處理方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：電力電纜；故障；處理

1 電纜故障原因分析

（1）運(yùn)行中的電纜由于長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷或外部過(guò)電壓以及使用年限的增長(zhǎng)造成電纜絕緣老化。

（2）電纜在制造時(shí)局部存在缺陷。

（3）機(jī)械損傷：電纜敷設(shè)工程中受到損傷或電纜路徑區(qū)域有重型機(jī)械施工作業(yè)。

（4）地面下沉：電纜在凹凸不平的路徑中敷設(shè)，因軌道、公路、墻基等地面下沉導(dǎo)致電纜受到垂直剪切應(yīng)力。

（5）震動(dòng)：鐵路橋梁隨著大負(fù)荷列車的通過(guò)會(huì)產(chǎn)生一定頻率的震動(dòng)，會(huì)對(duì)電纜造成疲勞破壞。

（6）腐蝕：軌道附近電纜受到電腐蝕，沿海地區(qū)電纜會(huì)受到化學(xué)腐蝕，損傷電纜外護(hù)套。

（7）電纜頭制作不符合工藝要求，電纜敷設(shè)時(shí)不規(guī)范。

（8）電纜中間連接處的電纜截面積不同，不同截面積的電纜相連易出現(xiàn)壓接不緊，造成此處接觸電阻增大，遇有過(guò)電壓或過(guò)電流時(shí)此處易于發(fā)熱，使絕緣老化，絕緣電阻降低，形成電纜的薄弱點(diǎn)。

（9）絕緣物流失：通常在油浸電纜、不滴流電纜中發(fā)生。以上九點(diǎn)是造成電纜在運(yùn)行中發(fā)生故障較為常見的原因。

2 電纜故障處理

2.1 電纜故障性質(zhì)的判定

通常用兆歐表測(cè)量電纜的絕緣電阻。其方法是：測(cè)量電纜每一相對(duì)其他相、鎧裝及地的絕緣電阻。例如：測(cè)A相對(duì)B、C相時(shí)，將兆歐表的“L”端接電纜A相，B、C相短接并與電纜鎧裝及地相連后接到兆歐表的“E”端，A、B、C三相分別進(jìn)行測(cè)量并做好記錄；然后測(cè)量相間絕緣電阻，即A相對(duì)B相、B相對(duì)C相、C相對(duì)A相的絕緣電阻。測(cè)試結(jié)束后，通過(guò)對(duì)所測(cè)量數(shù)據(jù)的分析進(jìn)行電纜故障性質(zhì)判定。電纜故障大體分為導(dǎo)體故障和絕緣損壞故障，導(dǎo)體故障分為芯線、地線的開路和短路；絕緣損壞故障分為低阻故障和高阻故障。低阻故障特點(diǎn)是電纜特性阻抗小于50Ω，用低壓脈沖法測(cè)距。高阻故障可細(xì)分為泄露高阻和閃絡(luò)高阻，泄露高阻較為常見，是指已經(jīng)形成固定泄露通道，電纜特性阻抗在千歐至十幾兆歐范圍，可用高壓閃絡(luò)法測(cè)距；閃絡(luò)高阻是指電纜中未形成固定泄露通道，特性阻抗在幾十兆歐以上，可用直閃法測(cè)距。電纜故障性質(zhì)判斷準(zhǔn)確，采用正確的測(cè)距方法可以節(jié)約故障處理時(shí)間。

2.2 電纜路徑的查找

隧道內(nèi)電力電纜一般都敷設(shè)在電纜溝內(nèi)或懸掛在洞壁上，此種情況不需要探測(cè)電纜路徑，可直接進(jìn)行電纜故障的粗測(cè)；若是地埋的電纜，且電纜的走向不清，則必須對(duì)電纜路徑進(jìn)行探測(cè)。

2.2.1 路徑儀的使用。將路徑儀的兩根測(cè)試線正極接到電纜的好相（好相的另一端接鋼鎧），負(fù)極接到電纜鋼鎧，鋼鎧兩端接地。儀器的“輸出振幅”放在較小的位置，打開電源開關(guān)，調(diào)節(jié)路徑儀“輸出幅度”使表頭有小的指示，變換“阻抗匹配”，使表頭有較大的指示。將探棒接定點(diǎn)儀的輸入插孔，將定點(diǎn)儀轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)至“路徑”位，同時(shí)調(diào)節(jié)“音量調(diào)節(jié)”和“頻率微調(diào)”電位器，耳機(jī)內(nèi)應(yīng)發(fā)出間斷清晰的響聲。

2.2.2 路徑的探測(cè)技巧。將一只手持探棒放在要查找路徑的電纜上，另一只手調(diào)節(jié)定點(diǎn)儀的靈敏度旋鈕，使表針指在中間位置，調(diào)節(jié)頻率旋鈕使耳機(jī)內(nèi)傳出的聲音最清晰，然后將探棒與地面垂直并左右擺動(dòng)順著電纜大致方向往前走，聲音最小點(diǎn)即為電纜路徑。邊走邊探，并做好標(biāo)記。

2.3 粗測(cè)電纜故障點(diǎn)距離

無(wú)論是低壓脈沖法還是高壓脈沖法，均是以微觀的方式分析電波在電纜中的傳輸，通過(guò)分析電波在傳輸中的相位、幅度和速度的變化來(lái)測(cè)試距離。

2.3.1 低壓脈沖法測(cè)低阻故障。

（1）低壓脈沖法測(cè)試原理。電纜故障閃測(cè)儀是根據(jù)微波傳輸理論（雷達(dá)原理）在電纜的芯線上加注設(shè)計(jì)寬度的微波，通過(guò)波的反射及波的速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜的粗測(cè)。低壓脈沖法：應(yīng)用于測(cè)試低阻、短路和開路故障，主機(jī)本身發(fā)射一個(gè)脈沖信號(hào)，在故障點(diǎn)或接頭處產(chǎn)生一個(gè)反射波，反射波沿著原路返回發(fā)射端，由路徑公式S=1/2VT，得出故障距離。其中：S—故障點(diǎn)到測(cè)試端的距離；V—電信號(hào)在電纜中傳輸?shù)乃俣?，它只與電纜的絕緣介質(zhì)有關(guān)，和電纜的導(dǎo)體材料無(wú)關(guān)；T—電信號(hào)從測(cè)試端發(fā)出，到故障點(diǎn)后再返回到發(fā)射端所需的時(shí)間。

（2）低壓脈沖法測(cè)試要點(diǎn)。正式測(cè)試前，調(diào)整好儀器的基礎(chǔ)波至熒屏的中間位置，振幅幅度調(diào)到3cm左右。測(cè)試時(shí)將故障探測(cè)儀輸出的兩根線中的一根紅線接電纜好相，另一根黑線接電纜鎧裝。測(cè)試方式：選擇脈沖位；介質(zhì)選擇：選到與電纜類型相適應(yīng)的檔位。按下采樣鍵，微調(diào)故探儀的波型位置和振幅，使波型最好時(shí)按下保持鍵，然后通過(guò)波型位移、壓縮或擴(kuò)展、游標(biāo)移動(dòng)等進(jìn)行波型處理，測(cè)出電纜全長(zhǎng)；然后將紅線改接到電纜的壞相，重復(fù)上述步驟進(jìn)行測(cè)試，若顯示出短路或開路故障波型，則在計(jì)算出故障點(diǎn)的距離后便可進(jìn)行故障點(diǎn)的精確定位。故障點(diǎn)測(cè)試是否準(zhǔn)確取決于波型的判讀，若入射波與反射波同相則為開路故障，如圖1所示：

圖1 開路故障測(cè)試波形

圖2 低阻故障測(cè)試波形

t1時(shí)刻為閃測(cè)儀產(chǎn)生的發(fā)射脈沖，極性始終為負(fù)；t2時(shí)刻為電纜的接頭反射脈沖，t3時(shí)刻為開路故障反射波，t4時(shí)刻為開路故障點(diǎn)二次反射。若入射波與反射波反相則為短路故障，如圖2所示：t3時(shí)刻為低阻故障點(diǎn)反射；t4時(shí)刻為低阻故障點(diǎn)二次反射。入射波與反射波之間的長(zhǎng)度即為故障點(diǎn)的距離。測(cè)出的故障距離誤差大的原因是游標(biāo)定位不準(zhǔn)。因?yàn)橛螛?biāo)每游動(dòng)一點(diǎn)即為3.2m，關(guān)鍵是波形的拐點(diǎn)要定得準(zhǔn)。

2.3.2 高壓閃絡(luò)法測(cè)高阻故障。

（1）高壓閃絡(luò)法測(cè)試原理。高壓閃絡(luò)法應(yīng)用于測(cè)試高阻故障，儀器利用電纜故障點(diǎn)在高電壓作用下瞬間擊穿，閃絡(luò)放電形成反射波，分析反射波兩次反射的時(shí)間差計(jì)算出故障點(diǎn)距離的原理進(jìn)行測(cè)試。

（2）高壓閃絡(luò)法測(cè)試要點(diǎn)：

第一，測(cè)量前脈沖波型基線調(diào)到距熒屏上端約2cm，工作方式選擇“沖閃”其他操作與脈沖法相同，球間隙的距離調(diào)到5mm左右（球間隙在3mm以下時(shí)，每毫米擊穿電壓約3～4kV；在3mm以上時(shí)，每毫米擊穿電壓約5～6kV，通常所施加的沖擊電壓在15～20kV之間），每次放電間隔時(shí)間約2～3秒（放電間隔時(shí)間由所施加的沖擊電壓控制，電壓高放電間隔時(shí)間短，電壓低放電間隔時(shí)間長(zhǎng)），放電間隔時(shí)間過(guò)短、電壓過(guò)高時(shí)或者電流增大，試驗(yàn)變壓器容易過(guò)熱損壞。

第二，測(cè)量波形隨所施加的電壓的改變而有所改變，波形的好壞直接關(guān)系測(cè)試距離準(zhǔn)確與否，測(cè)試波形并非電壓越高越好。

第三，當(dāng)出現(xiàn)故障點(diǎn)不放電時(shí)，不能一味加大電壓，根據(jù)擊穿能量P=1/2U2C，還可適當(dāng)加大電容。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，2μF電容能滿足3000m以下電纜故障探測(cè)，4μF電容能滿足9000m以下電纜故障探測(cè)，目前大容量干式電容器的應(yīng)用有效縮短了電纜故障點(diǎn)的擊穿時(shí)間。

第四，電纜故障點(diǎn)是否放電的判定：在給電纜故障相施加電壓時(shí)，球間隙放電聲音清脆、電源控制保護(hù)箱的電流表指針隨著球間隙的放電而有規(guī)律地?cái)[動(dòng)、電壓表指針隨著球間隙的放電而降低、電源控制保護(hù)箱內(nèi)發(fā)出有規(guī)律的輕微震動(dòng)聲、試驗(yàn)變壓器隨著施加沖擊電壓時(shí)間的增長(zhǎng)而發(fā)熱；故障點(diǎn)未放電時(shí)，球間隙放電聲音發(fā)悶而且小、電流表指針幾乎不擺動(dòng)、電壓表指針平穩(wěn)、電源控制保護(hù)箱內(nèi)無(wú)震動(dòng)聲、試驗(yàn)變壓器不熱。

第五，當(dāng)電纜故障探測(cè)儀不顯示波形，故障點(diǎn)不放電時(shí)，常見的原因有兩種：一種是電纜故障點(diǎn)已經(jīng)放電，但由于故障點(diǎn)夠不成回路而造成電纜故障探測(cè)儀顯示故障點(diǎn)未放電，故障點(diǎn)位置多在電纜中間頭，故障性質(zhì)多為相間短路接地。遇到此種故障，可用加大電容、升高電壓的方法予以解決。另一種是電纜故障點(diǎn)未放電，電纜故障探測(cè)儀因故障點(diǎn)不放電而無(wú)法采集故障波形，此種情況較少發(fā)生。處理時(shí)需要采取較為原始的辦法：一種是向熟悉此條電纜敷設(shè)、維修情況的人員了解中間頭的具體位置，按照所提供的位置將電纜中間頭挖出來(lái)進(jìn)行檢查，此方法適應(yīng)于電纜中間接頭較少的電纜故障查找；另一種利用路徑儀探測(cè)路徑、用低壓脈沖法判斷接頭位置的方法加以解決。

2.4 精確定位電纜故障點(diǎn)

粗測(cè)出大概故障點(diǎn)的距離后，進(jìn)行實(shí)際距離的估測(cè)，要充分考慮電纜的桿上距離，洞內(nèi)的預(yù)留等。

2.4.1 隧道內(nèi)的精確定位。在隧道內(nèi)查找故障點(diǎn)時(shí)，因電纜在電纜溝內(nèi)或懸掛在洞壁上，一般不用定點(diǎn)儀（但必須攜帶定點(diǎn)儀以防萬(wàn)一）。人員不易過(guò)多，2至3人一組。人多了，腳步聲、人員移動(dòng)時(shí)觸動(dòng)石子聲將淹沒(méi)電纜故障點(diǎn)微弱的放電聲。用人耳去聽故障點(diǎn)的放電聲時(shí)，一般走3至5步蹲下身靜聽，對(duì)有懷疑處要伏下身去聽，必要時(shí)掀開電纜蓋板探進(jìn)頭聽。注意有時(shí)洞內(nèi)電纜溝上面，蓋板破損或電纜外露，此時(shí)不是故障點(diǎn)電纜也有聲音，千萬(wàn)不要認(rèn)為是電纜的故障點(diǎn)的放電聲。故障點(diǎn)的放電聲與非故障點(diǎn)放電聲是有區(qū)別的，非故障點(diǎn)的放電聲聽不到最響點(diǎn)。故障點(diǎn)朝上放電的故障好確定，故障點(diǎn)朝下放電且電纜溝內(nèi)積滿煤土?xí)r，就困難了，這時(shí)應(yīng)使用定點(diǎn)儀進(jìn)行定點(diǎn)。進(jìn)隧道處理電纜故障前必須將所需用的儀器準(zhǔn)備、攜帶齊全，以防遺漏。

2.4.2 非隧道內(nèi)的精確定位。先用皮尺量出粗測(cè)的故障點(diǎn)，然后在其前后用定點(diǎn)儀進(jìn)行探測(cè)。其方法是：將定點(diǎn)儀打至定點(diǎn)位，進(jìn)行探聽，無(wú)故障處耳機(jī)內(nèi)聽不到放電聲，當(dāng)有聲音時(shí)越靠近故障點(diǎn)聲音越大，故障點(diǎn)處聲音最大。當(dāng)電纜埋得淺時(shí)，有時(shí)能感覺(jué)到土的振動(dòng)。挖出電纜后，在電纜上撒些干土面，通過(guò)觀察土的震動(dòng)情況判明故障點(diǎn)。找準(zhǔn)故障點(diǎn)作好標(biāo)記，降壓放電后，再鋸電纜（若電纜溝內(nèi)同時(shí)有2條及以上電纜時(shí)，應(yīng)使用電纜識(shí)別儀進(jìn)行確認(rèn)。確認(rèn)無(wú)誤后，方準(zhǔn)下鋸以確保人身安全）。若故障點(diǎn)距測(cè)試端較近時(shí)，因球隙的放電聲大，聽不到放電聲時(shí)，可將球隙放到電纜的另一端，其方法是將球隙接于好相與壞相之間，此時(shí)加壓端改接好相。好多情況下即使故障點(diǎn)就在測(cè)試端附近，通過(guò)定點(diǎn)儀也能發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，這時(shí)要充分相信儀器，只要通過(guò)定點(diǎn)儀聽到的放電聲音大，并與其他處不同，就應(yīng)該大膽作出故障點(diǎn)的判斷。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)相關(guān)電纜故障處理的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)探討體會(huì)到，只有掌握了電纜故障處理的正確方法，特別是波形的判讀和定點(diǎn)，并在實(shí)踐中不斷總結(jié)，積累經(jīng)驗(yàn)，按照電纜故障處理程序去做，才能在較短的時(shí)間內(nèi)處理完高、低壓電纜故障，使電力線路及早恢復(fù)供電。