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【摘 要】 随着社会经济与电力系统的飞速发展，电缆线路凭借其独特的优点逐渐代替了架空线路成为输电线路的重要组成部分。然而电缆线路多埋于地下，一旦发生停电事故查找故障十分困难，需要耗费大量的人、财、物，而且会带来电量损失以及社会、经济的负面影响。因此，有必要针对电力电缆的特点，分析其故障原因和探测方法，以便迅速查找故障点，提高抢修效率减少故障修复时间及停电损失。这是我们电缆运行管理维护部门的迫切需求，也是提高电网可靠性的重要保证。
【关键词】 高压电力电缆;故障类型;探测技术
一、电力传输原理
发电厂生产的电能，经过升压变压器升高电压，通过输电线路输送到负荷中，再经过降压变压器降低电压，通过配电线路供给用户使用。电能生产及输送过程如图1所示。
线路是电网传输和分配电能的主要元件之一，按结构形式可分为架空线路和电缆线路。架空线路靠裸导线或绝缘架空导线敷设，而电缆线路是靠电力电缆敷设。
二、电缆线路供电优势
1、占地少
这是电缆线路最为突出的优点。电力电缆敷设在地下，不占地面空间，根据设计需求还可以在一条电缆隧道内容纳低压、高压多回线路。一座110kV变电站能有十几条35kV以及二三十条10kV出线，如果采用架空线路出线，同杆架设的线路的回数有限，而且需要树立杆塔占用土地（农田）资源，但是采用电缆线路出线，只要修建一条2米X2米的双排支架的电缆隧道就可以容纳全部的出线线路甚至还可以架设调度通讯光缆。
2、供电可靠
架空线路受自然灾害以及交通事故、虫鸟等外力破坏，易造成停电事故。而电缆线路只有户外终端头和一段杆上电缆在地面以上，其它部分都埋于沟道、隧道或地下管道里，受自然力和外力破坏的影响能减少到最小程度，因此使用电缆线路输电比架空线路供电更安全、可靠。
3、对人身危害小
电缆埋设于地下，当发生故障时，只会造成跳闸，接地屏蔽内带电部分不会对人体造成危害。
4、可以提高系统功率因数
电缆线路的无功输出大，可以改善系统的功率因率、降低线路损耗、提高线路输送容量，而架空线路其电容量小到可以忽略不计。
5、电缆线路的运行、维护简单，成本低
电缆线路敷设在地下，维护工作量小，日常运行维护工作只需要定期进行路面走径、隧道内部和电缆终端头的巡视即可。
6、适用于特殊供电环境的需要
过江、过河、过海等跨度大的地段多采用电缆线路;为了避免架空线路对船舶通航或无线电造成干扰，多采用电缆线路;国防军事工程，为了避免暴露目标，也多采用电缆线路。
三、电缆故障的分类
电缆故障的情况比较复杂因此故障分类方法也相应较多，如：
按故障现象划分：电缆绝缘击穿而引起的故障;电缆外力拉断或导体烧断引起的故障。
按故障性质划分：接地故障、短路故障、断线故障、闪络性故障和混合故障。
按故障部位划分：电缆本体或附件故障。
实际的电缆故障形式是以上多种故障的组合形式出现，比较多见的是相对地、和断线并接地故障。外国有电缆故障分类如：无损坏、短路及开路故障。现在国内主要分类方式：开路（断线）故障，低阻故障（相间或接地），高阻故障（相间或接地）
1、低阻故障
故障点的绝缘电阻降低为特性阻抗值或零值的故障都可以称之为低阻接地故障或短路故障。还有定义为：电缆相对地或相间的绝缘电阻低于10倍的电缆特性阻抗（Zc），一般不超过40Ω时，而导体连续性良好的故障，称为低阻故障。
2、开路故障
电缆绝缘电阻无穷大或测试符合各相的绝缘电阻值，至用户端的，一相或多相导体不连续的故障，称为开路但电压负载能力差更甚者不能传输断线）故障。
图2 开路故障示意图
3、高阻故障
电缆故障点的直流电阻比该电缆的特性阻抗值（Zc）大的故障都可以称为高阻故障，它是相对于低阻故障而言的，即相间、相对地绝缘电阻较大（高于10Zc），因此不能用低压脉冲法测量。像刚才提到的低阻故障与高阻故障的临界值一般取10Zc，但在实际探测故障的过程中区分不这么严格。较多见的高阻故障有单相接地、两相短路或接地等
4、泄露故障
电缆做高压绝缘（交接性或预防性）试验，试验电压升高泄漏电流随之增大。泄露电流值在试验电压还未或者到达额定值时超出了允许范围，这种高阻故障称为泄露故障。泄漏性故障是高阻故障的一种极端形式。
5、闪络故障
在进行交接或预防性试验时，随着电压的升高，泄露电流呈现出由低值平稳到突然增高的闪络性摆动状态，此时也可能造成电缆闪络击穿;电压稍有下降（小于闪络击穿电压），此现象即消失，但电缆仍有很好的绝缘电阻和电气性能，这就是电缆有闪络故障的表现。闪络性故障就是像这样故障点没有形成電阻通道，只有放电间隙或闪络表面故障。闪络性故障，多发于预防性试验中，它也是高阻故障的极端形式。
四、电缆故障探测的方法
在判断电缆故障的性质时，需知道是单一的短路、接地、断线故障，还是混合故障;是单相、还是多相故障;是高阻（泄漏性或闪络性）还是低阻故障。电缆故障的性质判定后，就可选择适当的探测方法和设备，进行电缆故障的探测。
探测故障点到测试端的距离，称为故障测距（粗测）。电缆故障探测的工作效率和准确度主要取决于此。所以，电缆故障粗测工作需要由具有较高电缆专业理论知识、操作技能以及有故障探测经验的专业人员来进行。电缆探测过程可以分为两个阶段，即电缆故障测距和电缆故障定点。下面，就分别介绍下电缆故障测距和定点的方法。
图4 电缆故障探测方法的选择 1、测量电阻电桥法
电桥法，又叫“经典法”，20世纪六十年代前，电缆故障测距技术较先进的国家都广发使用。此法对于短距离电缆故障的测距，准确度很高。对电缆短路故障、低阻故障此法比较方便。测量电阻电桥法连接如图5所示。
图5 电阻电桥法原理图
被测电缆末端无故障相与故障相短接，电桥两个输出臂接无故障相与故障相。等效于图6所示电路：
图6 电阻电桥法等效电路
2、低压脉冲反射法
低压脉冲反射法（以下简称低压脉冲法）也叫雷达法，适用于测量电缆低阻、短路（接地）和断线故障，并可以从显示屏上直接观测出故障性质、计算故障点距测试端的距离，也可以使用此法测量电缆长度。低压脉冲法比电桥法探测电缆故障有很多优势，比如：它解决了电缆线路T接头、中间有并联电缆、故障相断路以及三相全为低阻故障的问题等。
低压脉冲法的基本原理：测试时在电缆线路故障相的一端发射一个低压脉冲，当脉冲在传输过程中遇到阻抗失配的地方，如断线点、低阻短路（接地）点、中间接头、T接头和终端头等，会引起波的反射即反射脉冲波，这个反射脉冲波回到测试端，被探测设备记录下来。故障点反射脉冲波和发射脉冲间的时间间隔与故障点距测试端在电缆上的距离成正比。
图7 低压脉冲反射法原理图
3、脉冲电压取样法
主要针对闪络性故障和高阻故障的探测方法。其故障探测原理是，对电缆施加直流高压或脉冲高压信号，使故障点在高压作用下击穿，然后观察放电电压脉冲波在测试端到故障点往返一次的时间，并根据波速来计算故障点距离。使用分压器提取电压脉冲波的方法称为脉冲电压取样法。脉冲电压取样法包括直流高压闪络法（直闪法）、冲击高压闪络法（冲闪法）。此法探测速度快、方法简单，直接利用了故障击穿产生的瞬间脉冲信号。
测试原理如图8所示：
图8 脉冲电压取样法原理图
五、电力电缆故障定点（精测）的传统方法及原理
1、声测法
声测法是故障定点最基本的方法，故障点在受到高压冲击击穿时会产生放电声，它就
是利用击穿时的放电声而精确的定位的技术。
定点时高压发生设备会周期性地向电缆施加高压信号，故障点会击穿放电。故障间隙击穿放电同时会有机械振动产生，声测设备接收传导至地面的放电声音信号从而确定故障点的位置。
2、声磁同步法
故障点击穿时，会产生声音信号和磁场信号。磁场传播的速度是可以忽略的，因此要比声音信号快很多。故障测试时以接收到的磁场信号为基准，当探测设备接收到声音信号时即为声音信号从发出到故障点往返一次的时一间，测算其和声音传播的时间差乘以声速，就可以得出故障点和测试端的距离。这种就是判断故障点的声磁同步法。
3、音频感应法
在电缆故障点接地电阻较低时，放电声微弱，特别是金属性接地故障时，用声测法定位比较困难。这时就需要音频感应法进行定点。此法一般应用于故障电阻小于10Ω的低阻故障，对两相短路并接地故障、三相短路或三相短路并接地故障适用，一般测得的故障点位置绝对误差不超过2m。其它故障类型若采用特殊探头也可以准确测量。
六、结语
电缆故障的发生具有突发性、不確定性和故障点不易查找等特点。查找故障点，拥有丰富的查障经验和先进的检测设备至关重要。工作人员在掌握各种故障探测原理、方法的基础上，正确使用探测方法、流程，熟悉各种故障探测设备的使用，并且掌握大量的故障波形分析经验，是提高故障探测的速度和质量的主要途径。
参考文献：
[1]徐丙垠李胜祥陈宗军.电力电缆故障探测技术，机械工业出版社.
[2]鹿洪刚覃剑陈祥训等.电力电缆故障测测距综述[[J]电网技术，2004，28：58～63
【关键词】 高压电力电缆;故障类型;探测技术
一、电力传输原理
发电厂生产的电能，经过升压变压器升高电压，通过输电线路输送到负荷中，再经过降压变压器降低电压，通过配电线路供给用户使用。电能生产及输送过程如图1所示。
线路是电网传输和分配电能的主要元件之一，按结构形式可分为架空线路和电缆线路。架空线路靠裸导线或绝缘架空导线敷设，而电缆线路是靠电力电缆敷设。
二、电缆线路供电优势
1、占地少
这是电缆线路最为突出的优点。电力电缆敷设在地下，不占地面空间，根据设计需求还可以在一条电缆隧道内容纳低压、高压多回线路。一座110kV变电站能有十几条35kV以及二三十条10kV出线，如果采用架空线路出线，同杆架设的线路的回数有限，而且需要树立杆塔占用土地（农田）资源，但是采用电缆线路出线，只要修建一条2米X2米的双排支架的电缆隧道就可以容纳全部的出线线路甚至还可以架设调度通讯光缆。
2、供电可靠
架空线路受自然灾害以及交通事故、虫鸟等外力破坏，易造成停电事故。而电缆线路只有户外终端头和一段杆上电缆在地面以上，其它部分都埋于沟道、隧道或地下管道里，受自然力和外力破坏的影响能减少到最小程度，因此使用电缆线路输电比架空线路供电更安全、可靠。
3、对人身危害小
电缆埋设于地下，当发生故障时，只会造成跳闸，接地屏蔽内带电部分不会对人体造成危害。
4、可以提高系统功率因数
电缆线路的无功输出大，可以改善系统的功率因率、降低线路损耗、提高线路输送容量，而架空线路其电容量小到可以忽略不计。
5、电缆线路的运行、维护简单，成本低
电缆线路敷设在地下，维护工作量小，日常运行维护工作只需要定期进行路面走径、隧道内部和电缆终端头的巡视即可。
6、适用于特殊供电环境的需要
过江、过河、过海等跨度大的地段多采用电缆线路;为了避免架空线路对船舶通航或无线电造成干扰，多采用电缆线路;国防军事工程，为了避免暴露目标，也多采用电缆线路。
三、电缆故障的分类
电缆故障的情况比较复杂因此故障分类方法也相应较多，如：
按故障现象划分：电缆绝缘击穿而引起的故障;电缆外力拉断或导体烧断引起的故障。
按故障性质划分：接地故障、短路故障、断线故障、闪络性故障和混合故障。
按故障部位划分：电缆本体或附件故障。
实际的电缆故障形式是以上多种故障的组合形式出现，比较多见的是相对地、和断线并接地故障。外国有电缆故障分类如：无损坏、短路及开路故障。现在国内主要分类方式：开路（断线）故障，低阻故障（相间或接地），高阻故障（相间或接地）
1、低阻故障
故障点的绝缘电阻降低为特性阻抗值或零值的故障都可以称之为低阻接地故障或短路故障。还有定义为：电缆相对地或相间的绝缘电阻低于10倍的电缆特性阻抗（Zc），一般不超过40Ω时，而导体连续性良好的故障，称为低阻故障。
2、开路故障
电缆绝缘电阻无穷大或测试符合各相的绝缘电阻值，至用户端的，一相或多相导体不连续的故障，称为开路但电压负载能力差更甚者不能传输断线）故障。
图2 开路故障示意图
3、高阻故障
电缆故障点的直流电阻比该电缆的特性阻抗值（Zc）大的故障都可以称为高阻故障，它是相对于低阻故障而言的，即相间、相对地绝缘电阻较大（高于10Zc），因此不能用低压脉冲法测量。像刚才提到的低阻故障与高阻故障的临界值一般取10Zc，但在实际探测故障的过程中区分不这么严格。较多见的高阻故障有单相接地、两相短路或接地等
4、泄露故障
电缆做高压绝缘（交接性或预防性）试验，试验电压升高泄漏电流随之增大。泄露电流值在试验电压还未或者到达额定值时超出了允许范围，这种高阻故障称为泄露故障。泄漏性故障是高阻故障的一种极端形式。
5、闪络故障
在进行交接或预防性试验时，随着电压的升高，泄露电流呈现出由低值平稳到突然增高的闪络性摆动状态，此时也可能造成电缆闪络击穿;电压稍有下降（小于闪络击穿电压），此现象即消失，但电缆仍有很好的绝缘电阻和电气性能，这就是电缆有闪络故障的表现。闪络性故障就是像这样故障点没有形成電阻通道，只有放电间隙或闪络表面故障。闪络性故障，多发于预防性试验中，它也是高阻故障的极端形式。
四、电缆故障探测的方法
在判断电缆故障的性质时，需知道是单一的短路、接地、断线故障，还是混合故障;是单相、还是多相故障;是高阻（泄漏性或闪络性）还是低阻故障。电缆故障的性质判定后，就可选择适当的探测方法和设备，进行电缆故障的探测。
探测故障点到测试端的距离，称为故障测距（粗测）。电缆故障探测的工作效率和准确度主要取决于此。所以，电缆故障粗测工作需要由具有较高电缆专业理论知识、操作技能以及有故障探测经验的专业人员来进行。电缆探测过程可以分为两个阶段，即电缆故障测距和电缆故障定点。下面，就分别介绍下电缆故障测距和定点的方法。
图4 电缆故障探测方法的选择 1、测量电阻电桥法
电桥法，又叫“经典法”，20世纪六十年代前，电缆故障测距技术较先进的国家都广发使用。此法对于短距离电缆故障的测距，准确度很高。对电缆短路故障、低阻故障此法比较方便。测量电阻电桥法连接如图5所示。
图5 电阻电桥法原理图
被测电缆末端无故障相与故障相短接，电桥两个输出臂接无故障相与故障相。等效于图6所示电路：
图6 电阻电桥法等效电路
2、低压脉冲反射法
低压脉冲反射法（以下简称低压脉冲法）也叫雷达法，适用于测量电缆低阻、短路（接地）和断线故障，并可以从显示屏上直接观测出故障性质、计算故障点距测试端的距离，也可以使用此法测量电缆长度。低压脉冲法比电桥法探测电缆故障有很多优势，比如：它解决了电缆线路T接头、中间有并联电缆、故障相断路以及三相全为低阻故障的问题等。
低压脉冲法的基本原理：测试时在电缆线路故障相的一端发射一个低压脉冲，当脉冲在传输过程中遇到阻抗失配的地方，如断线点、低阻短路（接地）点、中间接头、T接头和终端头等，会引起波的反射即反射脉冲波，这个反射脉冲波回到测试端，被探测设备记录下来。故障点反射脉冲波和发射脉冲间的时间间隔与故障点距测试端在电缆上的距离成正比。
图7 低压脉冲反射法原理图
3、脉冲电压取样法
主要针对闪络性故障和高阻故障的探测方法。其故障探测原理是，对电缆施加直流高压或脉冲高压信号，使故障点在高压作用下击穿，然后观察放电电压脉冲波在测试端到故障点往返一次的时间，并根据波速来计算故障点距离。使用分压器提取电压脉冲波的方法称为脉冲电压取样法。脉冲电压取样法包括直流高压闪络法（直闪法）、冲击高压闪络法（冲闪法）。此法探测速度快、方法简单，直接利用了故障击穿产生的瞬间脉冲信号。
测试原理如图8所示：
图8 脉冲电压取样法原理图
五、电力电缆故障定点（精测）的传统方法及原理
1、声测法
声测法是故障定点最基本的方法，故障点在受到高压冲击击穿时会产生放电声，它就
是利用击穿时的放电声而精确的定位的技术。
定点时高压发生设备会周期性地向电缆施加高压信号，故障点会击穿放电。故障间隙击穿放电同时会有机械振动产生，声测设备接收传导至地面的放电声音信号从而确定故障点的位置。
2、声磁同步法
故障点击穿时，会产生声音信号和磁场信号。磁场传播的速度是可以忽略的，因此要比声音信号快很多。故障测试时以接收到的磁场信号为基准，当探测设备接收到声音信号时即为声音信号从发出到故障点往返一次的时一间，测算其和声音传播的时间差乘以声速，就可以得出故障点和测试端的距离。这种就是判断故障点的声磁同步法。
3、音频感应法
在电缆故障点接地电阻较低时，放电声微弱，特别是金属性接地故障时，用声测法定位比较困难。这时就需要音频感应法进行定点。此法一般应用于故障电阻小于10Ω的低阻故障，对两相短路并接地故障、三相短路或三相短路并接地故障适用，一般测得的故障点位置绝对误差不超过2m。其它故障类型若采用特殊探头也可以准确测量。
六、结语
电缆故障的发生具有突发性、不確定性和故障点不易查找等特点。查找故障点，拥有丰富的查障经验和先进的检测设备至关重要。工作人员在掌握各种故障探测原理、方法的基础上，正确使用探测方法、流程，熟悉各种故障探测设备的使用，并且掌握大量的故障波形分析经验，是提高故障探测的速度和质量的主要途径。
参考文献：
[1]徐丙垠李胜祥陈宗军.电力电缆故障探测技术，机械工业出版社.
[2]鹿洪刚覃剑陈祥训等.电力电缆故障测测距综述[[J]电网技术，2004，28：58～63