电缆故障分析与寻找技巧

电力电缆通常由电缆、电缆中间接头、电缆终端头和电缆地线四部分组成，任何一部分在其试验或运行中因种种原因都有可能发生形形色色的故障。因此，了解电力电缆常见的故障现象，分析其原因，并熟练掌握正确的故障寻测方法，是成功安装电力电缆，确保其安全、可靠、经济运行的一项专业技能。

1.电力电缆常见故障

按故障性质或试验结果可将电力电缆故障分为以下四种类型：

（1）低电阻接地或短路故障 故障表现为导体直流电阻正常，但电缆的一芯或数芯对地电阻在0.1MΩ以下。此时会出现单相接地、两相短路或两相短路接地的情况。

（2）高电阻接地或短路故障 故障表现为导体直流电阻正常，但电缆的一芯或数芯对地电阻在0.1MΩ以上而小于规定值许多。此时仍会出现单相接地、两相短路或两相短路接地的情况，但接地或短路电阻相对较大。

（3）断线故障 故障表现为绝缘不良，直流电阻明显不平衡。

（4）闪络性故障 故障大多发生在试验过程中。

2.电力电缆故障原因

（1）机械损伤 可分为外力损伤和自然损伤两种。外力损伤具体指运输、施工、起重、挖掘等过程中对电缆造成的破坏；自然损伤包括地基沉降引起的电缆中间接头拉断、终端头绝缘胶自然胀裂等。

（2）绝缘受潮 电缆质量差、电缆头渗水、金属护套有裂缝或腐蚀穿孔等造成。

（3）绝缘老化变质 因运行时间过长导致的绝缘正常老化变质或不按规定运行导致的非正常老化变质。

（4）电缆过热 过负荷产生的电流热效应使电缆各部分严重发热、发胀而损坏。

（5）过电压 在电缆本身已有缺陷隐患的情况下，遭遇雷击或其他冲击过电压时造成的损坏。

（6）其他原因 材料本身的缺陷或设计选料不当等因素。

3.电力电缆故障寻测方法

针对不同的故障性质，应选择合适的故障寻测方法。常用的寻测方法有电容电桥法、低压脉冲法、低压电桥法、高压电桥法、冲击闪络法、直接闪络法、感应法和声测法等，其选用框图如图3-16所示。

（1）低电阻接地故障的寻测 低电阻接地故障是新安装电缆较常见的故障，表现为铅包与线芯间绝缘击穿，终端头制作不良。通常采用开尔文电桥、惠斯顿电桥来进行寻测故障点。测量电缆单相接地故障点的接线原理如图3-17所示，图中，L是电缆的全长，X是测量点到故障点的长度，桥臂的两个电阻分别为R₁、R₂。因电缆截面积都是均匀的，其长度与直流电阻成正比，故当电桥平衡，即检流计指针指到零时，有电桥平衡公式，即

图3-16 电力电缆故障寻测方法选用框图

根据式（3-1）即可求出电缆故障点的具体位置。

图3-17 测量电缆单相接地故障点的接线原理

两相接地及短路故障的测量方法与上述方法相同。三相接地故障测量由于无完好的线芯可以利用，故需增设一对临时线，事先测准其直流电阻，设为R，然后按图3-18接线，根据电桥平衡公式，有

根据式（3-2）即可求出电缆故障点的具体位置。

图3-18 测量电缆三相接地故障点的接线原理

（2）高电阻接地故障的寻测 一般是将接地电阻烧成低电阻然后再进行测量。若故障不易烧成稳定的电阻，可采用高压冲击反射法或高压直流电桥法进行测量。若故障接地电阻稳定，在冲击电压下不放电时，便只能采用高压直流法，使通过故障点的电流不会太小，以确保测量的准确性和灵敏度。高电阻接地故障如图3-19所示。

图中S为电源开关、T1为调压器、PV为电压表、T2为高压测试变压器、R₁为保护电阻、VD为高压硅堆、PA为微安表、RH为滑线电阻、R_f为检流计分流电阻、P为检流计。设电桥的一臂电阻为R，则另一桥臂的电阻为100Ω-R，于是在电桥平衡后，故障距离可以用以下公式计算，即

式中 X——故障距离（m）；

L——电缆长度（m）。

图3-19 测量电缆高电阻接地故障点的接线原理

寻测过程中应注意以下几点：

1）试验时由于电桥、检流计和分流器均处于高电压状态，故操作人员必须站在绝缘板上用绝缘棒操作，并与高压带电体保持安全距离，防止人身事故的发生。

2）微安表通过的故障监视电流应控制在10～20μA，并保持稳定。若电流太小，则灵敏度低，误差大；若电流太大，则容易损坏保护电阻。(www.xing528.com)

3）电桥上所加直流电压应控制在10～20kV，防止过高电压击穿电桥的绝缘。

（3）断线故障的查找 断线故障可用电容电桥法或脉冲测距法测量故障点。前者不易测准，后者可以迅速而准确地测量故障点。电缆的电容与长度成正比，故可用比较电容法计算故障点距离。常用QF1—A型电缆探伤仪来测量断线故障，其接线原理如图3-20所示。

图3-20 QF1—A型电缆探伤仪测量断线故障的接线原理

操作过程如下：

1）将故障电缆的一端用导线跨接，另一端接测量仪表。其中接线柱A接故障相，B接完好线芯，E接另一完好线芯。

2）将选择开关旋至“断线”位置，并关闭“直流指零仪”。

3）插入耳机，接通220V交流电源即可听到1kHz音频信号。

4）反复调节电阻盘R和相位平衡电阻RH，直到耳机无声为止。此时即可根据下面的电桥平衡公式求出故障距离

X=2R_xL （3-4）

式中 R_x——电阻盘数值。

另一种测量故障点的方法是，用脉冲示波器将信号送到故障线芯，从故障点反射回极性相同的波，计算脉冲在电缆上对故障点反射所需的时间，即可求得故障点的距离。

（4）闪络故障的测试 对于高阻故障和闪络性故障，常采用冲击闪络法进行测量，其接线原理如图3-21所示。

图3-21 冲击闪络法测电缆高阻故障的接线原理

在图3-21中，VD为高压硅堆，G为球隙。测试原理是，接通电源，电容C反向充电，电压升高到球隙G的击穿电压后，高压脉冲进入电缆，运动到故障点B点，击穿对地放电，电压波在这里产生负的全反射。该反射电压向测试端运动，由于高频感抗L的存在，又被反射回故障点。如此周而复始。反射波波形如图3-22所示。

由图3-22可以看出，在反射波的一个周期T内，反射波沿电缆行进了一个往返的距离，因此，故障点的距离可由下面的公式决定

图3-22 断线故障反射波波形

式中 X——故障点到测试端的距离（m）；

v——电缆脉冲波传播速度（m/μs）；

T——振荡放电的半个周期（μs）。

测试过程中需注意以下几点：

1）如故障点在非测试端的终端或其附近，可能会在第一个正脉冲前出现负的尖脉冲而造成读数误差，故应将非测试端的故障相和任一完好相跨接，以消除测试误差。

2）闪测仪必须可靠接地，以确保测试人员的安全。

3）测试时可配备压电晶体拾音器（故障定点仪）和振膜式拾音棒（听棒），以便更准确地确定故障点。这种通过拾音器听取故障点附近地面放电声音的方法也可称为声测试验法，但它要求故障点的放电具有足够的能量，放电电流可控制在50mA左右。

4）电缆中的脉冲波速通常取160m/μs。

（5）感应法测定相间短路点 感应法适合于接地电阻极低的金属性接地故障和低电阻的相间短路故障，其测量原理如图3-23所示。

图3-23 感应法测定相间短路故障的原理

测量原理是，通过音频振荡器将音频电流通入两故障线芯，地面上的感应线圈便可接收到沿电缆线的音频信号。为提高寻测的抗干扰能力和信噪比，感应线圈可采用双探头探测线圈。当探测棒沿电缆线移动到故障点时，线圈感应到的磁场信号和故障点泄漏出的电磁场信号不平衡，出现一个峰值；同理，当前一个线圈已经离开故障点，而后一线圈移动到故障点时，同样会出现一个峰值。两峰值的交点即为故障点。

使用感应法测量故障点时的注意事项：

1）使用感应法测量故障点，应使发送器输出的阻抗与故障电阻匹配。

2）发送的功率要调整合适，功率太小难以将信号送到故障点，太大则有可能使信号越过故障点。

3）如果接地且相间短路故障电阻较大，则感应法测量效果不明显。