电力电缆故障分析与诊断技术的研究

李世洁 王汉 北京房供电力工程有限责任公司

早期城市配电网络以架空线路为主，不仅影响城市美观，同时还存在较大的安全风险。随着电力工程技术的进步与发展，当前电力电缆已经实现地下敷设。这种电力电敷设方式不仅对于城市环境影响下，自身也能避免自然因素的干扰，提高了供电的可靠性。而且埋入地下的电缆管道占地少，同一管道可以完成多条线路的敷设。但是，电力电缆地下敷设也存在明显的缺点。在电力电缆发生故障需要维修时，难度更大。传统架空线路能够直观的找到故障问题，而埋于地下的电力电缆只能通过检测技术加以诊断。

一、电力电缆故障类型分析

随着电力工程技术创新发展，电力电缆结构更加复杂精密，电缆由芯线、绝缘层、半导体层、屏蔽层、保护层组成，任何一个部分出现问题，都会导致故障。因此，电力电缆发生故障的类型较多。主要有以下几种分类方式：按照结构材料分为导体故障与绝缘故障、断线故障与似断非断故障；按照电力电结构可以分为单相接地故障、相见故障、混合性故障等；按照故障原因可以分为运行故障、外力破坏故障[1]。总之，电力电缆故障类型较多，可以按照不同标准进行归类分析，从而为故障的排除提供参考。

二、电力电缆产生故障的原因

（一）机械损伤

在电力电缆故障中，机械性损伤造成的故障非常多，几乎可以达到总故障率的60%。机械损伤故障也是电缆故障中最容易判断和识别的，机械性损伤主要分为外力作用、敷设过程损伤和自然损坏三种。外力作用主要包括在进行地表工程活动时，产生的电缆破坏，包括机械开发导致电缆断裂等[2]。敷设过程损伤是由于电缆运输不当或者过度弯折导致的损伤。自然情况则包括地震、冰冻等因素。

（二）绝缘问题

绝缘受潮会导致电力电缆的绝缘能力降低，在线路运行过程中由于绝缘不足导致线路损坏。通常情况下，导致电缆受潮的因素多为安装盒或者终端盒质量不合格，造成受潮故障。

（三）过电压

过电压多指电缆绝缘结构击穿故障。通常表现为自然雷击的强电压与电缆内部电压发生击穿，使线路出现故障。

（四）电缆过热

过热也会造成电缆发生故障。通常情况下，过热的原因有很多种。其一，电缆内部绝缘材质质量不足，或者出现气隙，导致局部过热，绝缘结构损坏。其二，线路长期处于高负荷状态运行，导致线路过热老化。其三，外部温度升高，造成线路热量无法正常散出，造成线路故障。

（五）腐蚀情况

腐蚀情况在电力线缆中主要表现为两种：第一种是电腐蚀。由于电力线路敷设环境存在极大的电场，导致电缆外部保护套发生腐蚀和击穿，潮气和水分进入到电缆内部，从而造成电缆故障。第二种是化学腐蚀。化学腐蚀主要是由于化学药剂进入到电缆管道中，对管道中的电缆线路造成了破坏，这种情况多为化学药剂泄漏等原因引起[3]。

三、电力电缆故障检测技术与诊断工艺

（一）电力电缆故障检测技术

1.电桥检测

电桥法的检测原理是通过双臂电桥测量芯线的电流阻值，然后测量出电缆的长度，根据阻值和长度之间的比例关系，计算出电缆故障发生位置。在检测中，利用电桥诊断短路点接触，或者小于1Ω 线芯故障点接触，故障检测的误差通常在2m 以下。为了提高检测的精确性，需要尽可能缩短电桥连接线，提高电桥连接线的直径，检测时采取焊接或者压接与被检测电缆连接。在计算故障位置时，需要保留所有小数，以提高检测的精准性。

2.声音检测

通常情况下，电缆在发生故障时，由于线路中存在较大的电压，会产生放电现象，从而发出声音，通过对声音的测量能够找到故障点。这种方法适宜应用在高压电缆线芯与绝缘层之间的闪络故障。在检测过程中，还需要使用直流耐压试验机。当电容器被充到固定的电压值时，电缆的故障点就会发生放电，此时故障位置会发出电流的滋滋声[4]。通过声音收集设备能够找到故障点，进行故障的维修工作。

3.零电位检测

零电位检测方法是电力电缆故障检测中最为直接的一种，不需要精密仪器的配合，非常适宜应用在较短线路线芯故障中。在使用零电位检测时，需要把故障电缆的芯线连接到预制长度相同的导线上，然后将相同电压施加在两段，此时两条线路上任意完好对应位置的电位差为零，利用微伏表进行电位差的测量，根据指针摆动的情况，确定故障点的位置。

4.电容电流检测

电容电流检测的原理是：在电缆正常运行中，芯线之间、芯线与大地之间都存在均匀的电。电容量相同的电缆长度具有一定的比例关系。这种检测方法适宜应用在芯线断线故障中，在测定故障时需要对断线和检测线的电容进行测定，然后利用故障线路与检测线之间的电容关系进行计算，找到故障点。

（二）电力电缆故障诊断工艺

1.故障性质确定

电力电缆故障诊断操作需要慎重，线路检测准确度直接关系到线路故障的排除效率。为了高效精准的找到线路的故障点，需要在检测前确定电力电缆的故障性质。不同的故障性质会表现出不同的特征。如果故障性质没有确定就进行检测，不仅检测效率不高，还会造成仪器的损坏。在故障确定时，可以根据故障线路的组织、闪络性、接地、短路、断路等特征确定故障的类型，从而找到故障检测最佳方式[5]。

2.故障粗测

由于电力电缆通常为长线路，故障发生位置具有一定的随机性，为了提高检测的效率，首先可以进行粗测。粗测就是通过初步测量，将故障点划定在一个范围内，从而缩小检测的范围。通常情况下，经验丰富的故障检测人员能够根据粗测的数据和线路故障类型，初步判断出故障发生的大概位置，然后在进行更加精确的故障测量。

3.故障路径测寻

在初步确定故障点具有测量地点的距离后，就可以确定故障点发生在测量位置到最大距离之间的区域，这一区域的任意一点都可能是故障点，所以需要确定故障点的走向。常规的故障点路径确定可以向线路施加一个音频信号，从而根据故障线路的反应来确定路径，在不良环境条件下，也可以利用脉冲信号或者工频感应来实现故障路径的确定[6]。

4.精确定位

通过粗测找到电力电缆的故障距离，利用路径的测寻找到路径方向。然后就可以通过精确测量来确定故障点。通常情况下，故障点的定位会存在一定的误差，但是误差距离通常不会太大。故障点定位越准确，故障的维修排除效率越高，维修成本也就越低，所以在测量时需要精确计算和控制。可以利用声测、感应、跨步电压等方法，进行故障定位。

四、电力电缆故障预防措施

电力电缆故障是城市供配电系统常见问题，故障发生不仅会影响城市正常供电，同时还可能产生用电安全风险和经济损失。因此，需要采取相应措施对线路故障加以预防。首先，故障的发生呈现出一定的规律性，一些区域是风险的高发区，因此需要加强对电缆的维护与管理，主要为一些自然条件恶劣或者地表施工区域。其次，避免电路超负荷工作情况，提高电缆寿命。最后，提高电缆施工工艺，避免在敷设过程中造成机械损伤，导致使用过程中发生故障。

五、结语

综上所述，电力电缆故障类型较多，不通过形式的故障需要采用相应的检测方法，才能够对症下药，准确找到故障位置，完成故障的排除工作。所以，在进行检测诊断时，需要分析故障类型，然后选择效率最高、定位最准的方式，降低误差，使城市电力电缆故障能够以最快的速度排除。