電力電纜的故障原因與測距方法分析

劉亞軍

摘要：電力電纜作為整個電力系統的重要組成部分，一旦發生故障將直接影響著整個電力系統的安全運行。因此，如何快速、準確地查找電纜故障，減少故障修復費用及停電損失，是本文研究的主要問題。本文簡單分析了電力電纜故障的原因及分類，重點分析了電力電纜的故障測距原理與方法，并對電力電纜故障的定點方法進行了探討。

關鍵詞：電力電纜故障原因；測距方法；脈沖測量法

引言

隨著電力電纜應用成本的下降，以及電力電纜自身所具有的供電可靠性高、不受地面、空間建筑物的影響、不受惡劣氣候侵害、安全隱蔽耐用等特點，因而獲得了越來越廣泛的應用。然而，與架空輸電線路相比，雖然電力電纜的有上述優點，但給后期電纜的維護工作特別是故障測距與定位帶來了較大的難度，尤其電纜長度相對較短、線路故障不可觀測性等特點都決定了電纜線路要求有更精確的故障測距方法。另一方面，電力電纜作為整個電力系統的重要組成部分，一旦發生故障將直接影響著整個電力系統的安全運行，并且如故障發現不及時，則可能導致火災、大規模停電等較大的事故后果。因此，如何快速、準確地查找電纜故障，減少故障修復費用及停電損失，成為本文研究的主要問題。

本文的研究對象僅適用于1KV以上35KV以下的電力電纜。

1.電力電纜故障原因及類型

1.1電力電纜故障原因

隨著電纜數量的增多及運行時間的延長，由于電纜絕緣老化特性

等因素，故障發生概率大大增加。電纜故障點的查找與測量是電力供應暢通的有力保障，但是因為電纜線路的隱蔽性、個別運行單位的運行資料不完善以及測試設備的局限性，使電纜故障的查找非常困難。尤其是在狂風、暴雨等惡劣天氣中，給故障的查找、維修帶來了很大不便。了解電纜故障的原因，對于減少電纜的損壞，快速地判定出故障點是十分重要的。電纜發生故障的原因是多方面的，常見的幾種主要原因包括：

（1）設計制作工藝不良和材料缺陷：拙劣的接頭、拙劣的技工、電纜質量不過關、不按技術要求敷設電纜，造成電纜絕緣受潮和老化，這是形成電纜故障的主要原因。

（2）機械損傷：主要由于電纜安裝敷設時不小心造成的機械損傷或安裝后靠近電纜路徑作業造成的機械損傷而直接引起的。

（3）電纜外皮的電腐蝕：如果電力電纜埋設在有強力地下電場的地面下（如大型航車，電力機車軌道附近），往往出現電纜的鉛包外皮腐蝕致穿，導致潮氣侵入，絕緣破壞。

（4）化學腐蝕：電纜路徑在有酸堿作業的地區通過，或煤氣站的苯蒸汽往往造成電纜鎧裝和鉛（鋁）護套大面積長距離被腐蝕。

（5）長期過荷運行：由于過荷運行，電纜的溫度會隨之上升，尤其在炎熱的夏季，電纜的溫升常常導致電纜薄弱處首先被擊穿，在夏季，電纜故障多的原因正是如此。

（6）震動破壞：鐵路軌道下運行的電纜，由于劇烈規律的運動導致電纜外皮產生彈性疲勞而破裂，形成故障。

1.2電力電纜的故障類型

根據故障電阻與擊穿間隙情況，電纜故障可分為短路、開路、低阻與高阻故障。

（1）短路故障：電纜完全短路，故障點電阻為零。

（2）開路故障：電纜完全斷開的情況，即電纜各相導體的絕緣電阻符合規定，但導體的連續性試驗證明有一相或數相導體不連續，或雖未斷開但工作電壓不能傳輸到終端，或雖然終端有電壓但負載能力較差。

（3）低電阻接地故障：電纜線路一相導體對地或數相導體對地或數相導體之間的絕緣電阻低于正常阻值較多，電阻值低于10 Zo（Zo為電纜線路特性阻抗），而導體連續性良好，一般可認為100歐姆以下的故障為低阻故障，該分類是以電纜的特性阻抗而區分的。

4）高電阻接地故障：與低電阻接地故障相似，但區別在于接地電阻大于10 Zo而芯線連接良好，一般指故障點電阻大于100歐姆的情況。

1.3電纜故障測試步驟及電纜故障的測試方法選擇

首先用兆歐表在電纜一端測量各相對地及相對相之間的絕緣電阻，根據阻值高低確定是低阻短路或斷線開路，還是高阻閃絡性或泄漏故障。

凡是電纜絕緣電阻下降至該電纜的特性阻抗，甚至絕緣電阻為零的故障均為低阻故障或短路故障；凡是電纜絕緣電阻無窮大或雖與正常電纜的絕緣電阻值相同，但電壓卻不能傳送至用戶端的故障稱為開路或斷路故障。此類故障可用低壓脈沖法直接測定。

當阻值很高（數百兆到數千兆）且在作高壓試驗時有瞬間放電現象，可采用二次脈沖法或者三次脈沖法測試確定。

2.低壓脈沖測試法的工作原理：

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。

故障的性質可由反射波形的方向來決定。當我們在電纜的始端加正極性信號時，如果電纜的反射波形為同方向的正極性波形，即反射系數在-1--0之間，則該電纜故障為高阻故障或開路故障；反之為低阻故障或短路故障，反射系數在0--1之間。（這里強調一點：波形反映出來的高阻或低阻故障是針對故障點的阻抗與電纜的特性阻抗之比的特性，而不是我們日常用兆歐表測量出來的高阻或低阻，一般來講我們將故障點阻抗大于100歐姆的統稱為高阻）

3.二次脈沖法：

首先使用一定電壓等級、一定能量的高壓脈沖在電纜的測試端施加給故障電纜，讓電纜的高阻故障點發生擊穿燃弧，同時，在測試端加入測量用的低壓脈沖，測量脈沖到達電纜的高阻故障點時，遇到電弧，在電弧的表面發生反射。由于燃弧時，高阻故障變成了瞬間的短路故障，低壓測量脈沖將發生明顯的阻抗特征變化，使得閃絡測量的波形變為低壓脈沖短路波形，使得波形判別特別簡單清晰。這就是我們稱之為的“二次脈沖法”。接收到的低壓脈沖反射波形相當于一個線芯對地完全短路的波形，將釋放高壓脈沖時與未釋放高壓脈沖時所得到的低壓脈沖波形進行疊加，兩個波形會有一個發散點，這個發散點就是故障點的反射波形點。二次脈沖法使得電纜高阻故障的測試變得十分簡單，是目前電力電纜故障離線測試最先進的基礎測試方法。

4.三次脈沖法：

由于二次脈沖法固有的弊病：燃弧時間短、燃弧不容易穩定，現場測試時要通過多次實測波形的觀察，需要選擇合適的遲延時間，選出最適合判讀的測試波形，操作起來非常麻煩，成功率也不高。因此在此基礎上發明了三次脈沖法，首先在不擊穿被測電纜故障點的情況下，測得低壓脈沖的反射波形，緊接著用高壓脈沖擊穿電纜的故障點產生電弧，在電弧電壓降到一定值時觸發中壓脈沖來穩定和延長電弧時間，之后再發出低壓脈沖，從而得到故障點的反射波形，兩條波形疊加后同樣可以發現發散點就是故障點對應的位置。由于采用了中壓脈沖來穩定和延長電弧時間，它比二次脈沖法更容易得到故障點波形，而且三次脈沖法不用選擇燃弧的同步時間，也不用在采得多個波形中選擇正確的二次脈沖波，所以三次脈沖法操作起來也更加簡便可靠。

5.結束語

我們要了解電纜的特性和故障原因，不斷的預防各種故障所在。在電纜故障測尋時，借助現代化的儀器和設備，便可準確迅速地確定故障點的精確位置，為故障的迅速處理，盡快恢復送電贏得寶貴的時間。