论文部分内容阅读
中图分类号：TM7文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2009）0110043-01
随着社会的不断发展，电力电缆供电以其安全、可靠、稳定、不影响城市美化硬化等优点被城镇配电网广泛采用，现已成为满足城镇负荷增长和城镇建设要求的必然发展趋势。在10KV及以下中低压配电网的供电方式已逐渐由电缆供电取代架空线供电，尽管电缆供电有着显而易见的优点，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，而且大部分县级城镇电缆的敷设方式多为直埋敷设形式，更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直埋电缆故障点，提高城镇电缆供电的可靠率、提升优质服务水平，是县级供电企业迫需解决的问题。为了解决这个问题，我供电局于2007年购置了一套HD-5816型电缆故障测试仪。对该供电局所辖的10KV电力电缆进行故障探测。经过积极的探索和分析，该探测仪在电缆故障测寻工作中发挥了极好的效果，电缆工作人员积累了大量的经验。现对电缆故障发生的原因及测寻方法与原理进行探讨。
一、电缆故障的原因
我們知道，电缆发生故障的原因是多方面的，大致有如下几种常见的主要原因：
1．电缆受外力损伤。主要是市政建设管理部门监管不严，施工单位对电缆保护意识淡薄以及供电企业的巡查力度不够引起的，约占电缆事故的40%。
2．电缆外部机械损伤。由于电缆施工单位未严格按照施工标准要求进行施工以及质量监督人员未能监管到位，造成电缆外部损伤或电缆敷设时留有隐患，致使电缆运行一段时间被击穿。
3．电缆负荷过大。在供电负荷高峰期时电缆长期过负荷运行，致使电缆运行温度超过电缆正常运行时的允许温度，导致电缆终端接头、中间接头或电缆薄弱处首先被击穿。
4．电缆受外界环境影响。由于受地质条件的影响，导致电缆保护层受到化学和电腐蚀等，使用时间过久，致使保护层失效或电缆外铅皮被潮气侵入，最终导致电缆击穿。在污秽严重的地区，电缆终端头套管可能出现污闪，也可能造成短路事故。
5．曾发生过接地短路故障。由于当时故障未被发现，电缆依然运行，但经过一段时间后电缆被击穿。
6．施工工艺的影响。由于电缆施工人员没有经过专业的培训或未按标准施工，导致施工人员在制作电缆头或中间
接头时工艺质量差，造成电缆运行一段时间后出现电缆头或中间接头爆裂现象。
二、电缆故障测寻的初测方法
电缆故障点的测寻首先根据电缆发生时出现的现象及一些简单试验，初步判断电缆故障的性质，是绝缘损坏还是导体断线，是单相还是多相，属于高阻、低阻、金属性接地还是瞬间击穿（闪络）故障等；然后按照故障性质选择初测方法，经初测确定故障点的区段。现将电缆几种典型的故障测量方法的原理及其适用范围作一简单介绍，以便作为电缆检修管理部门在判断和处理电缆故障时的参考。
（一）电桥法
电桥法是使用历史最长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%）的独特优点。
现以相接地故障为例说明，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。
电桥法通常适用于测试直埋电缆低电阻（绝缘电阻大于100Ω但小于100KΩ）接地故障和三相短路接地故障的测寻。在上个世纪七十年代以前，世界各工业发达国家都广泛采用此种方法，被称为“经典”方法。几十年来几乎没有什么质的变化，对于短路故障及低阻故障的测试简单、方便、精确度高，缺点是需要知道电缆准确长度等原始资料，要求电缆必须有一个绝缘良好相，如果测寻三相短路接地故障就必须借用回线。实际上，电缆故障大部分属于高阻与闪络性故障，再用电桥法测量故障之前，需用高压设备将故障点烧穿，使其故障电阻值降到可以用电桥法进行测量的范围，而故障点烧穿是件十分困难的工作，往往花费数小时、甚至几天的时间，十分不方便。故电桥法的局限性很大。
（二）低压脉冲反射法（又叫雷达法）
我们知道，脉冲波在电缆线路上是按照一定的速度传播，即传播的距离和时间成线性关系。低压脉冲反射法是将高频率的低压脉冲发送到电缆中，该脉冲沿电缆传播，直到阻抗失配的不匹配点，如中间接头、短路点、断路点和终端头等，在这些点上都会引起电磁波的反射，故障点产生的一个反射脉冲回送到测试仪器中并被接收。
此方法适用于测试直埋电缆低电阻（绝缘电阻小于100Ω）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容易地识别电缆接头与分支点的位置。但实践证明现场绝大多数故障电缆，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。
（三）直流闪络法和冲击高压闪络法
直流闪络法（简称直闪法）使用于闪络性故障，即故障点没有形成电阻通道（或电阻值极高）但电压升高到一定值时就会产生闪络现象。直流闪络法的基本原理是，采用施加直流高压将电缆故障点瞬时击穿，故障点产生闪络，通过测量端的波形，得到测量端到故障点的距离。
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。
在故障点电阻不是很高时，如果用直闪法，因直流泄露电流较大，电压几乎全降到了高压试验设备的内阻上去了，电缆上电压很小，故障点形不成闪络。必须使用冲击高压闪络法，简称冲闪法。
冲闪法的一个关键是判断故障电缆是否击穿放电。一些经验不足的测试人员往往认为，只要球间隙放电了，故障点就击穿了。显然这种想法是不正确的。球间隙击穿是否与间隙距离及所加电压幅值有关。距离越大，间隙击
穿所需电压越高，通过球间隙加到电缆上的电压越高。而电缆故障点能否击穿取决于故障点电压是否超过临界击穿电压，如果球间隙较小，电缆上得到的冲击高压小于故障点击穿电压，显然就不会出现击穿现象。
冲闪法亦适用于测试大部分闪络性故障、断路和低阻、短路性故障。当然由于直闪法波形现对简单，容易获得较准确的结果，应尽量使用直闪法测寻。
应用以上方法可以初测电缆故障点的距离，是排除电缆故障重要的步骤。不论使用的电缆故障仪的分辨率有多高，所读出的故障点的距离仅仅代表了从电缆测试端到故障点的电缆长度。由于电缆的埋设路径不可能是一条直线，而且每个接头和中间接头都不可避免存在预留长度，以便故障检修之用。所以电缆故障仪读出的故障距离不可能和地面测量距离完全一致。这个读数只能作为精确定点的重要参考。
三、电缆故障精确定点
电缆故障精确定点是电缆故障测寻工作的最后一步，也是十分重要的一步。定点的准确与否，直接影响故障处理工作的效率，对直埋电缆也决定着开挖土方量的大小。常用的方法为冲击放电声测法和声磁同步法。
（一）冲击放电声测法
冲击放电声测法（简称声测法）是利用冲击放电声测法是利用直流高压试验设备向电容器充电、储能，当电压达到某一数值时，球间隙击穿，高压试验设备和电容器上的能量经球间隙向电缆故障点放电，产生机械振动声波。在初测的距离附近，沿电缆线路，用拾音器来接收故障点的放电波，以此来确定故障点的精确位置。
（二）声磁信号同步接收定点法
声磁信号同步接收定点法（简称声磁同步法）的基本原理是向电缆加冲击直流高压使故障点放电，在放电瞬间电缆金属护套与大地构成的回路中形成感应环流，从而在电缆周围产生脉冲磁场。应用感应接收仪器接收脉冲磁场信号和从故障点发出的放电声信号。故障点离麦克风的距离越近，闪络声就越大。在监听声音信号的同时，接收到脉冲磁场信号，即可判断该声音是由故障点放电产生的，故障点就在附近，否则可认为是干扰。仪器根据探头检测到的声、磁两种信号时间间隔为最小的点即为故障点。
电缆故障的精测定点，视其故障电阻的高低可分别采取不同的方法。一般来说，95%以上的电缆故障是故障电阻不等于零的非金属性接地故障，它们均可采用声测定点法精测定点。但是，在实际测试时，音响效果与故障电阻成正比，对于不足5%的金属性接地或电阻极低的故障，由于声测定点法的音响效果太差，难以精测定点，此时应采用声磁同步法精测定点。
四、结束语
电力电缆故障探测技术与方法，除上面所述的几种主要方法外，还有电容法、时差定位法、局部过热法、跨步电压法及音频感应法，甚至目前国际上先进的二次脉冲法等。不论使用哪种电缆故障测试仪测寻故障，都必须掌握电力电缆测寻的一些常用的基本方法。尽管一些智能电力电缆测试仪降低了对操作人员的技术要求和经验要求，提高了现场故障的判断准确率，但是笔者建议作为35KV及以下电力电缆运行管理人员掌握如何分析故障性质、选择合适的测试方法、如何分析测试波形等内容是非常必要的。
随着社会的不断发展，电力电缆供电以其安全、可靠、稳定、不影响城市美化硬化等优点被城镇配电网广泛采用，现已成为满足城镇负荷增长和城镇建设要求的必然发展趋势。在10KV及以下中低压配电网的供电方式已逐渐由电缆供电取代架空线供电，尽管电缆供电有着显而易见的优点，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，而且大部分县级城镇电缆的敷设方式多为直埋敷设形式，更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直埋电缆故障点，提高城镇电缆供电的可靠率、提升优质服务水平，是县级供电企业迫需解决的问题。为了解决这个问题，我供电局于2007年购置了一套HD-5816型电缆故障测试仪。对该供电局所辖的10KV电力电缆进行故障探测。经过积极的探索和分析，该探测仪在电缆故障测寻工作中发挥了极好的效果，电缆工作人员积累了大量的经验。现对电缆故障发生的原因及测寻方法与原理进行探讨。
一、电缆故障的原因
我們知道，电缆发生故障的原因是多方面的，大致有如下几种常见的主要原因：
1．电缆受外力损伤。主要是市政建设管理部门监管不严，施工单位对电缆保护意识淡薄以及供电企业的巡查力度不够引起的，约占电缆事故的40%。
2．电缆外部机械损伤。由于电缆施工单位未严格按照施工标准要求进行施工以及质量监督人员未能监管到位，造成电缆外部损伤或电缆敷设时留有隐患，致使电缆运行一段时间被击穿。
3．电缆负荷过大。在供电负荷高峰期时电缆长期过负荷运行，致使电缆运行温度超过电缆正常运行时的允许温度，导致电缆终端接头、中间接头或电缆薄弱处首先被击穿。
4．电缆受外界环境影响。由于受地质条件的影响，导致电缆保护层受到化学和电腐蚀等，使用时间过久，致使保护层失效或电缆外铅皮被潮气侵入，最终导致电缆击穿。在污秽严重的地区，电缆终端头套管可能出现污闪，也可能造成短路事故。
5．曾发生过接地短路故障。由于当时故障未被发现，电缆依然运行，但经过一段时间后电缆被击穿。
6．施工工艺的影响。由于电缆施工人员没有经过专业的培训或未按标准施工，导致施工人员在制作电缆头或中间
接头时工艺质量差，造成电缆运行一段时间后出现电缆头或中间接头爆裂现象。
二、电缆故障测寻的初测方法
电缆故障点的测寻首先根据电缆发生时出现的现象及一些简单试验，初步判断电缆故障的性质，是绝缘损坏还是导体断线，是单相还是多相，属于高阻、低阻、金属性接地还是瞬间击穿（闪络）故障等；然后按照故障性质选择初测方法，经初测确定故障点的区段。现将电缆几种典型的故障测量方法的原理及其适用范围作一简单介绍，以便作为电缆检修管理部门在判断和处理电缆故障时的参考。
（一）电桥法
电桥法是使用历史最长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%）的独特优点。
现以相接地故障为例说明，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。
电桥法通常适用于测试直埋电缆低电阻（绝缘电阻大于100Ω但小于100KΩ）接地故障和三相短路接地故障的测寻。在上个世纪七十年代以前，世界各工业发达国家都广泛采用此种方法，被称为“经典”方法。几十年来几乎没有什么质的变化，对于短路故障及低阻故障的测试简单、方便、精确度高，缺点是需要知道电缆准确长度等原始资料，要求电缆必须有一个绝缘良好相，如果测寻三相短路接地故障就必须借用回线。实际上，电缆故障大部分属于高阻与闪络性故障，再用电桥法测量故障之前，需用高压设备将故障点烧穿，使其故障电阻值降到可以用电桥法进行测量的范围，而故障点烧穿是件十分困难的工作，往往花费数小时、甚至几天的时间，十分不方便。故电桥法的局限性很大。
（二）低压脉冲反射法（又叫雷达法）
我们知道，脉冲波在电缆线路上是按照一定的速度传播，即传播的距离和时间成线性关系。低压脉冲反射法是将高频率的低压脉冲发送到电缆中，该脉冲沿电缆传播，直到阻抗失配的不匹配点，如中间接头、短路点、断路点和终端头等，在这些点上都会引起电磁波的反射，故障点产生的一个反射脉冲回送到测试仪器中并被接收。
此方法适用于测试直埋电缆低电阻（绝缘电阻小于100Ω）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容易地识别电缆接头与分支点的位置。但实践证明现场绝大多数故障电缆，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。
（三）直流闪络法和冲击高压闪络法
直流闪络法（简称直闪法）使用于闪络性故障，即故障点没有形成电阻通道（或电阻值极高）但电压升高到一定值时就会产生闪络现象。直流闪络法的基本原理是，采用施加直流高压将电缆故障点瞬时击穿，故障点产生闪络，通过测量端的波形，得到测量端到故障点的距离。
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。
在故障点电阻不是很高时，如果用直闪法，因直流泄露电流较大，电压几乎全降到了高压试验设备的内阻上去了，电缆上电压很小，故障点形不成闪络。必须使用冲击高压闪络法，简称冲闪法。
冲闪法的一个关键是判断故障电缆是否击穿放电。一些经验不足的测试人员往往认为，只要球间隙放电了，故障点就击穿了。显然这种想法是不正确的。球间隙击穿是否与间隙距离及所加电压幅值有关。距离越大，间隙击
穿所需电压越高，通过球间隙加到电缆上的电压越高。而电缆故障点能否击穿取决于故障点电压是否超过临界击穿电压，如果球间隙较小，电缆上得到的冲击高压小于故障点击穿电压，显然就不会出现击穿现象。
冲闪法亦适用于测试大部分闪络性故障、断路和低阻、短路性故障。当然由于直闪法波形现对简单，容易获得较准确的结果，应尽量使用直闪法测寻。
应用以上方法可以初测电缆故障点的距离，是排除电缆故障重要的步骤。不论使用的电缆故障仪的分辨率有多高，所读出的故障点的距离仅仅代表了从电缆测试端到故障点的电缆长度。由于电缆的埋设路径不可能是一条直线，而且每个接头和中间接头都不可避免存在预留长度，以便故障检修之用。所以电缆故障仪读出的故障距离不可能和地面测量距离完全一致。这个读数只能作为精确定点的重要参考。
三、电缆故障精确定点
电缆故障精确定点是电缆故障测寻工作的最后一步，也是十分重要的一步。定点的准确与否，直接影响故障处理工作的效率，对直埋电缆也决定着开挖土方量的大小。常用的方法为冲击放电声测法和声磁同步法。
（一）冲击放电声测法
冲击放电声测法（简称声测法）是利用冲击放电声测法是利用直流高压试验设备向电容器充电、储能，当电压达到某一数值时，球间隙击穿，高压试验设备和电容器上的能量经球间隙向电缆故障点放电，产生机械振动声波。在初测的距离附近，沿电缆线路，用拾音器来接收故障点的放电波，以此来确定故障点的精确位置。
（二）声磁信号同步接收定点法
声磁信号同步接收定点法（简称声磁同步法）的基本原理是向电缆加冲击直流高压使故障点放电，在放电瞬间电缆金属护套与大地构成的回路中形成感应环流，从而在电缆周围产生脉冲磁场。应用感应接收仪器接收脉冲磁场信号和从故障点发出的放电声信号。故障点离麦克风的距离越近，闪络声就越大。在监听声音信号的同时，接收到脉冲磁场信号，即可判断该声音是由故障点放电产生的，故障点就在附近，否则可认为是干扰。仪器根据探头检测到的声、磁两种信号时间间隔为最小的点即为故障点。
电缆故障的精测定点，视其故障电阻的高低可分别采取不同的方法。一般来说，95%以上的电缆故障是故障电阻不等于零的非金属性接地故障，它们均可采用声测定点法精测定点。但是，在实际测试时，音响效果与故障电阻成正比，对于不足5%的金属性接地或电阻极低的故障，由于声测定点法的音响效果太差，难以精测定点，此时应采用声磁同步法精测定点。
四、结束语
电力电缆故障探测技术与方法，除上面所述的几种主要方法外，还有电容法、时差定位法、局部过热法、跨步电压法及音频感应法，甚至目前国际上先进的二次脉冲法等。不论使用哪种电缆故障测试仪测寻故障，都必须掌握电力电缆测寻的一些常用的基本方法。尽管一些智能电力电缆测试仪降低了对操作人员的技术要求和经验要求，提高了现场故障的判断准确率，但是笔者建议作为35KV及以下电力电缆运行管理人员掌握如何分析故障性质、选择合适的测试方法、如何分析测试波形等内容是非常必要的。