10KV配电线路带电更换直线电杆 (2)

电力电缆故障测试技术的应用

摘要：近年来，电力电缆因其在节省线路走廊和城市发展整体美观性布局的要求等方面的优异特性，架空线路在城网建设中已逐渐被电力电缆所取代。由于多数电缆多掩埋在城市的地下，看不见，摸不着，一旦出现电缆故障，查找起来非常困难，往往要花费几天，甚至十几天的时间，不但浪费大量的人力、物力，而且会造成非计划停电，在给企业生产带来巨大经济损失、居民生活带来极大不便的同时，也为电力企业带来负面的影响与经济损失。应怎样快速准确的查找故障点，尽快恢复供电，尽量减少给企业生产带来经济损失、居民生活不便。关键字：电力电缆故障；故障测试；故障查找；故障定位；电缆故障测试仪

前言：近年来，电力电缆因其在节省线路走廊和城市发展整体美观性等方面的优异特性，在城网建设中比重越来越大。以广州地区为例，截止至2012年9月30日，已经入网运行的10kV电缆总长度达到18567.21公里，超过了10kV架空线的总长度，在10kV线缆总长度中的比重达到了62.3%。

表1 广州地区10kV电缆设备统计

从表1中可以看到，近三年广州地区的电缆总长度保持每年10%左右的速度增长，而其在10KV线缆中的覆盖比例也逐年递增。随着近年来电缆使用的增多，但随之而来的是电缆故障整体呈上升趋势，在所有配网设备中居首位。

由于顶管技术的发展，多数电缆多掩埋在城市的地下，直接穿过马路。一旦

出现电缆故障，查找起来非常困难。如何快速准确的查找故障点，尽快恢复供电。尽量减少给企业生产带来经济损失、居民生活不便。而城市地形复杂、人声喧哗等潜在因素会电缆故障查找增添了困难。不要盲目的进行电缆故障查找，这样往往费时费力，而且无法准确的进行故障定点判断。应学会利用科学技术，这样做才能做到事半功倍的效果。

正文：

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一、电力电缆故障产生的原因及其分类

电缆单相接地故障较为普遍，多是因为电缆遭受外力破坏原因造成。也不排除本体质量造成，但这种内部短路从外表看不出痕迹较少见。电缆相间短路故障中较少，这是因为相间短路一般都是在运行中发生，发生故障时会产生强大的短路电流造成速断保护动作而跳闸。强大的电流所造成的高温一般都会把电缆烧断造成开路性故障。电缆内部短路，外表看不出痕迹，此类故障一般是由于电缆质量造成的，比较少见。

从电缆的故障位置看，一条电缆最薄弱的地方是中间接头，一般的电缆都有一个或几个中间接头，在做电缆中间接头时由于环境条件限制，加上电缆敷设后不进行防潮处理，制作时中间接管压接不紧密，都可能造成电缆中间接头受潮、工艺缺陷的出现。当运行中长期在高压电场的作用下产生电晕及游离放电，使绝缘本体形成水树直至绝缘老化并击穿。

1、电力电缆故障复杂多变，按产生的原因可归纳为以下几类。

（1）机械损伤：包括安装损伤、外力损伤、因自然现象造成的损伤，如中间接头或终端头的内绝缘胶膨胀而胀裂外壳或电缆护套；装在管口或支架上的电缆外皮擦伤；因土地沉降引起过大拉力，拉断中间接头或导体等。

（2）绝缘受潮：因接头盒或终端盒结构不密封或安装不良而导致进水；电缆制造不良，金属护套有小孔或裂缝；金属护套因被外物刺伤或腐蚀穿孔等。

（3）绝缘老化变质：电缆介质内部的渣质或气隙，在电场作用下产生游离和水解；电缆运行的局部过热；电力电缆超时限使用的自然老化等。

（4）过电压：大气过电压（如雷击）；内部过电压（如操作过电压）。

（5）设计和制作工艺不良：电缆头与中间设计和制作工艺不良，也会引起电缆故障。其主要原因为：电场分布设计不周密；材料选用不当；工艺不良，不按规程要求制作。

2、根据电缆故障点绝缘电阻Rf与击穿间隙G的情况，电缆故障又可分为开路故障、低阻故障、高阻故障、闪络故障四大类。该分类法为现场电缆故障最基本的分类方法，特别有利于探测方法的选择。其等效电路如下图1。

图1 电缆故障等效电路

其中，间隙击穿电压UG的大小取决于故障点放电通道（即击穿间隙）的距

离G，绝缘电阻Rf 的大小取决于故障点电缆介质碳化程度，分布电容 Cf 的大小取决于故障点受潮程度。

（1）开路故障：电缆金属部分的连续性受到破坏，形成断线，且故障点的绝缘材料也受到不同程度的破坏。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf 为无穷大（∞），但在直流耐压试验时，会出现电击穿；检查芯线导通情况，有断点。现场一般以一相或二相断线并接地的形式出现。

（2）低阻故障：电缆绝缘材料受到损伤，出现接地故障。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf小于10Z0（Z0为电缆的波阻抗，一般取10～40Ω之间）。现场一

般低压动力电缆和控制电缆出现低阻故障的几率较高。

（3）高阻故障：电缆绝缘材料受到损伤，出现接地故障。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf 大于10 Z0，在直流高压脉冲试验时，会出现电击穿。高阻故障

是高压动力电缆（6KV或10KV电力电缆）出现几率最高的电缆故障，可达总故障的80%以上。

（4）闪络故障：电缆绝缘材料受到损伤，出现闪络故障。现场用兆欧表测其绝缘电阻Rf为无穷大（∞），但在直流耐压或高压脉冲试验时，会出现闪络

性电击穿。闪络性故障比较难测，特别是新敷设的电缆进行预防性试验出现闪络故障时。现场一般使用直流闪络法进行探测。

二、以我公司目前使用的电缆故障测试仪说明其工作原理。

它主要有低压脉冲测试法和冲击高压闪络测试法。

低压脉冲测试法工作原理：向电缆发送一个脉冲电压信号，当电缆有故障时，由于故障点阻抗和电缆的特性阻抗不匹配而产生脉冲反射，DLC-100A用波形的方式把被测试电缆的特性显示在屏幕上。

设从仪器发射脉冲开始计时，直至接收到故障点反射脉冲的时间为Δt，Δt是脉冲在测试点和故障点之间往返一次的时间。设故障距离为S，脉冲在电缆中的传播速度为V，则：

S=VΔT/2

Δt由仪器自动计时，并结合设置的波速度V得出故障距离S。实际上脉冲在电缆的传播过程中，遇到所有的阻抗不匹配点，如接头，远端等，均会产生反射。用户通过识别反射脉冲的起始位置、形状及幅度，测定故障点的距离，故障点的位置在反射脉冲的起始点，即图2中虚线光标所在的位置。

从图2可以看出，发射脉冲是正极性，如果反射脉冲是正极性，说明是断线故障；如果反射脉冲是负极性，说明是低阻和短路故障。

a.断线故障波形 b.低阻和短路故障波形

图 2

冲击高压闪络测试法工作原理：如图3, 高压装置为本公司生产的高压测试电源，C是高压电容器，当电压调整到一定值时，高压发生器采用单次或周期放电，电容C对电缆放电，高压脉冲信号加到电缆上，如果高压脉冲信号幅值

大于故障点临界击穿电压，击穿放电，产生向测试端运动的放电脉冲，放电脉

冲在测试端和故障点之间来回反射，直至放电过程结束。

在电缆故障点击穿的同时，仪器被触发，并开始记录。仪器记录的第一个电流脉冲是由电容对电缆放电产生的，第二个电流脉冲是由故障点在击穿放电后传来的，以后记录到的是故障点放电脉冲在测试端和故障点之间的来回反射。仪器通过计算第二个和第三个脉冲之间的时间差，利用公式S=VΔT/2得到故障距离。

图3是相地间高阻故障的接线方法，对于相对相间高阻故障，只需要把其中一个故障相和地接在一起即可。

图3 冲击高压闪络法--相地间高阻故障

三、电力电缆故障测试仪的主要配置和附件

以我公司使用电缆故障测试仪来说明其组成，包括电缆故障测试仪主机、高压测试电源、同步接收定点仪、电缆路径仪、电缆识别仪五个主要配置组成。可能其他的电缆故障测试仪的配置会有所不同，电缆故障测试仪主机、高压测试电源、同步接收定点仪应该必备的。

1.高压测试电源的工作原理：

它能够产生高达30kV的直流高压，使电缆故障点击穿放电，配合电缆故障测量仪和同步接收定点仪器进行测距和定点。可采用单次放电和周期放电输出。以测试单相对地绝缘下降故障，装置的接线如图4所示，高压测试电源电缆端子接被测试电缆导体，电容端子及接地端子接电容的高压和低压侧接线端子，

电容的低压端子再接电缆的外皮或接地线。装置保护接地避开电缆接地线接入接地网。如相间故障时，接线如图5所示。与测试单相对地不同的是将原来接地端子由接电缆的外皮改接另一相电缆。

图4 单相接地故障接线

图5 相间故障接线

将调整电压升至某一数值后，用单次放电，试探电压是否已达到故障电缆的故障点击穿电压。如果此时电压表回摆（电容释放能量），说明故障点已击穿，否则需继续升压后再进行试验，直至故障点击穿。当电压达到故障电缆的击穿电压时，停止升压，可使用单次放电操作或转为周期放电方式，进行电缆的故障测距或定点工作。

2．同步接收定点仪具有路径探测和高阻故障定点的功能

（1）路径探测原理

当高电压使电缆故障点击穿放电时，强大的瞬间电流会在电缆周围产生一个强磁场信号（如图6），电缆两侧的磁场极性是相反的。在实际的路径测试中，该仪器正是利用了这个原理，比如；当把探头放在一点测试到的磁场极性为正，当探头移动到另一个位置后，测试到的磁场极性变为负，正说明电缆处于这两个测试点之间，反复测试即可确定电缆的路径。

图6 放电时电缆周围的磁场

（2）高阻故障定点原理-声磁同步法

电缆高阻故障点在高电压下放电时，在电缆周围产生磁场信号，同时在故障点也产生振动声音信号。仪器采集电缆故障点在击穿放电时产生的磁场和声音信号，将两种波形显示在液晶显示屏上，并用耳机监听声音。当检测到故障点放电声音波形时，通过移动光标可以标定出声音与磁场信号到达探头的时间差（声磁延时值）。由于磁场传播速度远远大于声音传播速度，因此磁场的传播时间可以视为零，声磁延时值就可以看作是声音信号从故障点传播到探头所用的时间。因此声磁延时值最小并且声音强度最大的点，就是故障点。通过耳机监听和判断声音波形的幅值可以辨别声音的强度。