供电系统电缆故障检测方法研究

叶建新

宁夏石嘴山供电局，宁夏石嘴山 753000

电缆故障是指电缆在运行中因绝缘击穿、导线烧断等使电缆线路停止供电的事件。随着国家加大对基础能源设施的投资，电力、能源行业的发展，电力电缆广泛运用在生产生活的各个领域。若电缆发生故障往往导致大面积停电和电缆烧毁，造成重大的经济损失。由于查找故障点比较困难，当电缆发生故障后如何快速准确的查找故障点，快速恢复供电，成为日前急需解决的问题。本文综述了电缆故障的原因，类型及探测方法，列举了电缆故障探测的传统方法并分析了传统方法的不足，并介绍电缆故障探测的新方法及其特点。

1 电缆故障原因

电缆故障的根本原因是绝缘降低而被击穿。导致该现象的原因有很多，比如外力破坏、电缆运行问题、电缆本身质量等。现简单介绍如下：

第一，外力破坏。在实际运行中显示，外力破坏型电缆故障占整个电缆故障中的比例大于50%。在直埋电缆上搞土建施工会直接损坏电缆，造成短路跳闸，损伤不严重要一段时间才会导致受损部位彻底击穿形成故障，形成安全隐患。

第二，电缆的施工质量。例如电缆安装时不规范施工，给机械损伤提供条件；电缆过浅埋设，导致电缆外露没有保护；电缆沟内杂物积水过多，环境复杂造成化学腐蚀等。

第三，电缆本身质量。电缆接头是电缆线路中最薄弱的环节，若在制作过程中施工不良则造成电缆故障。如电缆接头在潮湿环境下制作，会使接头混入水蒸气，在电场作用下会逐渐降低绝缘强度而引发故障。

第四，电缆运行问题。长期的过负荷用电会造成电缆温度过高，从而加速绝缘枯干老化以至被击穿，造成电缆故障，严重情况下可能引起火灾。

第五，电缆本体的正常老化或自然灾害等其他原因。

2 电缆故障类型

电缆故障的主要类型分为低阻故障、高阻故障（包括泄露性高阻故障和闪络性高阻故障）、断线故障、三相短路故障等几种类型。高阻故障在实际运行中经常发生。通常用兆欧表摇测芯线间绝缘电阻或芯线对地绝缘电阻.根据其阻值判定故障类型。

3 电缆故障测寻方法

3.1 电缆故障测距的传统方法

电桥法：包括电阻电桥法、电容电桥法、高压电桥法。该方法简单，是电力电缆的测距的经典方法，使用较广泛。但是测试方法误差较大，需知电缆长度，且只适用于低阻及短路故障。

脉冲回波法：在电缆中注入低压脉冲使其传播，遇到故障点会反射回测量点，查得脉冲传播速度，根据仪器记录的发射和反射脉冲的时间差即可计算出故障发生点的距离。该方法利用低压脉冲反射检测线路故障，同样针对低阻与断路故障，比电桥法简单直观，但测距装置的成本高，且不适用于高阻故障测距。

脉冲电压法。又称闪测法。将电缆故障在直流或脉冲高压信号下击穿，根据所记录的放电脉冲往返测量点与故障点一次所需的时间来测距。该方法可用于测量高阻与闪络故障，测量过程简单，测试速度快。但该方法安全性差，与高压回路有电耦合，易损伤机器，并造成人身安全威胁。其次接线复杂，需要串一个电阻或电感以产生电压信号，故障点不易击穿。最后，分压器耦合的电压波形对故障放电变化不敏锐，不易分辨。

脉冲电流法：该方法包括直闪法和冲闪法。其操作方法是将电缆故障点用高压击穿使之产生电流行波信号，使用仪器采集并记录，根据电流行波信号在测量端与故障点往返一趟的时间来计算故障距离，最后用互感器将脉冲电流耦合出来，得到的波形简单，精度较高，计算方便。脉冲电流法由于与高压回路无直接电路连接，操作安全可靠。

3.2 电缆故障定点的传统方法

目前常用的方法为声磁同步法。该方法利用高压设备击穿电缆故障点使其放电，由接收器记录，并用磁场信号对其同步，测试人员通过听声及分析声音波形判断故障点位置。该方法只可获得较近的声音信号，易受故障点环境因素的干扰，对操作人员的经验要求较高。除此之外，还有音频法、时差定点法、感应定点法等。

4 电缆故障探测的新方法

4.1 电缆故障测距的新方法

跨步电压法：由于电缆沿线的土壤中或地面会产生沿电缆走向依次递减或递增的“跨步”电压脉冲，我们在电缆一端施加一个周期的脉冲信号，利用发光二极管束或指针式表头指示该电压脉冲的大小，即可沿电缆走向快速确定故障点的方向和精确确定故障点的位置。该法适合于低压电缆接地故障或外护套接地故障，尤其是直埋电缆精确定点。相比传统测距方法，该法具有如下优点：1）可以准确确定故障点的方向，节省时间和资源；2）施加在故障电缆上的中压脉冲不会对电缆造成损伤；3）测量设备操作简单、使用方便直观；4）定位精度高。

小波分析法：小波变换发展于20世纪80年代，它采用有效的数字信号处理方法，对不同信号进行干扰分析和抑制、提取信号故障特征参数，排除在使用脉冲法对电缆故障定位时各种电磁的干扰，实现故障的精确测距。小波变换可实现信噪分离，把混合信号分解成不相同频率的信号并将其位置、波形和幅值直观地反映在时域上。小波变换可快速准确地分析信号上奇异点，可用于寻找电缆故障定位中反射脉冲的起始点。小波分析法有较好的应用前景。

在线测距法：目前国外一些公司将GIS与电缆的运行管理故障测试结合起来, 在 GIS中输入各电缆的信息，一旦出现故障，监测系统会测出电缆的故障位置自动发射给 GPS 全球定位系统，用户终端即可知道故障实际位置。

因果网：由于Internet的广泛使用，我们可以建立智能监测系统远程操作、监控电缆故障。

4.2 电缆故障定点的新方法

高频感应法：利用高频信号发生器向电缆输入高频电流产生高频电磁波，沿电缆路径在地面上用探头接收电缆周围高频电磁场，电磁场信号处理后直接显示在显示器上，根据显示出数值的大小直接判断故障点位置。

GPS行波故障定位系统：全球定位系统GPS是近年发展起来的用于通信系统的新技术。在每个变电站安装行波波头记录仪，与调度通信构成输电网GPS行波测量网络，利用高精度的GPS时钟、专用行波波头检测传感器及时刻高效存储行波波头方法测量故障行波波头到达各个变电站的准确时刻，由调度进行故障定位。该方法精度较高，但是需要高新技术，且近距离故障、对发展性故障测量处理比较困难。

红外热象技术：红外技术在武器装备中特殊的地位使其迅速发展。该方法通过监测电缆的线芯温度判断电缆故障位置。由于电缆过载后线芯的温度急剧上升，用红外热象仪扫描电缆表面，拍摄表面温度场分布图象，处理得到温度场的具体数值分布。

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