论文部分内容阅读
摘要：电缆线路大多较为隐蔽，一旦发生电缆故障，不仅浪费大量的人力、物力，而且还将带来难以估量的停电损失。如何准确、迅速、经济地查找出故障点目前仍是一个难度非常大的课题，文章对10 kV电缆故障点测寻方法进行了分析。
关键词：电缆故障；测寻方法；诊断处理
中图分类号：TM247文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0022－02
随着社会经济快速发展，工业用电量日益增加，对电力的需求量越来越大，要求电网的安全运行也越来越高。由于电缆数量的急剧增加，故障频率也相应加大，且电缆地下隐蔽性，在故障排查等问题上难以像架空线路那样直观，给电缆运行维护带来了许多麻烦，对电网持续可靠供电带来了困难，所以，如何快速、准确查找电力电缆故障点，提高城市电缆供电的可靠率、提升优质服务水平，是供电企业急需解决的问题。
1电缆故障的原因
随着电缆数量的增多及运行时间的延长，由于电缆绝缘老化特性等因素，故障发生率大大增加。电缆故障点的查找与测量是通讯和电力供应畅通的有力保障，但是因为电缆线路的隐蔽性、个别运行单位的运行资料不完善以及测试设备的局限性，使电缆故障的查找非常困难。尤其是在狂风、暴雨等恶劣天气中，给故障的查找、维修带来了很大不便。
1.1外力破坏
外力破坏主要是由于机械施工，如挖掘机等直接破坏电缆，造成故障，发生短路跳闸或伤及绝缘，留下故障隐患。
1.2施工质量问题
电缆对接头是电缆最易发生故障的地方。由于武汉市气候潮湿，地下水丰富，电缆在敷设后容易浸泡在水中，一旦电缆对接头密封不好，防水措施不完善，容易导致电缆头进水。施工工艺不达标，也会导致电缆发生故障。
1.3电缆本体质量问题
由于铜价不断攀升，不少厂家为降低成本，尽量在生产过程中采取标准的负公差，降低了安全系数，可能导致电缆本体缺陷。
1.4电缆的运行、维护问题
电缆长期在电和热的作用下运行，其物理性能会发生变化，导致绝缘强度降低或介质损耗增大，最终引起绝缘层击穿。
2电力电缆故障的分类
2.1低阻故障
电缆一芯或数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于10 Zc（Zc为电缆特性阻抗，一般不超过40 Ω），而导体连续性能良好者称之为低阻故障。
2.2开路故障
电缆各相导体的绝缘电阻符合规定，但导体的连续性试验证明有一相或数相导体不连续，或虽未断开但工作电压不能传输到终端，或虽然终端有电压，但负载能力较差。常见类型有：单相断线、两相断线、三相断线。
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的绝缘电阻低于正常值很多，但高于10 Zc，而导体连续性能良好者称之为高阻故障。
2.4泄漏性故障
泄漏性故障是高阻故障的一种极端形式。在电缆进行预防性试验时，泄漏电流随试验电压的升高而增加，且超过允许值，此时试验电压达到额定试验电压值，这种情况称为泄漏性故障。
2.5闪络性故障
闪络性故障是高阻故障的另一种极端形式。在电缆进行预试时，泄漏电流突然增大并迅速产生闪络击穿，成为闪络性故障。闪络性故障电阻极高，通常在合格的范围内。具有闪络性故障隐患的电缆，短期内在较低电压下其闪络击穿的现象可能会完全停止并显现较好的电气性能。
3电力电缆故障点测寻方法
3.1预定位方法
3.1.1电桥法
电桥法是最常用的电缆故障测寻方法。在电缆故障测试技术迅速发展、涌现出如新型的测试方法和测试设备的情况下，电桥法在测寻如单相接地和相间短路等电缆故障方面，仍有使用方便、测试误差小（一般在0.3%～0.5%）的优点。现以相接地故障为例，首先，在电缆线路的另一端，将故障相导体和绝缘良好相导体跨接，以形成测试回路。其次，在测试端将绝缘良好相和故障相分别接入A和B，这时电缆故障接地点两侧的电缆导体成了电桥的两个桥臂。第三调整可调电阻，将电桥调节到平衡状态，即检流计中电流为零。由于导体长度和电阻成正比，当电桥平衡时，两个桥臂电阻之比，即为故障点两边电缆长度之比。
3.1.2现代脉冲反射法
脉冲反射法适用于各种电缆，主要方法如下：
（1）低压脉冲法。一般用于绝缘电阻在40 Ω以下的低阻故障，在被测电缆上发射一脉冲电压，当发射脉冲在电缆线路上遇到故障点、电缆终端或对接头时，由于该处阻抗的改变，而产生向测试端运动的反射脉冲，利用仪器记录下发射脉冲与反射脉冲的时间差，从而找到故障点。此方法适用于测试直埋电缆低电阻（绝缘电阻小于100 Ω）接地故障和三相短路接地故障及断线故障的测寻。脉冲反射法快捷、简便和准确，不需要电缆的准确长度等原始技术资料，根据脉冲反射波还可以很容易地识别电缆接头与分支点的位置。但实践证明，现场绝多数故障电缆，由于故障点放电不清晰，对于一些如电力、电缆受潮等故障，接收不到清晰的反射波，无法测出故障距离，其所反射的波形只能测试电缆全长。低压脉冲反射法仍不能适用于高阻和闪络性故障的测量。
（2）直流闪络法（直闪法）。该法主要是在故障电缆上施加直流电压或冲击电压，使故障点击穿放电，即发生闪络。在故障持续时间内，故障点呈短路状态。这时显示器显示的波形与计算方法和低压脉冲法相同，所不同的是显示器的第一个脉冲是设备发出的，而直流闪络法中显示器的第一个脉冲是故障点发射的。据统计，能用直流闪络法测量的电缆故障，约占电缆故障总数的10%，在预防性试验中出现的电缆故障多属于该类故障。直流闪络法适合在较高电压下能被瞬时击穿的闪络故障，其波形简单、容易理解，读数精度高。但一些故障点在几次闪络放电之后，往往造成故障点电阻下降，形成炭阻通道，以致不能再用直闪法测试。
（3）冲击闪络法（冲闪法）。冲击闪络法是适用范围最广的一种故障测试方法，即向故障点发射一个高压脉冲，只要该脉冲具有足够的能量，能够使故障点发生闪络，就可以使故障点形成短路状态。其主要原理与直闪法相同。
3.2精确定位方法
3.2.1感应法
其原理是当音频电流经过电缆线芯时，在电缆周围有电磁波存在，随身携带电磁感应接收器，沿线路行走时，可受到电磁波影响。音频电流流到故障点时，电流突变，电磁波的音频突变。该方法对寻找断线、相间低阻短路故障很方便，但不宜于寻找高阻和单相接地故障。
3.2.2声测法
其原理是用闪测仪对故障点产生规律放电的装置，使故障点放电，然后，在粗测所得的故障位置前后，用接受故障点放电声的装置来确定故障点位置。
声磁同步法是声测法的改进方法，声磁同步法是根据声音信号与磁场信号传播速度不同的原理，利用仪器探头检测出声音信号和磁场信号的时间差来确定准确的故障点。
3.2.3其他方法
除上述几种方法外，国外还有学者提出利用分布式光纤温度传感器监测电缆沿线的温度变化情况进行故障定位的方法。根据专家对电缆未来发展趋势的预测，未来所有的电缆都可能配备适当的光纤系统。该光纤系统可能包含在电缆内部或紧紧环绕电缆，因此，利用光纤温度传感器来实现电缆故障诊断具有广阔前景。
4电力电缆故障诊断处理的一般步骤
4.1查看故障电缆的基本情况
提供完善的电缆资料，包括长度、路径走向、接头位置、电缆出厂资料等；资料的齐全，使故障测试事半功倍。
4.2判断故障电缆的性质
对电缆故障性质的分析是选择测试方法的唯一依据。测试绝缘电阻等数据判断电缆是接地、断线、短路等故障，是单相、两相、三相故障，是低阻、高阻，还是泄漏性或闪络性故障等。盲目进行测寻，不但不能测出故障，而且还会延误探测故障时间，甚至导致测试仪的损坏。
4.3故障点粗测
据统计，现在的电缆故障70%以上为高阻故障。用脉冲故障测试仪可以测出电缆全长，并依据相关资料、电缆走向及以上所说方法对故障电缆进行粗测。
4.4故障点精测
采用精确定位法对电缆故障进行精确定位，定位后在该电缆故障点附近进行挖掘工作，找到电缆真实故障点，然后进行
修复。
4.5误差分析
由于电缆的运行环境复杂，且可能存在电缆对接头较多、运行时间较长等特点，一次定位可能存在误差，要注意是否有假信号的窜入，因此，可能需多次定位才能测出故障点。总结测试中的误差，有利于提高以后的测试水平和速度。
5现场应用实例
故障电缆型号：YJV22－10－3*300，运行电压：10 kV。电缆敷设方式采用部分直埋，部分电缆沟敷设；电缆全长2 700 m，投运时间超过10 a。
故障电缆绝缘电阻：A相对地为380 Ω，B相对地为0 Ω，C相对地为0 Ω。故障电缆测寻预定位采用冲闪法，其波形图见图1。图1中L1＝1 140 m。
图1直闪法波形图
用声测法精确定位：冲击电压20 kV，波速度2 μs。巡视电缆路径，在1 070 m左右用声测听筒听到明显的放电声。撬开电缆盖板后发现电缆对接头炸开，有明显的放电点。
将故障对接头锯开，对电缆两边进行绝缘电阻测量，测得电缆后半段绝缘电阻，A相对地为5 MΩ，B相对地为6 kΩ，C相对地为3 kΩ。对电缆后半段进行耐压试验，加压至16 kV时，电缆被击穿。
对电缆后半段继续采用冲闪法，对电缆施加20 kV直流电压，经过多次定位后，选择如图2所示的波形作为预定位，L2＝330 m。然后用声测法精确定位，在300 m左右的位置听到放电声，开挖后，在297 m处找到故障点。
图2电缆后半段波形图
6结束语
综上所述，电力电缆故障点的测寻是根据不同的电缆故障性质和电缆的运行环境，这就要求我们在电缆头制作技术水平、日常的供电运行管理以及对施工现场电缆路由的保护方面严格管理，避免不必要的电缆故障发生。
参考文献
1 李国信、张晓滨、高永涛.电缆故障测试方法与波形分析［J］.中原工学院学报，2005（10）
2 李长城.电力电缆故障分析与故障点定位研究［D］.东北大学，2009（06）
On the 10 kV Cable Fault and Testing Methods to Find
He Liang
Abstract: Most cable lines are more subtle, in the event of cable failure, not only waste a lot of manpower, material resources, but also bring immeasurable power loss. How to accurately and quickly, to find out the economic point of failure is still a very difficult subject, the article on the 10 kV cable fault testing methods were analyzed to find.
Key words: cable fault; test search methods; diagnosis and treatment
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
关键词：电缆故障；测寻方法；诊断处理
中图分类号：TM247文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0022－02
随着社会经济快速发展，工业用电量日益增加，对电力的需求量越来越大，要求电网的安全运行也越来越高。由于电缆数量的急剧增加，故障频率也相应加大，且电缆地下隐蔽性，在故障排查等问题上难以像架空线路那样直观，给电缆运行维护带来了许多麻烦，对电网持续可靠供电带来了困难，所以，如何快速、准确查找电力电缆故障点，提高城市电缆供电的可靠率、提升优质服务水平，是供电企业急需解决的问题。
1电缆故障的原因
随着电缆数量的增多及运行时间的延长，由于电缆绝缘老化特性等因素，故障发生率大大增加。电缆故障点的查找与测量是通讯和电力供应畅通的有力保障，但是因为电缆线路的隐蔽性、个别运行单位的运行资料不完善以及测试设备的局限性，使电缆故障的查找非常困难。尤其是在狂风、暴雨等恶劣天气中，给故障的查找、维修带来了很大不便。
1.1外力破坏
外力破坏主要是由于机械施工，如挖掘机等直接破坏电缆，造成故障，发生短路跳闸或伤及绝缘，留下故障隐患。
1.2施工质量问题
电缆对接头是电缆最易发生故障的地方。由于武汉市气候潮湿，地下水丰富，电缆在敷设后容易浸泡在水中，一旦电缆对接头密封不好，防水措施不完善，容易导致电缆头进水。施工工艺不达标，也会导致电缆发生故障。
1.3电缆本体质量问题
由于铜价不断攀升，不少厂家为降低成本，尽量在生产过程中采取标准的负公差，降低了安全系数，可能导致电缆本体缺陷。
1.4电缆的运行、维护问题
电缆长期在电和热的作用下运行，其物理性能会发生变化，导致绝缘强度降低或介质损耗增大，最终引起绝缘层击穿。
2电力电缆故障的分类
2.1低阻故障
电缆一芯或数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于10 Zc（Zc为电缆特性阻抗，一般不超过40 Ω），而导体连续性能良好者称之为低阻故障。
2.2开路故障
电缆各相导体的绝缘电阻符合规定，但导体的连续性试验证明有一相或数相导体不连续，或虽未断开但工作电压不能传输到终端，或虽然终端有电压，但负载能力较差。常见类型有：单相断线、两相断线、三相断线。
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的绝缘电阻低于正常值很多，但高于10 Zc，而导体连续性能良好者称之为高阻故障。
2.4泄漏性故障
泄漏性故障是高阻故障的一种极端形式。在电缆进行预防性试验时，泄漏电流随试验电压的升高而增加，且超过允许值，此时试验电压达到额定试验电压值，这种情况称为泄漏性故障。
2.5闪络性故障
闪络性故障是高阻故障的另一种极端形式。在电缆进行预试时，泄漏电流突然增大并迅速产生闪络击穿，成为闪络性故障。闪络性故障电阻极高，通常在合格的范围内。具有闪络性故障隐患的电缆，短期内在较低电压下其闪络击穿的现象可能会完全停止并显现较好的电气性能。
3电力电缆故障点测寻方法
3.1预定位方法
3.1.1电桥法
电桥法是最常用的电缆故障测寻方法。在电缆故障测试技术迅速发展、涌现出如新型的测试方法和测试设备的情况下，电桥法在测寻如单相接地和相间短路等电缆故障方面，仍有使用方便、测试误差小（一般在0.3%～0.5%）的优点。现以相接地故障为例，首先，在电缆线路的另一端，将故障相导体和绝缘良好相导体跨接，以形成测试回路。其次，在测试端将绝缘良好相和故障相分别接入A和B，这时电缆故障接地点两侧的电缆导体成了电桥的两个桥臂。第三调整可调电阻，将电桥调节到平衡状态，即检流计中电流为零。由于导体长度和电阻成正比，当电桥平衡时，两个桥臂电阻之比，即为故障点两边电缆长度之比。
3.1.2现代脉冲反射法
脉冲反射法适用于各种电缆，主要方法如下：
（1）低压脉冲法。一般用于绝缘电阻在40 Ω以下的低阻故障，在被测电缆上发射一脉冲电压，当发射脉冲在电缆线路上遇到故障点、电缆终端或对接头时，由于该处阻抗的改变，而产生向测试端运动的反射脉冲，利用仪器记录下发射脉冲与反射脉冲的时间差，从而找到故障点。此方法适用于测试直埋电缆低电阻（绝缘电阻小于100 Ω）接地故障和三相短路接地故障及断线故障的测寻。脉冲反射法快捷、简便和准确，不需要电缆的准确长度等原始技术资料，根据脉冲反射波还可以很容易地识别电缆接头与分支点的位置。但实践证明，现场绝多数故障电缆，由于故障点放电不清晰，对于一些如电力、电缆受潮等故障，接收不到清晰的反射波，无法测出故障距离，其所反射的波形只能测试电缆全长。低压脉冲反射法仍不能适用于高阻和闪络性故障的测量。
（2）直流闪络法（直闪法）。该法主要是在故障电缆上施加直流电压或冲击电压，使故障点击穿放电，即发生闪络。在故障持续时间内，故障点呈短路状态。这时显示器显示的波形与计算方法和低压脉冲法相同，所不同的是显示器的第一个脉冲是设备发出的，而直流闪络法中显示器的第一个脉冲是故障点发射的。据统计，能用直流闪络法测量的电缆故障，约占电缆故障总数的10%，在预防性试验中出现的电缆故障多属于该类故障。直流闪络法适合在较高电压下能被瞬时击穿的闪络故障，其波形简单、容易理解，读数精度高。但一些故障点在几次闪络放电之后，往往造成故障点电阻下降，形成炭阻通道，以致不能再用直闪法测试。
（3）冲击闪络法（冲闪法）。冲击闪络法是适用范围最广的一种故障测试方法，即向故障点发射一个高压脉冲，只要该脉冲具有足够的能量，能够使故障点发生闪络，就可以使故障点形成短路状态。其主要原理与直闪法相同。
3.2精确定位方法
3.2.1感应法
其原理是当音频电流经过电缆线芯时，在电缆周围有电磁波存在，随身携带电磁感应接收器，沿线路行走时，可受到电磁波影响。音频电流流到故障点时，电流突变，电磁波的音频突变。该方法对寻找断线、相间低阻短路故障很方便，但不宜于寻找高阻和单相接地故障。
3.2.2声测法
其原理是用闪测仪对故障点产生规律放电的装置，使故障点放电，然后，在粗测所得的故障位置前后，用接受故障点放电声的装置来确定故障点位置。
声磁同步法是声测法的改进方法，声磁同步法是根据声音信号与磁场信号传播速度不同的原理，利用仪器探头检测出声音信号和磁场信号的时间差来确定准确的故障点。
3.2.3其他方法
除上述几种方法外，国外还有学者提出利用分布式光纤温度传感器监测电缆沿线的温度变化情况进行故障定位的方法。根据专家对电缆未来发展趋势的预测，未来所有的电缆都可能配备适当的光纤系统。该光纤系统可能包含在电缆内部或紧紧环绕电缆，因此，利用光纤温度传感器来实现电缆故障诊断具有广阔前景。
4电力电缆故障诊断处理的一般步骤
4.1查看故障电缆的基本情况
提供完善的电缆资料，包括长度、路径走向、接头位置、电缆出厂资料等；资料的齐全，使故障测试事半功倍。
4.2判断故障电缆的性质
对电缆故障性质的分析是选择测试方法的唯一依据。测试绝缘电阻等数据判断电缆是接地、断线、短路等故障，是单相、两相、三相故障，是低阻、高阻，还是泄漏性或闪络性故障等。盲目进行测寻，不但不能测出故障，而且还会延误探测故障时间，甚至导致测试仪的损坏。
4.3故障点粗测
据统计，现在的电缆故障70%以上为高阻故障。用脉冲故障测试仪可以测出电缆全长，并依据相关资料、电缆走向及以上所说方法对故障电缆进行粗测。
4.4故障点精测
采用精确定位法对电缆故障进行精确定位，定位后在该电缆故障点附近进行挖掘工作，找到电缆真实故障点，然后进行
修复。
4.5误差分析
由于电缆的运行环境复杂，且可能存在电缆对接头较多、运行时间较长等特点，一次定位可能存在误差，要注意是否有假信号的窜入，因此，可能需多次定位才能测出故障点。总结测试中的误差，有利于提高以后的测试水平和速度。
5现场应用实例
故障电缆型号：YJV22－10－3*300，运行电压：10 kV。电缆敷设方式采用部分直埋，部分电缆沟敷设；电缆全长2 700 m，投运时间超过10 a。
故障电缆绝缘电阻：A相对地为380 Ω，B相对地为0 Ω，C相对地为0 Ω。故障电缆测寻预定位采用冲闪法，其波形图见图1。图1中L1＝1 140 m。
图1直闪法波形图
用声测法精确定位：冲击电压20 kV，波速度2 μs。巡视电缆路径，在1 070 m左右用声测听筒听到明显的放电声。撬开电缆盖板后发现电缆对接头炸开，有明显的放电点。
将故障对接头锯开，对电缆两边进行绝缘电阻测量，测得电缆后半段绝缘电阻，A相对地为5 MΩ，B相对地为6 kΩ，C相对地为3 kΩ。对电缆后半段进行耐压试验，加压至16 kV时，电缆被击穿。
对电缆后半段继续采用冲闪法，对电缆施加20 kV直流电压，经过多次定位后，选择如图2所示的波形作为预定位，L2＝330 m。然后用声测法精确定位，在300 m左右的位置听到放电声，开挖后，在297 m处找到故障点。
图2电缆后半段波形图
6结束语
综上所述，电力电缆故障点的测寻是根据不同的电缆故障性质和电缆的运行环境，这就要求我们在电缆头制作技术水平、日常的供电运行管理以及对施工现场电缆路由的保护方面严格管理，避免不必要的电缆故障发生。
参考文献
1 李国信、张晓滨、高永涛.电缆故障测试方法与波形分析［J］.中原工学院学报，2005（10）
2 李长城.电力电缆故障分析与故障点定位研究［D］.东北大学，2009（06）
On the 10 kV Cable Fault and Testing Methods to Find
He Liang
Abstract: Most cable lines are more subtle, in the event of cable failure, not only waste a lot of manpower, material resources, but also bring immeasurable power loss. How to accurately and quickly, to find out the economic point of failure is still a very difficult subject, the article on the 10 kV cable fault testing methods were analyzed to find.
Key words: cable fault; test search methods; diagnosis and treatment
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”