電力電纜故障分析與探測

馬文立+吳昊+王曉文

摘 要：隨著我國家電網的不斷更新改造，新型現代化電力設備得到更好的應用，高壓電力的應用也逐漸增多，為提高電力故障檢修效率，保證供電的可靠性，需要對出現故障的位置快速準確探測，電力電纜維護的日常工作情況對運行中產生的故障進行探測，本文主要分析電力電纜在實際操作過程中出現的故障，結合現場應用，檢驗脈沖法對電纜故障探測的準確程度，探討電力故障的排除方法和技術。

關鍵詞：電力電纜；故障探測；脈沖法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.145

0 引言

目前我國社會經濟快速增長，現代化生產中需要使用大量的機電設備，人們生活對電力的需求與日俱增，國家電網在運行標準不斷提升的同時加強對電力傳輸設備、電力設施的升級；新型電力電纜相比傳統電纜具有更加安全高效和運行更加穩定的優點；電力電纜具有安全、可靠的優點，被廣泛應用。但由于電力電纜常埋于地下，受機械損傷和絕緣老化等問題導致電纜常發生短路故障，隨著城市電網的開展，電力電纜故障測試技術成為供電部門日益關注的問題，供電過程出現電纜故障時可以及時對故障節點進行迅速定位是維護電力電纜正常運行的關鍵。

1 電力電纜常見故障原因

1.1 電纜電力絕緣和保護層受損

在煤礦復雜地質條件下，電纜絕緣體長期在高溫和強電壓的作用下，電纜本身的電阻發生變化，導致絕緣效果降低而引起絕緣老化，絕緣體的老化故障遇到空氣中的臭氧或腐蝕絕緣過熱導致絕緣老化變質，過熱電纜安裝于電纜密集地區，會導致通風不良導致電纜本身過熱而絕緣加速。電力電纜外表的保護層容易受到侵蝕，電力電纜鋪設路段附近的地下電場有極強的腐蝕性，鉛保護層受潮容易引起線纜斷裂而引發短路，是造成電纜電力故障的常見原因之一。

1.2 電纜本身質量和操作問題

電力電纜在設計時沒有按照規范標準進行，在制作中使用劣質材料，不合理的電場分布和違規操作是造成電力故障的主要原因，電纜本身質量問題主要表現在：電纜在制作時的絕緣部位包裹出現破損或不平整等問題，電纜附屬設備在制造中出現電纜金屬表面粗糙；電纜零件設計達不到技術要求發生的泄露問題；電纜絕緣體和絕緣層受潮造成的電力電纜故障。在鋪設電力電纜工程作業中，相關操作人員未按照規定施工，靠近電力電纜管線進行施工容易造成電力電纜破損；加上長時間的電力電纜線路收到侵蝕后電纜出現故障，導致電力崩潰，成為電纜發生故障的原因，給人們的生產生活造成嚴重影響。

1.3 電壓超過電纜承壓

電纜在架設工程完成后沒有進行找平處理，不平整的地方容易造成電力電纜不在一個水平面上，電纜的起伏造成高處絕緣物向低處導致電纜的短路；當電纜中電壓超過電纜承受值時會發生電壓過大造成的大面積燒毀電纜，多數戶外終端故障均有大氣過電壓引起，電纜本身的缺陷也會導致電纜故障的發生。

2 電力電纜的故障檢測方法

電力電纜在出現故障時，首先需要診斷故障原因，其次測量故障發生的長度最后確定故障發生點；在電纜發生故障時分析故障的類型和輕重，針對不同的故障采取不同措施；電纜故障距離測算通過粗測發進行，在電纜終端采用現場儀器對故障距離進行測算，最后按照故障測距結果，找到故障節點的大體位置，利用放電聲測試法探測故障點的準確位置。目前國際上提出的二次脈沖法也就是多種脈沖法測試法，可以監測高阻、低阻和斷路故障，二次脈沖法結合低壓脈沖法和沖擊脈沖法相結合的方法，利用沖擊高壓擊穿故障點，檢查反射脈沖，得到故障點的距離。故障監測的另一方法是直流電橋法，該方法基于電纜沿線均勻程度與纜芯電阻成正比，根據惠斯通電橋原理講電纜短路和故障點兩側的電阻引入直流電橋，但該技術存在靈敏度低的缺陷，未廣泛使用。

3 電力電纜故障節點探測方法

脈沖法是通過應用行波理論對電纜均勻長線進行分析，采用觀測脈沖在電纜中測算往返所需時間計算故障點距離，與電纜中波的傳播速度和電纜的絕緣介質相關，與電纜導體芯線無關，因此得到廣泛使用。

3.1 低脈沖反射法

低脈沖反射法是由于輸出的信號電壓為150V以內較為安全而得名采用儀器測量低阻或開路故障，根據微波雷達傳輸原理，在發生故障時加一脈沖信號，若電波傳輸到故障點會有部分信號反射回來，通過計算該時間差，計算出故障點的距離，該技術可以用來測量電纜低阻故障和電纜長度測試。

3.2 脈沖電流法測距

由于電纜故障點的電阻較大，當發生高阻故障時，故障點的發射系數幾乎為零，低壓脈沖測量法無法準確辨別，因此需要通過高壓閃絡測量法監測；高電壓促使電纜故障點閃絡放點，會瞬間造成電路短路，采用儀器采集記錄故障點反射的脈沖電流波，依靠判斷電流行波信號在側兩端和故障端兩端往返的時間測算距離，脈沖電流法主要使用現行電流防止在低壓側底線旁邊，不直接鏈接高壓，因此具有安全方便的優點。

3.3 二次脈沖法

部分電纜電阻采用較高的接地處理，傳統電壓檢測法無法很好的進行監測，二次脈沖測量法經過對電纜發射低壓脈沖，脈沖經過電阻高的故障點時有反應，脈沖在另一端反射回來后，設備將來回的波形進行記錄儲存，計算故障點的距離。

3.4 電力電纜故障的排除方法

在電纜故障測距時，存在一定距離的誤差，在測量和繪制電纜線路圖也存在誤差，這就需要根據測距結果判斷故障點的位置，減少開挖工作量，若進行精準的故障定點可采用聲測定位法、脈沖信號發和聲磁信號同步接收定點法。

4 結束語

電力電纜是電力系統中不可或缺的部分，需要對電纜進行定期檢查和維護，在電力電纜檢修工作中對故障部分進行準確分析定位，可以減少電力供應問題帶來的經濟損失；脈沖法可以準確的測算電纜故障之間的距離，一般對高阻和閃絡性故障進行測量，低壓脈沖發射發可以精準可靠的監測低阻和短路故障，兩種方法都是通過脈沖信息在故障點和測量點之間往返的距離計算，在實際操作中，電纜故障點地質環境復雜，改善定點探測技術，提高探測靈敏度是技術的關鍵。另外電力系統工作人員需要充分了解電纜鋪設環境，掌握電纜故障判斷的方法，為電力系統的正常運行奠定基礎。

參考文獻：

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