电力电缆故障诊断技术探讨

电力电缆故障诊断技术探讨

黄远锋

广东通建实业发展有限公司广东惠州516000

摘要：随着经济的高速发展，作为我国国民经济的基础产业的电力的重要性日益凸显。电力电缆是电能传输的重要载体之一，其运行可靠性直接影响电力系统的供电安全。电力电缆诊断检测技术既包含对己发生故障的诊断、定位，也涵盖对电力电缆运行状态的监测，及时发现电缆老化等缺陷或故障隐患，对提高电缆运行的可靠性具有重要意义。

关键词：电力电缆故障诊断技术

1引言

在我国，随着电力工业规模的发展和发电、送电形式的多样化，城市用电、水电送出、海底送电、资源环境保护的需要，各类电缆的应用日益广泛。因此，有必要就电力电缆故障诊断技术进行探讨，以期能够对电力工程技术水平的提高提供一些有益的参考。

2电力电缆的特点

城市电网传统架空线路占用地上空间太多，常常受恶劣天气影响而发生故障。电力电缆线路与架空线路相比较具有如下优点：首先，不易受自然气象条件（如雷电、风雨、盐雾、污秽等）和周围环境的影响，供电可靠性高；其次，线间绝缘距离小，占地少，无干扰电波；再次，地下敷设时，不占地面、空间，同一地下电缆通道，可以容纳多回线路，既安全可靠，又增加了电缆的隐蔽性。所以，随着城市的发展扩大，为了保障城市电网的可靠性，在对传统城市电网需要改造时，电力电缆获得了越来越广泛的应用。

虽然在实际运行中，电力电缆输电的故障率明显低于传统的架空线输电，但随着电力电缆大量应用于电力系统以及其运行时间的延长，造成电缆线路运行故障次数明显增加。为了保证电缆线路安全运行，需对电缆进行故障监测。因为电缆线路一般采用封闭式紧凑型设计，具有隐蔽性，且个别运行单位的运行资料不完善以及测试设备的局限性，使电缆故障的查找非常困难。

3电力电缆故障产生的原因

为了减少电缆的损坏，需快速地判定出故障点，这对找出电缆故障的原因十分重要。电缆发生故障的原因是多方面的，下面总结常见的几种主要原因。

3.1机械损伤

很多故障是由于电缆安装敷设时不小心造成的机械损伤或安装后靠近电缆路径作业造成的机械损伤而直接引起的。有时如果损伤轻微，在几个月甚至几年后损伤部位才发展到铠装、铅（铝）护套穿孔，潮气侵入而导致损伤部位彻底崩溃形成故障。

3.2电缆绝缘老化变质

电缆绝缘介质内部气隙在电场作用下产生游离使绝缘下降。当绝缘介质电离时，气隙中产生臭氧、腐蚀绝缘，绝缘中的水分使绝缘纤维产生水解，造成绝缘下降。

过热会引起绝缘老化变质。造成电缆过热的因素有多方面，既有内因，又有外因。内因主要是电缆绝缘内部气隙游离造成局部过热，从而使绝缘炭化；外因是电缆过负荷产生过热。安装于电缆密集地区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的电缆、穿在干燥管中的电缆，以及电缆与热力管道接近的部分等，都会因本身过热而使绝缘加速损坏。长期过负荷运行，会使电缆的绝缘能力随之下降，薄弱处和对接头处首先被击穿。在夏季，电缆故障率高原因正在于此。油浸纸电缆、电缆敷设时地沟凹凸不平，或处在电杆上的户外头，由于电缆的起伏，高低落差悬殊，高处的电缆绝缘油流向低处而使高处的电缆绝缘性能下降，导致故障发生。

3.3化学腐蚀

电缆路径在有酸碱作业的地区通过，或煤气站的苯蒸汽往往造成电缆铠装和铅（铝）护套大面积长距离被腐蚀，出现麻点、开裂或穿孔，造成故障。

3.4材料及制作工艺差

材料缺陷主要表现在三个方面。一是电缆制造的问题，铅（铝）护层留下的缺陷：在包缠绝缘过程中，纸绝缘上出现褶皱、裂损、破口和重叠间隙等缺陷；二是电缆附件制造上的缺陷，如铸铁件有砂眼，瓷件的机械强度不够，其它零件不符合规格或组装时不密封等；三是对绝缘材料的维护管理不善，造成电缆绝缘受潮、污损和老化。

3.5过电压造成的故障

过电压主要是指大气过电压（雷击）和电缆内部过电压。对实际故障进行的分析表明，许多户外终端头的故障是由大气过电压引起的。若电缆本身存在缺陷，也会导致在大气过电压的情况下发生故障。

4电缆故障测距的方法

4.1电桥法

电桥法用于电力电缆故障诊断和定位，其基本原理如图1所示。电力电缆终端故障相与非故障相短接，并将故障相和非故障相分别作为电桥电路的两个阻抗臂。电桥电路四个臂的阻抗分别为R1，R2，R3和Rx，调节R2使电桥平衡，便有：

实施电桥法的电桥又具体细分为低阻电桥、高阻电桥和电容电桥，分别用于对电力电缆的短路（低阻）故障、高阻故障和开路故障的监测。

4.2低压脉冲反射法

利用传输线的电波反射现象，通过计量发射脉冲与故障点反射脉冲之间的时差来进行测距。主要测定电缆中的低阻、开路故障，及电缆全长的标准测量，测量准确率较高，应用较广。但不能测高阻或闪络故障。据统计，用低压脉冲法测定的电缆低阻或开路故障，约占电缆故障总数的10%。

低压脉冲法用于测量电缆的低阻、开路或短路故障，将脉冲信号自测试端送入被测试电缆，该脉冲将沿电缆传播当遇到阻抗不匹配点（故障点或中间接头）时，由于阻抗失配形成反射，脉冲返回到测量端并被记录下来。根据脉冲入射到返回所经过的时间ΔT和电波在电缆中的传播速度V，可以计算出传播路径的长度，进而得到测试点到故障点的距离Lx，其计算公式为：

（4）

通过反射脉冲的极性可以判断故障的性质。对于开路故障发射脉冲与反射脉冲同极性；而对于短路或低阻故障发射脉冲与反射脉冲反极性。

由上式可看出，脉冲在电缆中的传播速度对于准确地计算出故障距离很关键。在不清楚电缆的传波速度的情况下，如已知被测电缆的长度，根据发射脉冲与电缆终端反射脉冲之间的时间ΔT，可推算出电缆中的波速V=2L/ΔT。

4.3闪络法

利用故障点瞬间放电产生多次反射波。故障点的放电是在高电压作用下进行的。其中包括直流高压闪络测量法（直闪法），主要用于测量电缆的闪络性高阻故障；还包括冲击高压闪络测量法（冲闪法），主要用于测量电缆的泄漏性故障。相比之下，直闪法的波形简单、容易理解，准确度高；冲闪法的波形比较复杂，辨别难度较大，准确度较低，但是适用范围要更广一些。

4.4现代行波改进法

现代行波改进法是在原来传输线模型不变的基础上，考虑了每段线路之间互感的作用，得出新的波动方程。而后采用数值分析的方法对其进行求解。该方法不仅具有分析均匀传输线的一切优点，而且考虑了有限长度非均匀传输线的非均匀性，使问题的分析更接近于实际。此外，还结合工程实际中实际的脉冲波的产生原理，结合推导的有限长度电缆波动方程，得出新的计算模型，进行数值仿真。

5结束语

综上所述，在当前社会发展新形势下，电力工程技术人员一定要在实践中不断总结和创新安装操作的方法，切实掌握电缆故障诊断关键技术，为我国经济建设和群众生活提供电力保障，造福社会。