電力電纜故障的分析與探測定位處理

作為連接各種電氣設備、傳輸和分配電能的電力電纜，以其安全、維護工作量少，穩定性高，有利于提高電能的質量等優點，已經得到越來越廣泛的應用。目前，電力電纜所產生的故障在所有供電故障中占了相當大的比重。如何快速、準確地確定故障點位置和判斷出故障類型已成為電力電纜使用和運行過程中十分關鍵的技術之一。

1.電纜故障原因

電纜故障的最直接原因是絕緣降低而被擊穿。導致絕緣降低的因素很多，根據實際運行經驗，歸納起來不外乎以下幾種情況：

1.1機械損傷

安裝時損傷：

在安裝時不小心碰傷電纜，機械牽引力過大而拉傷電纜，或電纜過度彎曲而損傷電纜；

直接受外力損壞：

在安裝后電纜路徑上或電纜附近進行城建施工，使電纜受到直接的外力損傷：

間接受外力損壞：

行駛車輛的震動或沖擊性負荷會造成地下電纜的鉛(鋁)包裂損；

因自然現象造成的損傷：

如中間接頭或終端頭內絕緣膠膨脹而脹裂外殼或電纜護套；因電纜自然行程使裝在管口或支架上的電纜外皮擦傷；因土地沉降引起過大拉力，拉斷中間接頭或導體。

1.2絕緣受潮

絕緣受潮后引起故障。造成電纜受潮的主要原因有：

因接頭盒或終端盒結構不密封或安裝不良而導致進水；

電纜制造不良，金屬護套有小孔或裂縫；

金屬護套因被外物刺傷或腐蝕穿孔；

1.3絕緣老化變質

電纜絕緣介質內部氣隙在電場作用下產生游離使絕緣下降。當絕緣介質電離時，氣隙中產生臭氧、硝酸等化學生成物，腐蝕絕緣；絕緣中的水分使絕緣纖維產生水解，造成絕緣下降。

過熱會引起絕緣老化變質。電纜內部氣隙產生電游離造成局部過熱，使絕緣碳化。電纜過負荷是電纜過熱很重要的因素。安裝于電纜密集地區、電纜溝及電纜隧道等通風不良處的電纜、穿在干燥管中的電纜以及電纜與熱力管道接近的部分等都會因本身過熱而使絕緣加速損壞。

1.4過電壓

過電壓主要是指大氣過電壓（雷擊）和電纜內部過電壓。對實際故障進行的分析表明，許多戶外終端頭的故障是由大氣過電壓引起的。過電壓使電纜絕緣層擊穿，形成故障，擊穿點一般是存在材料缺陷。

1.5設計和制作工藝不良

中間接頭和終端頭的防水、電場分布設計不周密，材料選用不當，工藝不良、不按規程要求制作會造成電纜頭故障。

1.6材料缺陷

材料缺陷主要表現在三個方面。一是電纜制造的問題，鉛（鋁）護層留下的缺陷；在包纏絕緣過程中，紙絕緣上出現褶皺、裂損、破口和重疊間隙等缺陷；二是電纜附件制造上的缺陷，如鑄鐵件有砂眼，瓷件的機械強度不夠，其它零件不符合規格或組裝時不密封等；三是對絕緣材料的維護管理不善，造成電纜絕緣受潮、臟污和老化。

1.7護層腐蝕

由于地下酸堿腐蝕、雜散電流的影響，使電纜鉛包外皮受腐蝕出現麻點、開裂或穿孔，造成故障。

1.8電纜的絕緣物流失

油浸紙絕緣電纜敷設時地溝凸凹不平，或處在電桿上的戶外頭，由于起伏、高低落差懸殊，高處的絕緣油流向低處而使高處電纜絕緣性能下降，導致故障發生。

2.故障分類

2.1按故障電阻與芯線情況分類

開路（斷線）故障

開路故障，又稱斷線故障，若電纜相間或相對地絕緣電阻達到所要求的規范值，但工作電壓不能傳輸到終端；或雖終端有電壓，但負載能力較差。當絕緣電阻=∞，即為斷線故障。

低阻（短路）故障

低阻故障又稱短路故障，電纜相間或相對地絕緣受損，其絕緣電阻小到能用低壓脈沖法測量的一類故障。當絕緣電阻<10kΩ時，為短路故障。

高阻（泄漏性）故障

電纜相間或相對地絕緣損壞，其絕緣電阻較大，當絕緣電阻>100kΩ，不能用低壓脈沖法測量的一類故障，它是相對于低阻故障而言的。包括泄漏性高阻故障和閃絡性高阻故障二種類型。

以上故障分類也是為了選擇測試方法的方便，根據目前流行的故障測距技術，開路與低阻故障可用低壓脈沖反射法，高阻故障要用沖擊閃絡法，而閃絡性故障可用直流閃絡法測試。

2.2按表面現象分類

開放性故障

封閉性故障

2.3按接地現象分類

單相接地故障

相間故障

多相接地混合性故障

2.4按故障位置分類

接頭故障

電纜本體故障

3.探測原理

電纜故障的測試是基于電波在傳輸線中的傳輸時遇到線路阻抗不均勻而產生反向的原理。

根據傳輸線理論，每條線路都有其一定的特性阻抗Zc，它由線路的結構決定，而與線路的長度無關。在均勻傳輸線路上，任一點的輸入阻抗等于特性阻抗，若終端所接負載等于特性阻抗，線路發送的電流波或電壓波沿線傳送，到達終端被負載全部吸收而無反向。當線路上任一點阻抗不等于Zc時，電波在該點將產生全反射或部分反射。反射的大小和極性可用反射系數P表示，其關系式如下：

式中：

Zc為傳輸線的特性阻抗

Zo為傳輸線反射點的阻抗

（1）當線路無故障時，Zo＝Zc，P＝0，無反射。

（2）當線路發生斷線故障時，Zo＝∞，P＝1，線路發生全反射，且反射波與入射波極性相同。

（3）當線路發生短路時，Zo＝1，P＝－1，線路發生負的全反射，反射波與入射波相性相反。

4.電纜故障探測基本步驟

電纜故障的探測一般要經過診斷、測距、定點三個步驟。

4.1故障診斷

電纜故障性質的診斷，即確定故障的類型與嚴重程度，以便于測試人員對癥下藥，選擇適當的電纜故障測距與定點方法。

所謂診斷電纜故障的性質，就是指確定：故障電阻是高阻還是低阻；是閃絡還是封閉性故障；是接地、短路、斷線，還是它們的混合；是單相、兩相，還是三相故障。

可以根據故障發生時出現的現象，初步判斷故障的性質。例如，運行中的電纜發生故障時，若只是給了接地信號，則有可能是單相接地的故障。繼電保護過流繼電器動作，出現跳閘現象，則此時可能發生了電纜兩相或三相短路或接地故障，或者是發生了短路與接地混合故障。發生這些故障時，短路或接地電流燒斷電纜將形成斷線故障。但通過上述判斷不能完全將故障的性質確定下來，還必須測量絕緣電阻和進行“導通試驗”。

測量絕緣電阻時，使用兆歐表(1千伏以下的電纜，用1000伏的兆歐表；1千伏以上的電纜，用2500伏的兆歐表)來測量電纜線芯之間和線芯對地的絕緣電阻；進行“導通試驗”時，將電纜的末端三相短接，用萬用表在電纜的首端測量芯線之間的電阻。

4.2故障測距

電纜故障測距又叫粗測，在電纜的一端使用儀器確定故障距離。

長期以來，涌現出了許多故障距離測量方法與儀器，這些方法與儀器適用于不同故障情況，各有優缺點。故障測距測量方法主要有阻抗發、脈沖法、閃絡法等。

4.3故障定點

電纜故障定點又叫精測，即按照故障測距結果，根據電纜的路徑走向，找出故障點的大體方位來，在一個很小的范圍內，利用放電聲測法或其它方法確定故障點的準確位置。故障頂點主要有聲測法、聲磁同步接收法、音頻信號感應法及跨步電壓法等。

5.電纜故障測距

長期以來，涌現出了許多測量方法與儀器，這些方法與儀器適用于不同故障情況，各有優缺點，這里就故障測距與定點儀器簡單地做一下評價和比較。

5.1阻抗法

阻抗法有傳統的直流電橋、壓降比較法及直流電阻法。下面僅簡單介紹下直流電橋。

下直流電橋法是一種經典測試方法。電橋法優點是簡單、方便、精確度高，但它的重要缺點是不適用于高阻與閃絡性故障，因為故障電阻很高的情況下，電橋里電流很小，一般靈敏度的儀表，很難探測，實際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡性故障。在用電橋法測量故障距離之前，需用高壓設備將故障點燒穿，使其故障電阻值降到可以用電橋法進行測量的范圍，而故障點燒穿是件十分困難的工作，往往要花費數小時，甚至幾天的時間，十分不方便，有時會出現故障點燒斷，故障電阻反而升高的現象，或是故障電阻燒得太低，呈永久短路，以至不能用放電聲測法進行最后定點。電橋法的另一缺點是需要知道電纜的準確長度等原始技術資料，當一條電纜線路內是由導體材料或截面不同的電纜組成時，還要進行換算，電橋法還不能測量三相短路或斷路故障。現在現場上電橋法用的越來越少了，不過一些測試人員，尤其是老的測試人員，仍然習慣于使用該方法。特別是對一些特殊的故障沒有明顯的低壓脈沖反射，但又不容易用高壓擊穿，如故障電阻不是太高的話，使用電橋法往往可以解決問題。