电力电缆故障诊断技术

田 宇

(重庆西南铝机电设备工程有限公司，重庆401326)

0 引言

随着电力、能源行业的发展，各种电缆越来越多地运用到生产生活的各个领域，是电力系统不可缺少的部分。当电缆发生故障时，需要准确地判断故障类型，并迅速地找出故障点，以便减少资源浪费和由停电造成的经济损失。

1 电力电缆故障的主要原因

1)电缆的制造质量，包括电缆芯绝缘，护层绝缘所用的材料及制造工艺。

2)电缆的运行环境，包括负荷、过电压、环境温度、湿度、酸碱度等问题。

3)外力作用，如开掘、挤压、弯曲、不符合规范的敷设方式等。

2 电力电缆故障性质及分类

电缆电缆故障可分为开路故障、低阻故障和高阻故障三种类型。

2.1 开路故障

若电缆相间或对地的绝缘电阻值达到所要求的规范值，但是工作电压不能传输到终端，或虽然终端有电压，但是负载能力差，这类故障称为开路故障。若R =R0(R0为被测电缆的电阻计算值，R 为测量值。)，电缆无开路故障;若R =∞，则电缆开路。

2.2 低阻故障

电缆一芯或数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间绝缘电阻低于10ZC(ZC为电缆特性阻抗，一般不超过40Ω)时，而导体连续性能良好者称为低阻故障。

2.3 高阻故障

电缆一芯或数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间绝缘电阻低于正常值很多，但高于10ZC，而导体连续性能良好者称为高阻故障。

3 电力电缆故障诊断与定位

在进行电力电缆故障处理前，首先要对故障的性质进行判断，通常是将电缆脱离供电系统，并按以下步骤进行测量。

1)用兆欧表测量电缆每芯对地的绝缘电阻，如绝缘电阻为0，可用外用表测量电阻值R，以便确定是低阻还是高阻故障。

2)测量每芯之间的绝缘电阻，确定是否有相间故障。

3)将电缆另一端每芯之间短接，然后测量每两芯之间电阻，以确定是否有开路故障。

3.1 零电位法

零电位法也就是电位比较法，它适应于长度较短的电缆芯线对地故障，其接线如图1 所示，测量原理如下:将电缆故障芯线与等长的比较导线并联，在两端加电压E 时，相当于在两个并联的均匀电阻丝两端接了电源，此时，一条电阻丝上的任何一点和另一条电阻丝上的对应点之间的电位差必然为零。反之，电位差为零的两点必然是对应点。因为微伏表的负极接地，与电缆故障点等电位，所以，当微伏表的正极在比较导线上移动至指示值为零时的点与故障点等电位，即故障点的对应点。

图1 单相闸刀开关示意图

图中K 为单相闸刀开关，E 为6 V 蓄电池或4 节1 号干电池，mV 为直流微伏表。

3.2 电容电流测定法

电缆在运行中，芯线之间、芯线对地都存在电容，该电容是均匀分布的，电容量与电缆长度呈线性比例关系，电容电流测定法就是根据这一原理进行测定的，对于电缆芯线断线故障的测定非常准确。测量电路如图2 所示，使用设备为1 ～2 kVA单相调压器一台，0 ～30 V、0.5 级交流电压表一只，0 ～100 mA、0.5 级交流毫安表一只。

图2 电容电流测定原理图

测量步骤:

1)首先在电缆首端分别测出每相芯线的电容电流(应保持施加电压相等)Ia、Ib、Ic 的数值。

2)在电缆的末端再测量每相芯线的电容电流Ia'、Ib'、Ic'的数值，以核对完好芯线与断线芯线的电容之比，初步可判断出断线距离近似点。

3)根据电容量计算公式C=1/2πfU 可知，在电压U、频率f不变时C 与I 成正比。因为工频电压的f(频率)不变，测量时只要保证施加电压不变，电容电流之比即为电容量之比。设电缆全长为L，芯线断线点距离为X，则Ia/ Ic =L/X，X =(Ic/Ia)L。

测量过程中，只要保证电压不变，电流表读数准确，电缆总长度测量精确，其测定误差比较小。

3.3 低压脉冲探测法

低压脉冲法可测量电缆中出现的开路故障，相间或者相对地低阻故障。低压脉冲法的原理是依据均匀传输线中波传输与反射的原理，将被测电缆看成是均匀传输线，它每一点的阻抗是相等的，当从它一端发射一低压脉冲时，电磁波在电缆上传输，当遇到故障点的波阻发生了变化时，电磁波传输到该点时就发生折发射现象。

在实际作业时，是由低压脉冲仪发射一个宽度为0.1 ～2 μs，幅度大于120 V 的低压脉冲，在t0时刻加到故障电缆一端。此时脉冲以速度v 向电缆故障点传播，经Δt 后到达故障点，并产生发射脉冲，发射脉冲以同样的速度v 经Δt 与t1时刻达到发射点。若设故障点到发射点距离为L，则有如下关系:

所以需要记录t0和t1时刻及速度v，就可以测出故障点的距离。

3.4 电缆故障精确定位技术

由于电缆线路不可能全部直线敷设，用电缆故障探测仪仅能对电缆的故障大致位置进行初步判断，而不能准确的找出故障点。现在普遍使用的定位仪是将微弱的机械振动波转换为电信号，然后将电信号放大，在通过耳机还原为声音，然后通过人机的有机配合，从而准确地快速地找出故障点。

4 结语

电缆故障测试技术水平的提高，应针对不同的故障性质采取不同的方法，还要不断引进新技术、新设备，同时也要在新设备上摸索经验，开发新的功能。通过多观察，多学习、多积累经验，以期促进实际工作的查寻效率，从而节省人力物力，缩短处理电缆事故的时间，创造较大的经济效益和社会效益。