常見電纜故障原因分析及尋測經驗的探討

陳金山

中車戚墅堰機車有限公司生產保障公司 江蘇常州 213000

伴隨電纜數量的不斷增多，因為受到自然災害、外力、施工等因素的影響，導致電力電纜故障次數也有了明顯的增加，如何在很短的時間里快速、準確的尋測出故障點是一個非常棘手的問題，尤其是對重要的線路或用戶，長期停電將造成重大隱患或損失。因而盡快確定故障位置、恢復正常供電成為一項十分緊迫的任務。

1 電纜故障常見類型

（1）低阻故障，低阻故障主要是因為相間或相對地之間絕緣介質損傷產生的故障，導致絕緣電阻Rf 較小。一般來說，低壓電力電纜以及控制電纜是低阻故障最容易出現的區域。

（2）高阻故障，高阻故障本身也是因為電纜相間或者相對地絕緣受損引起的。但是在這一故障之下，絕緣電阻Rf 較大，并且超過了10MΩ。高阻故障經常會在高壓電力電纜之上占據80%，高阻故障又分為泄露性高阻和閃絡性高阻二種情況。

（3）開路故障，開路故障主要是電纜的金屬部分連續性被破壞，造成斷線故障。如芯線似斷非斷、芯線某一處存在較大的線電阻及斷芯等情況。在這一種故障下絕緣電阻Rf 表現出無窮大，能夠達到規定的實際要求，但是因為其負載能力較差，就無法直接將工作電壓傳輸到對應的終端[1]。一般單純性開路故障很少見到，多數表現為低阻或高阻故障并存。

2 電力電纜故障形成的原因分析

通過對高壓電纜故障進行仔細的分析，發現出現電纜故障主要是因為：第一，電纜本身的質量不達標，影響正常的使用。第二，電纜施工方式不當，導致電纜在施工環節受到不同程度的損傷。第三，因為電纜所處的環境相對特殊，電纜本身也容易受到外界環境的影響，最終留下安全隱患。第四，電纜受到外力的影響，進而引發電纜的機械損傷，其造成的事故占據電纜總事故的50%以上。第五，長期過負荷運行也是導致電纜故障的重要因素，電纜高負荷運行，電纜的溫度會隨之升高，尤其在炎熱的夏季，電纜的溫升常導致電纜薄弱處和接頭處首先被擊穿。第六，拙劣的接頭制做也會為電纜運行埋下隱患，在潮濕的氣候條件下做接頭[2]，使接頭封裝物內混入水蒸氣而達不到運行要求，久而久之往往形成閃絡性故障。

3 電力電纜的故障類型診斷與性質甄別

故障性質的分析是選擇測試方法的唯一依據。因此，首先要清楚電纜的故障都有哪些種類和特征。

電纜故障性質的判別不能完全以相間或相對地絕緣電阻值的大小來確定，但可通過分析它的規律性加以參考。一般情況下可以分下列幾種情況判斷：

測量絕緣電阻值Rg，Rg 在Ω 級時為低阻故障；Rg 在kΩ—幾MΩ 時為泄漏高阻故障；Rg 在幾十MΩ—幾百MΩ 時為閃絡高阻故障。

電纜預防試驗確定故障性質。應該注意的是當用兆歐表測試相間或相對地絕緣電阻為零時往往實際的阻值應該在幾kΩ左右。改用Ω 表進行測量。若阻值在Ω 級即為低阻故障，kΩ 級時為泄漏高阻故障。實際情況往往比理論數據要復雜多樣，當遇到疑難故障時要冷靜分析，不要盲目下結論。

4 電纜故障尋測過程與方法

4.1 電纜故障測試包括兩大步驟：粗略測距和精確定點

（1）粗略測距：通過電橋法、低壓脈沖法、高壓閃絡測量法等初步檢測故障點距離，確定故障點發生的大致范圍。測試方法的不同以及電纜走向及預留等因素的不同，測試結果誤差也不同，一般來說誤差在20 米-40 米。

（2）精確定點定位：在粗略測距的基礎上，對電纜的路徑走向、深度等進行詳細化的進一步測試，通過對電纜的路徑走向以及工作環境進行計算后，采用相應方法在故障范圍內進行精確化的故障點確認。精確定點定位測試誤差通常可在0．5 米范圍內。

4.2 電纜故障測試方法選擇

電纜故障點的精確定點是電纜故障尋測過程中最重要的環節，精確定點過程主要是通過對故障點在沖擊高電壓的作用下產生的一些物理現象進行捕捉和測算來實現，通過壓電傳感器及感應線圈采集故障點閃絡放電時產生的振動聲波、電磁波，經信號處理后后再傳輸給耳機，供人耳辨聽進而對故障點進行精確定點[3]。

根據不同性質的故障特性選擇合適的定點方法尤為重要，可以避免走彎路，防止故障尋測過程中發生次生事故。

故障類型 測試方法開路、低阻故障 低壓脈沖法泄漏高阻故障 高壓沖閃法閃絡高阻故障 高壓直閃法

在尋測電纜故障的之前，首先要確認電纜安裝環境和操作條件以及故障類型及故障性質，比如單相、三相故障，高阻或低阻故障等，從而針對特定情況制定特定的方法和策略。

圖1 低壓脈沖法原理圖

常用的測試方法有低壓脈沖法、高壓沖閃法、高壓直閃法。

低壓脈沖法是依據微波傳輸理論（雷達原理），在電纜故障相上加一脈沖信號，當電波傳輸到故障點時必然有部分反射回來，通過分析入射波與反射波的時間差，計算出故障點的距離。由于輸出的信號電壓低（通常為150V）很安全，因此，被稱作低壓脈沖法。此方法可用來測量電纜的低阻故障、開路故障以及電纜長度測試。這種方法的明顯優勢在于它易于操作，可以產生清晰的脈沖信號，不需要與電纜相關的任何數據，并且不會對電纜造成重大損壞。但是也存在明顯的缺點，其應用范圍相對有限，并且如果發生接地故障，則傳輸波的衰減將增加，從而使得無法有效地檢測故障，查找和定位的效果不太明顯，尤其是在以閃絡形式出現故障的情況下。

高壓沖閃法是高電壓通過球間隙施加至電纜故障相，且3-5秒鐘沖擊一次，使電纜故障點擊穿形成閃絡放電，使高阻故障轉化為瞬間短路故障并產生反射波。通過采集反射波進行分析，計算出故障點的距離。測試泄漏性高阻抗故障時，大量電壓會泄漏到發生器的內部電阻中，從而更容易損壞高壓發生器。施加到電纜的電壓很小，不利于故障點的查找和定位。因此，此方法主要用來測量泄漏性高阻故障。

高壓直閃法，直接將高電壓施加到電纜故障相直至故障點擊穿形成閃絡放電并產生反射波的方法。對于閃絡性高阻故障，未形成固定泄漏通道，沒有損害泄露電壓損害儀器的風險，因此，該方法主要用來測量閃絡性高阻故障。

5 針對我公司電纜運行現狀的分析及故障尋測經驗

電力電纜的敷設受環境制約很大，我公司是百年老廠，電纜敷設方式和環境復雜多樣，電纜故障尋測過程中有以下幾種情況值得注意：

5.1 接頭故障的定點

我公司在用電纜系統中，以往發生故障為封閉性故障，多發生在電纜中間接頭和終始端頭上。在這種情況下只能根據經驗及測試中出現的一些現象，來判斷故障點的大概位置，然后再精確定點。如果是接頭故障，粗測時可能出現下面一些現象：

在進行沖閃測試或預防試驗時，若高壓側泄漏電流>15mA 時，故障點已閃絡放電，但閃測儀出現的波形較亂，故障點的絕緣電阻在沖擊高壓的作用下，幾乎穩定不變；或者當加沖擊電壓后，球隙放電時斷時續，起弧并伴有電纜頭發熱。根據這些現象，可判斷出故障點的位置。

對于始端頭及其附近的電纜故障，把球隙移至終端，可以有效消除球隙閃絡聲音干擾；對于中間接頭在電纜加沖擊電壓時產生振動聲波傳的較遠且無最大響聲，聲音也比較小，則判斷該中間頭良好，否則判定中間接頭的故障。

5.2 溝道電纜故障的定點

我公司目前絕大多數高低壓電纜是溝道敷設，省去了路徑確認的麻煩，但卻增加了精確定點的難度。故障點產生的振動聲音首先沿溝道向兩邊擴散，若從溝道正上方定點聽到的聲音有一個小區段，并且因為能量的擴散，能聽到的聲音很小或根本無法聽到聲音。因此，對聲音較明顯的故障點，可用定點儀細心判別，對因放電聲音小而無法聽到的故障點，在粗測準確的前提下，從電纜終始端兩頭同時丈量，結合點（或區域）即為故障點位置，掀開蓋板觀察。

總而言之，在電力電纜的使用中，針對電力電纜故障進行合理有效的定位是保障其安全運行的基礎所在。考慮到電纜故障發生的具體類型，綜合環境以及相對應的技術分析，就可以采取合理有效的尋測和定位方法，實現故障發生位置的測距以及對應的定位處理，讓故障定位變得快速、準確、方便，同時避免停電以及修復帶來的經濟損失，最終提高供電的穩定性。