電力電纜故障分析與測試

　　隨著社會的不斷發展和進步，電力幾乎滲透到了社會生活的各個方面，電力輸送也成為關鍵性的問題。目前，按照電網的結構來分，電網可分為架空電網和電纜電網。雖然架空電網比較經濟，而且容易發現故障便于維修，但它要占用較大的空間，又因其運行情況受自然條件的影響較為明顯，安全性也受到一定的限制。從設計和運行的角度綜合考慮，電力的輸送絕大部分都采用電纜電網的直埋式輸送方式。采用電力電纜直埋式輸送有許多優點，諸如占用空間小，受自然條件的影響小，相對來講比較安全等。但是，這樣一來電力電纜故障的測試與處理就成了我們急需解決的問題。

　　電力電纜故障的測試技術已經歷了一個很長的時期。對于測試電力電纜的接地故障及斷路故障，可以有許多方法，如電阻電橋法、電容電橋法、燒穿法、高壓電橋法以及駐波法等。但是這些方法使用起來往往需要較長的時間和更多的設備，一旦測量精確度不高，誤差就會較大。如果采用低壓脈沖法或高壓直流閃絡法，基本上就可以解決電力電纜的容易發生的常見故障，這兩種方法的共同特點都是大大縮短了電力電纜故障測試時間，并且測量精確度高。如果選用液晶數字顯示裝置，會使得測試操作更為簡便準確，能取得較好的經濟效益。

　　１ 電力電纜故障性質的分析

　　電力電纜發生故障是由于故障點的絕緣損壞而引起的。一般故障的類型大體上可分為低阻（短路）故障和斷路故障，高阻泄漏故障和閃絡性故障兩大類。

　　１．１ 低阻故障和開路故障

　　（１）凡是電力電纜故障點的絕緣電阻下降到該電力電纜的特性阻抗值，甚至直流電阻為零時的故障均稱為低阻故障或短路故障（注：這個定義是從采用脈沖反射法的角度，考慮到波阻抗不同對反射脈沖的極性變化的影響規定的，對于電橋法則不用此定義。這里給出了一個電力電纜特性阻抗的參考值：鋁芯２４０ｍｍ２截面積的電力電纜特性阻抗為１０Ω）；

　　（２）凡是電力電纜的絕緣電阻為無窮大或絕緣電阻值雖與正常電力電纜的絕緣電阻值相同，但電壓卻不能饋至電力用戶端的故障均稱為開路（斷路）故障。

　　１．２ 高阻故障

　　電力電纜故障點的直流電阻大于該電力電纜的特性阻抗的故障均稱為高阻故障。

　　１．２．１ 高阻泄漏故障

　　在做電力電纜高壓絕緣試驗時，泄漏電流隨著試驗電壓的升高而增大，在試驗電壓升高到額定電壓時（有時還升不到額定電壓值），泄漏電流就超過了允許值，就會發生故障。這種故障稱為高阻泄漏故障。

　　１．２．２ 閃絡性故障

　　試驗電壓升高到某個數值時，監視泄漏電流的電流表的指示值突然升高，且表針呈閃絡性擺動。當試驗電壓稍有下降時，此現象就消失，但電力電纜仍然有極高的絕緣電阻值。這表明電力電纜存在有故障，而這種電力電纜的故障點沒有形成電阻通路，只有放電間隙或閃絡表面的故障，便稱這種故障為閃絡性故障。

　　２ 電力電纜故障發生的原因

　　電力電纜故障發生的原因是多方面的，常見的電力電纜故障發生的原因主要有以下幾種：

　　（１）機械損傷；

　　（２）電力電纜外皮的電腐蝕；

　　（３）化學腐蝕；

　　（４）地面下沉；

　　（５）電力電纜絕緣物的流失；

　　（６）長期的過負荷運行；

　　（７）震動破壞；

　　（８）拙劣的技工工藝；

　　（９）在潮濕的氣候條件下做電纜接頭。

　　３ 電力電纜故障測試的方法

　　３．１ 電力電纜故障測試方法的選擇

　　電力電纜故障測試方法的選擇，可以根據故障電力電纜的絕緣電阻值及通過儀表測得的導體電阻值來決定。對于低阻故障、接地故障以及斷路故障，可以采用電阻電橋法、電容電橋法、脈沖測量法、駐波法等找出故障點；對于高阻故障較為實用而簡便的是采用高壓直流閃絡法。

　　３．２ 低壓脈沖法

　　３．２．１ 低壓脈沖法的工作原理

　　測試時，在電力電纜故障項上注入低壓發送脈沖，該脈沖沿著電力電纜傳播，直到阻抗失配的地方（如中間接頭、Ｔ型接頭、短路點、斷路點和終端頭等），在這些點上都會引起波的反射。反射脈沖回到電力電纜的測試端時，被電力電纜故障測試儀所接收，從光屏上讀取時間數值（Ｔ），或移動光標至所發生波的反射處，并根據事先測取的低壓脈沖波在該類電力電纜中的傳播速度（Ｖ），就可求得電力電纜故障點的距離（Ｌ），從而確定電力電纜故障點的具體位置。其計算公式為：Ｌ＝１／２×Ｖ×Ｔ。對于油浸紙絕緣電力電纜，低壓脈沖波的傳播速度為Ｖ＝１６０ｍ／ｓ，對于其他種類的電力電纜，低壓脈沖波的傳播速度可以現場測取，在此就不再贅述。

　　３．２．２ 低壓脈沖法測試原理接線圖

　　采用低壓脈沖法進行電力電纜故障測試的接線原理見圖１所示。

　　３．２．３ 電力電纜的故障類測試

　　電力電纜的故障類型，可由電力電纜閃絡儀的掃描基線上的反射脈沖極性來決定。假設我們發送的低壓測量脈沖波是負極性的，如果反射波也是負極性的，則表明電力電纜的故障為斷路故障或終端頭開路；如果反射波是正極性的，則表明電力電纜的故障為短路故障。其實際測得的故障波形見圖２所示。

　　３．３ 高壓直流閃絡法

　　電力電纜的高阻故障，幾乎占全部電力電纜故障的９０％以上。在未經燒穿處理之前，絕大部分電力電纜故障都不適宜直接采用低壓脈沖法進行測試。雖然有一部分電力電纜的高阻故障，可以利用交直流燒穿設備處理，使故障點在電流通過時發熱而使其碳化和電阻值降低，以適用于采用低壓脈沖法。然而，在實際的測試過程當中，這種方法往往需要更多的設備，需要更長的時間，而且并不是所有的高阻故障都可以用燒穿法將高阻故障燒成低阻故障，有的電力電纜故障點長期燒而不穿，有的故障點的電阻值甚至越燒越高。這樣一來，給電力電纜的故障處理帶來了更大的困難。對于此類電力電纜的故障的排除，較為實用而簡便的方法就是高壓直流閃絡法。

　　３．３．１ 高壓直流閃絡法的工作原理

　　測試線路接好以后，調節調壓器，逐步升高試驗電壓，此時電力電纜故障閃絡儀處于待測狀態。當試驗電壓升高到一定值時，電力電纜的故障點產生閃絡，電力電纜故障閃絡儀立即就顯示出故障電力電纜的故障波形。通過上述方法，就可以求得故障點的距離，最后就可以確定電力電纜故障點的具體位置。

　　３．３．２ 高壓直流閃絡法測試原理接線圖

　　采用高壓直流閃絡法進行電力電纜故障測試的接線原理見圖３所示。

　　３．４ 電力電纜故障波形的分析

　　通過用電力電纜故障閃絡儀對各種故障電力電纜的實際測試，得到以下幾種常見的電力電纜故障的實際波形。它可以為我們在以后的工作中進一步提高電力電纜故障測試的效率，提供更為有參考價值的資料。