電力電纜故障分析與診斷技術的研究

李世潔 王漢 北京房供電力工程有限責任公司

早期城市配電網絡以架空線路為主，不僅影響城市美觀，同時還存在較大的安全風險。隨著電力工程技術的進步與發展，當前電力電纜已經實現地下敷設。這種電力電敷設方式不僅對于城市環境影響下，自身也能避免自然因素的干擾，提高了供電的可靠性。而且埋入地下的電纜管道占地少，同一管道可以完成多條線路的敷設。但是，電力電纜地下敷設也存在明顯的缺點。在電力電纜發生故障需要維修時，難度更大。傳統架空線路能夠直觀的找到故障問題，而埋于地下的電力電纜只能通過檢測技術加以診斷。

一、電力電纜故障類型分析

隨著電力工程技術創新發展，電力電纜結構更加復雜精密，電纜由芯線、絕緣層、半導體層、屏蔽層、保護層組成，任何一個部分出現問題，都會導致故障。因此，電力電纜發生故障的類型較多。主要有以下幾種分類方式：按照結構材料分為導體故障與絕緣故障、斷線故障與似斷非斷故障；按照電力電結構可以分為單相接地故障、相見故障、混合性故障等；按照故障原因可以分為運行故障、外力破壞故障[1]。總之，電力電纜故障類型較多，可以按照不同標準進行歸類分析，從而為故障的排除提供參考。

二、電力電纜產生故障的原因

（一）機械損傷

在電力電纜故障中，機械性損傷造成的故障非常多，幾乎可以達到總故障率的60%。機械損傷故障也是電纜故障中最容易判斷和識別的，機械性損傷主要分為外力作用、敷設過程損傷和自然損壞三種。外力作用主要包括在進行地表工程活動時，產生的電纜破壞，包括機械開發導致電纜斷裂等[2]。敷設過程損傷是由于電纜運輸不當或者過度彎折導致的損傷。自然情況則包括地震、冰凍等因素。

（二）絕緣問題

絕緣受潮會導致電力電纜的絕緣能力降低，在線路運行過程中由于絕緣不足導致線路損壞。通常情況下，導致電纜受潮的因素多為安裝盒或者終端盒質量不合格，造成受潮故障。

（三）過電壓

過電壓多指電纜絕緣結構擊穿故障。通常表現為自然雷擊的強電壓與電纜內部電壓發生擊穿，使線路出現故障。

（四）電纜過熱

過熱也會造成電纜發生故障。通常情況下，過熱的原因有很多種。其一，電纜內部絕緣材質質量不足，或者出現氣隙，導致局部過熱，絕緣結構損壞。其二，線路長期處于高負荷狀態運行，導致線路過熱老化。其三，外部溫度升高，造成線路熱量無法正常散出，造成線路故障。

（五）腐蝕情況

腐蝕情況在電力線纜中主要表現為兩種：第一種是電腐蝕。由于電力線路敷設環境存在極大的電場，導致電纜外部保護套發生腐蝕和擊穿，潮氣和水分進入到電纜內部，從而造成電纜故障。第二種是化學腐蝕。化學腐蝕主要是由于化學藥劑進入到電纜管道中，對管道中的電纜線路造成了破壞，這種情況多為化學藥劑泄漏等原因引起[3]。

三、電力電纜故障檢測技術與診斷工藝

（一）電力電纜故障檢測技術

1.電橋檢測

電橋法的檢測原理是通過雙臂電橋測量芯線的電流阻值，然后測量出電纜的長度，根據阻值和長度之間的比例關系，計算出電纜故障發生位置。在檢測中，利用電橋診斷短路點接觸，或者小于1Ω 線芯故障點接觸，故障檢測的誤差通常在2m 以下。為了提高檢測的精確性，需要盡可能縮短電橋連接線，提高電橋連接線的直徑，檢測時采取焊接或者壓接與被檢測電纜連接。在計算故障位置時，需要保留所有小數，以提高檢測的精準性。

2.聲音檢測

通常情況下，電纜在發生故障時，由于線路中存在較大的電壓，會產生放電現象，從而發出聲音，通過對聲音的測量能夠找到故障點。這種方法適宜應用在高壓電纜線芯與絕緣層之間的閃絡故障。在檢測過程中，還需要使用直流耐壓試驗機。當電容器被充到固定的電壓值時，電纜的故障點就會發生放電，此時故障位置會發出電流的滋滋聲[4]。通過聲音收集設備能夠找到故障點，進行故障的維修工作。

3.零電位檢測

零電位檢測方法是電力電纜故障檢測中最為直接的一種，不需要精密儀器的配合，非常適宜應用在較短線路線芯故障中。在使用零電位檢測時，需要把故障電纜的芯線連接到預制長度相同的導線上，然后將相同電壓施加在兩段，此時兩條線路上任意完好對應位置的電位差為零，利用微伏表進行電位差的測量，根據指針擺動的情況，確定故障點的位置。

4.電容電流檢測

電容電流檢測的原理是：在電纜正常運行中，芯線之間、芯線與大地之間都存在均勻的電。電容量相同的電纜長度具有一定的比例關系。這種檢測方法適宜應用在芯線斷線故障中，在測定故障時需要對斷線和檢測線的電容進行測定，然后利用故障線路與檢測線之間的電容關系進行計算，找到故障點。

（二）電力電纜故障診斷工藝

1.故障性質確定

電力電纜故障診斷操作需要慎重，線路檢測準確度直接關系到線路故障的排除效率。為了高效精準的找到線路的故障點，需要在檢測前確定電力電纜的故障性質。不同的故障性質會表現出不同的特征。如果故障性質沒有確定就進行檢測，不僅檢測效率不高，還會造成儀器的損壞。在故障確定時，可以根據故障線路的組織、閃絡性、接地、短路、斷路等特征確定故障的類型，從而找到故障檢測最佳方式[5]。

2.故障粗測

由于電力電纜通常為長線路，故障發生位置具有一定的隨機性，為了提高檢測的效率，首先可以進行粗測。粗測就是通過初步測量，將故障點劃定在一個范圍內，從而縮小檢測的范圍。通常情況下，經驗豐富的故障檢測人員能夠根據粗測的數據和線路故障類型，初步判斷出故障發生的大概位置，然后在進行更加精確的故障測量。

3.故障路徑測尋

在初步確定故障點具有測量地點的距離后，就可以確定故障點發生在測量位置到最大距離之間的區域，這一區域的任意一點都可能是故障點，所以需要確定故障點的走向。常規的故障點路徑確定可以向線路施加一個音頻信號，從而根據故障線路的反應來確定路徑，在不良環境條件下，也可以利用脈沖信號或者工頻感應來實現故障路徑的確定[6]。

4.精確定位

通過粗測找到電力電纜的故障距離，利用路徑的測尋找到路徑方向。然后就可以通過精確測量來確定故障點。通常情況下，故障點的定位會存在一定的誤差，但是誤差距離通常不會太大。故障點定位越準確，故障的維修排除效率越高，維修成本也就越低，所以在測量時需要精確計算和控制。可以利用聲測、感應、跨步電壓等方法，進行故障定位。

四、電力電纜故障預防措施

電力電纜故障是城市供配電系統常見問題，故障發生不僅會影響城市正常供電，同時還可能產生用電安全風險和經濟損失。因此，需要采取相應措施對線路故障加以預防。首先，故障的發生呈現出一定的規律性，一些區域是風險的高發區，因此需要加強對電纜的維護與管理，主要為一些自然條件惡劣或者地表施工區域。其次，避免電路超負荷工作情況，提高電纜壽命。最后，提高電纜施工工藝，避免在敷設過程中造成機械損傷，導致使用過程中發生故障。

五、結語

綜上所述，電力電纜故障類型較多，不通過形式的故障需要采用相應的檢測方法，才能夠對癥下藥，準確找到故障位置，完成故障的排除工作。所以，在進行檢測診斷時，需要分析故障類型，然后選擇效率最高、定位最準的方式，降低誤差，使城市電力電纜故障能夠以最快的速度排除。