基于声测法电力电缆故障分析与测试

基于声测法电力电缆故障分析与测试

陈伟

国网福州供电公司，福建福州 350003

摘要：随着电力建设的不断发展，对电力电缆的使用日益增多，很多架空线逐渐被电力电缆所代替。但是，随着电力电缆在城市电网中的应用日益广泛，运行时间越久，故障会越来越频繁，如何及时有效地处理故障，保证城市供电和电网的正常运行，电力电缆故障的测试与处理就成了我们急需解决的问题。

关键词：电力电缆 故障分析 声测法

1.电力电缆种类

电缆是将一根或多根导线绞合而成的线芯，裹以相应绝缘层后，外面包上密闭包皮(铝、铅或塑料等)。在电力系统中常用的电缆有电力电缆和控制电缆两大类，其中电力电缆是用来输送和分配大功率电能的。按绝缘材料的不同，可以分为油浸纸绝缘电力电缆、橡皮绝缘电力电缆和聚氯乙烯绝缘电缆，在工程上应用最广泛的是油浸纸绝缘电力电缆。从设计和运行的角度综合考虑，电力的输送绝大部分都采用电缆电网的直埋式输送方式。采用电力电缆直埋式输送有许多优点，一是线间绝缘距离小，占地小，地下敷设不占地面空间，避免在地面设杆塔、导线，有利于市容美观。二是运行可靠性高，不受外界环境影响，可避免风寒、水、风筝、鸟害等造成的短路和接地故障。三是人身安全可靠，地下敷设可避免人身触电危险。四是电缆电容较大，有利于提高电网的功率因素。

电力电缆的种类有很多种，按绝缘材料、敷设环境、结构特征，大约可分如下几种：

按绝缘材料分类。油纸绝缘、塑料绝缘、橡胶绝缘。

按结构特征分类。统包型：在各缆芯外包有统包绝缘，并置于同一内护套内。分相型：分相屏蔽。钢管型：电缆绝缘外有钢管护套。扁平型：三芯电缆的外形呈扁平状。自容型：护套内部有压力的电缆。

按敷设环境分类。地下直埋，地下管道、水底、矿井、高海拔、高落差等……一般环境因素对护层结构有特殊要求，如机械强度、防腐蚀等。

2.电力电缆故障性质的分析

　　电力电缆发生故障是由于故障点的绝缘损坏而引起的。一般故障的类型大体上可分为低阻（短路）故障和断路故障，高阻泄漏故障和闪络性故障两大类。

低阻故障和开路故障。凡是电力电缆故障点的绝缘电阻下降到该电力电缆的特性阻抗值，甚至直流电阻为零时的故障均称为低阻故障或短路故障（注：这个定义是从采用脉冲反射法的角度，考虑到波阻抗不同对反射脉冲的极性变化的影响规定的，对于电桥法则不用此定义。这里给出了一个电力电缆特性阻抗的参考值：铝芯２４０ｍｍ２截面积的电力电缆特性阻抗为１０Ω）； 凡是电力电缆的绝缘电阻为无穷大或绝缘电阻值虽与正常电力电缆的绝缘电阻值相同，但电压却不能馈至电力用户端的故障均称为开路（断路）故障。

高阻故障。电力电缆故障点的直流电阻大于该电力电缆的特性阻抗的故障均称为高阻故障。在做电力电缆高压绝缘试验时，泄漏电流随着试验电压的升高而增大，在试验电压升高到额定电压时（有时还升不到额定电压值），泄漏电流就超过了允许值，就会发生故障。这种故障称为高阻泄漏故障。试验电压升高到某个数值时，监视泄漏电流的电流表的指示值突然升高，且表针呈闪络性摆动。当试验电压稍有下降时，此现象就消失，但电力电缆仍然有极高的绝缘电阻值。这表明电力电缆存在有故障，而这种电力电缆的故障点没有形成电阻通路，只有放电间隙或闪络表面的故障，便称这种故障为闪络性故障。

3.电力电缆故障发生的原因

电力电缆故障发生的原因是多方面的，常见的电力电缆故障发生的原因主要有以下几种。 　　一是机械损伤。很多故障是由于电缆安装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的破坏才发展到铠装铅皮穿孔，潮气侵入而导致损伤部位彻底崩溃形成故障。二是电力电缆外皮的电腐蚀或化学腐蚀。电缆路径在有酸碱作业的地区通过，或煤气站的苯蒸气往往造成电缆铠装和铅包大面积长距离被腐蚀。三是地面下沉。此现象往往发生在电缆穿越公路、铁路及高大建筑物时，由于地面的下沉而使电缆垂直受力形变。导致电缆铠装、铅包破裂甚至折断而造成各种类型的故障。四是电力电缆绝缘物的流失。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使高处电缆绝缘性能下降，导致故障发生。五是长期的过负荷运行。由于过负荷运行，电缆的温度会随之升高，尤其在炎热的夏季，电缆的温升常常导致电缆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。六是震动破坏。铁路轨道下运行的电缆，由于剧烈的震动导致电缆外皮产生弹性疲劳而破裂，形成故障。七是拙劣的技工工艺。接头与不按技术要求敷设电缆往往都是形成电缆故障的重要原因。八是在潮湿的气候条件下做电缆接头，接头封装物内混入水蒸气而耐不住试验电压，往往形成闪络性故障。

4.声测法测试电力电缆故障

所谓测声法就是根据故障电缆放电的声音进行查找，该方法对于高压电缆芯线对绝缘层闪络放电较为有效。此方法所用设备为直流耐压试验机。电路接线如图1所示，其中SYB为高压试验变压器，C为高压电容器，ZL为高压整流硅堆，R为限流电阻，Q为放电球间隙，L为电缆芯线。   

当电容器C充电到一定电压值时，球间隙对电缆故障芯线放电，在故障处电缆芯线对绝缘层放电产生“滋、滋”的火花放电声，对于明敷设电缆凭听觉可直接查找，若为地埋电缆，则首先要确定并标明电缆走向，再在杂噪声音最小的时候，借助耳聋助听器或医用听诊器等音频放大设备进行查找。查找时，将拾音器贴近地面，沿电缆走向慢慢移动，当听到“滋、滋 ”放电声最大时，该处即为故障点。使用该方法一定要注意安全，在试验设备端和电缆末端应设专人监视。

5.结束语

在任何电气系统的运行中，安全是极重要的方面。工程技术人员在进行电缆故障寻测时必须遵守有关安全规则。安全快速的找出故障点，并尽快的处理故障，是可靠供电的保证，是电网安全运行的保证。随着电缆故障测试技术水平的提高，同时不断引进新技术、新设备，为及时有效地排除故障，保证城市用电和电网的正常运行做出更大的努力。

参考文献：

1.徐丙垠，李胜祥，陈宗军.电力电缆故障探测技术[M].北京:中国机械出版牡，2001.

2.于景丰，赵锋.电力电缆实用技术[M].北京:中国水力出版社，2003.

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