港区10 kV电力电缆故障分析与排查方法

乐骅

摘 要：文章首先介绍10 kV电力电缆故障产生的原因，排查步骤及常用方法，重点介绍两种故障测距方法，并结合实例进行说明。

关键词：电力电缆故障；测距波形

中图分类号：TM755 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）24-0105-02

近年来，随着港口建设的突飞猛进，港区内10 kV配电网络规模也日益扩大，供电的可靠性对港口生产起着极为关键的作用。10 kV电缆线路作为电网的重要支撑，由于其敷设距离长、工作环境恶劣、接头制作工艺要求高等特点，在电网故障中所占比例较大。当故障发生后，如何在较短时间内判断、定位，并排除故障，从而减少停电影响，降低停电损失，一直是港区供配电管理的要点和难点。

1 电缆常见故障原因分析

1.1 机械外力损伤

如：①在电缆运输或施工准备过程中，直接受外力损伤；②安装敷设时拉伤、碰伤、过弯半径不足或电缆外皮被尖锐物划伤等；③电缆接头直接承受拉力，长期使用后电缆外护套、绝缘层破损。这类故障具有隐蔽渐进的特点，起初轻微损坏不致影响正常使用，但长时间、大负荷使用后，在几个月至几年内，缺陷逐步累积发展，最终形成故障点。

1.2 电缆线径选用不当

工作负荷长期超出额定载流量，从而引起过热。过热会造成加速老化，绝缘能力下降等现象。此外，密集敷设、通风不良或安装位置靠近热力管线也是造成电缆过热的重要诱因。

1.3 接头受潮

由于港区电缆通常采用穿管或电缆沟敷设，管沟内多存积水，加之临海盐雾腐蚀，电缆工作环境差。电缆接头如不严格按规范制作，如制作时环境湿度大、热缩套层数不足、导线表面未清洁等，均易引起接头受潮、绝缘能力下降，最终產生故障。此外，成套电缆头质量不佳，存在细小的孔缝缺陷，也是接头受潮的重要诱因。

1.4 雷击或人为操作失误引起电缆内部过电压，造成绝

缘层损坏

根据大量电缆故障案例的统计结果，由于电缆出厂质量引起的故障是比较少见的，绝大多数问题来自运输和施工环节中的机械外力损伤，其次是电缆接头防水处理欠周全、电缆头制作工艺不良及设计裕度不足等原因。

2 10 kV电缆故障排查要点

出于安全考虑，10 kV电缆通常情况下采用暗沟、埋管等保护敷设方式，全线路隐蔽。也正因为如此，一旦产生故障，采用常规方法很难直接查找准确的故障点位置。总结经验，我们将排查过程大致分为故障诊断、故障测距、精确定位三个步骤，其中重点和难点是测距。一般来说，测距完成后，即可将故障位置缩小在数米范围内，再结合定位测量手段即可迅速找到故障点所在准确位置。

2.1 故障诊断

首先应了解电缆的基本情况，如电缆型号、敷设路径、距离、接头布置等，在日常工作中，应特别注意事先收集、整理、更新这些信息，这将有助于故障的快速初判，并起到事半功倍的作用。

故障测距工作前，应首先判断故障类型及严重程度。在故障电缆的一侧使用万用表或兆欧表判断相间、相地绝缘电阻，如测量阻值较高，还应作导体连续性试验；从而判断故障的类型属于高阻还是低阻；故障的范围是单相、两相，还是三相；故障的性质是接地、短路、断线，或它们的混合。

2.2 故障测距

故障测距可视为位置的粗测，具体方法是在故障电缆的一端使用专用仪器基本判断故障距离，常见方法有低压脉冲法、脉冲电流法。

2.2.1 低压脉冲法

该方法基于电波在传输导线中传输，遇到线路阻抗不均匀便产生反向的原理，并根据反射脉冲的极性来判定故障性质。即通常情况下反射脉冲和发射脉冲极性相同为断路，极性相反则为短路。同时依据电波在线路中的传播速度和往返时间，即可计算出故障点距离。该方法对于各类低阻、接地或断线故障，可以较方便地判断出故障距离。如图1所示，对其测距波形进行了简单分析。

①正常的反射波形特征：t1测距仪发射脉冲，t2电缆终端反射脉冲（即电缆全长反射）；t1～t2时间间隔所对应的距离即电缆全长。

②低阻（或短路）故障时波形特征：t1测距仪发射脉冲，t2低阻（或短路）故障反射脉冲，t3时刻为终端二次反射脉冲；t1～t2时间间隔所对应的距离即故障点距离。

③开路故障时波形特征：t1测距仪发射脉冲，t2为开路故障反射脉冲，t3为开路故障二次反射脉冲；t1～t2或t2～t3时间间隔所对应的距离即故障点距离。

2.2.2 脉冲电流法

对于高阻故障，由于电缆绝缘性能未完全破坏，低压脉冲反射波不明显，甚至无反射。在这种情况下只有利用高压脉冲击穿故障点，并记录故障点击穿时产生的电流行波信号，根据电流行波信号在测量端与故障点往返时间及信号传播速度来估算故障距离。该法又可进一步细分为直流闪络法和冲击闪络法，简单介绍如下：

①直流闪络法（简称直闪法）常用于测量闪络性故障，即故障点阻值很高，只有外加电压达到一定数值时才产生击穿的故障。典型的直闪波形如图2所示，图中第一个脉冲是从故障点传来的放电脉冲，第二个脉冲是从故障点返回的反射脉冲。

②当故障点电阻不是很高时，因泄露电流大，试验电压小，故障点无法形成有效闪络，故往往采用冲击闪络法（简称冲闪法）。该方法与直闪法的原理、波形基本相同，只是应用该法时，需在高压设备与电缆之间串入球形间隙，用以形成冲击高压。

2.3 精确定位

通过粗测可获知故障点离测量点的距离，但受电缆敷设地形高差、预留等因素影响，仪器测量距离与实际故障位置不可能完全重叠，往往还需进行进一步的定位判断，以获得更为精确的位置。最常用的方法有声测法、感应法。

①声测法。就是利用冲闪仪等设备，使故障点产生规律放电，同时伴有特殊的击穿声响。在粗判故障点附近，利用听音器寻找发声源，从而精确点位。该方法的特点是对设备要求低，操作简便，但判断结果易受管道回声干扰，操作者经验等因素制约。此外，在故障点埋设较深的情况下，亦适用受限。

②感应法。它的工作原理是利用电信号通过电缆时，附近即会产生感应磁场，使用电磁感应接收器沿线移动，即可感知磁场的变化。在故障点附近时，突变电流会引起电磁信号的突变，产生信号突变的位置便可作为精确定位的依据。

3 工程实例

线路名称：宁波港北仑山多用途码头预留堆场10 kV施工电线路。

电缆概况：10 kV YJV22 3×50电缆，电缆全长约820 m，无中间接头。

故障性质：B、C相对地短路，相对地电阻1 ？赘，变电所馈线柜综保装置显示I段过流动作。

故障测距：电缆类型为交联聚乙烯电缆，故取V=172 m/μs，使用低压脉冲法测量同电缆良好芯线得出电缆长度822 m，A相（完好相）与B相波形对比后测得故障点距离变电所内电缆终端410 m，如图3所示。

初判故障位置在门卫附近。

故障定点：采用声测法，在门卫附近电缆井管口处听到明显放电回声，最终确定故障点在该段管道内故障处理及原因分析：抽出管道内电缆发现，由于地面施工单位不熟悉地下管线情况，该段管线上方新打入接地极一根，正好击穿保护管并切入电缆引起对地短路，实际故障位置距电缆终端约412 m，与判断结果吻合。

4 结 语

随着电力电缆在港口电网中的大规模应用，如何迅速排除电缆故障，保障用电，是摆在面前的一大课题。在实践中应不断总结积累经验，尤其是熟悉波形变化的真正原因，提高对故障的分析判断能力，最终缩短处理时间，尽快恢复供电，将停电造成的不利影响降至最低。

参考文献：

[1] GB 50217-94，电力工程电缆设计规范[S].

[2] 区家辉.10 kV电力电缆常见故障处理[J].云南电力技术，2008，（8）.

[3] 欧相林.浅谈10 kV电力电缆故障检测[J].电力建设，2009，（1）.