电力系统运行中电缆故障诊断方法探讨

摘 要：随着城市电网的发展和扩大，由于电缆不受自然条件影响，体积小，不占线路走廊空间，安全可靠等多种优势，电力电缆获得了越来越广泛的应用。但是，电缆一旦发生故障，查找困难，影响了电网的安全运行。本文在研究国内外电力系统运行中电缆故障测距方法，归纳了各种电力电缆故障诊断方法存在的优缺点，指出了每种测量方法的适用范围和应用局限性。

关键词：电力系统；电缆；故障诊断

1 电力系统电缆

随着电力电缆在电力系统中的应用日益广泛，电缆发生故障造成大面积停电或生产事故现象频发, 致使经济受到重大损失。由于电缆线路的隐蔽性、事故类型复杂,事故点不易见以及测试设备的局限性等原因，使电缆故障的查找非常困难。准确的电缆故障定位技术可以快速检测故障点,缩短故障查找时间, 有效地处理故障，保证供电系统的正常运行，减少事故经济损失。

2 故障原因分析

2.1 机械损伤

机械损伤引起的电缆故障占电缆事故很大的比例，约为57%，主要是由于电缆安装敷设时造成的机械损伤或安装后靠近电缆路径作业造成的机械损伤。主要有以下三种损伤：

（1）直接受外力破坏。主要有施工和交通运输所造成的损坏，如工程施工、打桩、起重、转运等；

（2）安装损伤。在安装时碰伤、拉伤电缆或者因电缆弯曲过度而损伤电缆，野蛮施工致使绝缘层和保护层损伤，如机械牵引力过大而拉损电缆；

（3）自然损伤。如因自由行程而使电缆管口、支架处的电缆外皮磨破，大型设备或车辆的频繁振动而损坏电缆等。

2.2 绝缘老化变质

电缆绝缘长期在电和热的作用下运行，其物理性能会发生变化，内部气隙在电场作用下产生游离使绝缘下降，绝缘老化故障率约占19%。引起绝缘过早老化的主要原因有：

（1）电缆绝缘内部气隙游离造成局部过热，从而使绝缘炭化；

（2）电缆线路周围靠近热源，或者电缆安装过于密集使，电缆局部或整个电缆线路长期通风不良而过早老化。

（3）电缆工作环境不好导致电缆过早老化。如油浸纸电缆、电缆敷设时地沟凹凸不平，高处的电缆绝缘油流向低处而使高处的电缆绝缘性能下降，导致故障发生。

2.3 过热

电缆过热有多方面的因素，内因主要是由于电缆绝缘内部气隙游离造成局部过热而使绝缘炭化，外因是电缆过负荷产生过热。统计分析原因如下：

（1）电缆长期过负荷运行。当电缆长期过负荷运行时，会使电缆产生过热现象，使电缆温度升高，电缆绝缘内部气隙游离造成局部过热而使绝缘炭化，加速电缆铅包晶粒再结晶而造成铅包疲劳损伤，致使绝缘薄弱部位击穿。

（2）通风不良。长期靠近热源，热辐射过重，使电缆绝缘材料发生变硬、变色、失去弹性等物理变化。

（3）火灾或邻近电缆故障的烧伤。

2.4 化学腐蚀

在电缆铺设前，没有对管线的电位差、铅包杂散电流密度以及流入大地电流密度进行测量，没有对土壤资料进行化学分析，没有对土壤和地下水的侵蚀程度进行判定，导致电缆铺设在土壤中有酸、碱、煤气站的苯蒸汽和杂散电流的区域时，电缆铠装和铅（铝）护套将会受到大面积长距离的腐蚀，使埋在地下的电缆铅（铝）护套受到电腐蚀或化学腐蚀而损坏。

2.5 产品质量缺陷

由于一些施工单位缺乏必要的专业技术培训，加之市场竞争管理等原因，造成部分厂家在生产中降低产品质量标准，使那些电缆绝缘有严重偏心、气隙、杂质的不合格的电力电缆流入市场，电缆中间连接头、终端头是故障较常发生的部位。电缆头故障主要表现在以下两个方面：

（1）制作工艺不良。电缆中间头、终端头安装工艺不良，绝缘层绕包不紧(空隙大)、不洁，密封不严，不按技术要求敷设电缆，同样会造成电场分布不均匀，

（2）电缆附件质量缺陷。电缆附件制造上的缺陷，如组装部分加工粗糙，瓷件的机械强度不够，密封涂胶处有遗漏或组装时不密封等；

（3）材料缺陷。如电缆制造上的缺陷，电缆附件制造上的缺陷和对绝缘材料的维护管理不善而造成绝缘电阻低、泄漏电流大，甚至耐压击穿等。

3 测距的理论方法

3.1 电桥法

这是一种经典测试方法。:将被测电缆故障相与非故障相短接，电桥两臂分别接故障相与非故障相，调节电桥两臂上的一个可调电阻器，使电桥平衡，利用比例关系和已知的电缆长度就能得出故障距离。电力电缆的高阻故障几乎占故障总数的90%以上，对于这些高阻故障，经典的测试方法是毫无效果的，此时采用高压电桥法，通过烧穿降阻法把高阻故障变为低阻故障，用负高压烧穿故障点的效果要比正高压或交流高压烧穿故障点好得多。

电桥法测量结果精确，但需要完好芯线做回路，电源电压不能加得太高。

3.2 低壓脉冲反射法

低压脉冲反射法又称雷达法，将低压脉冲注入电缆故障，讯号在电缆传播及反射，当遇到阻抗不匹配点，如短路点、断路点、中间头时,会产生反射脉冲。根据发射脉冲与反射脉冲的往返时间差，以及脉冲传播速度，用数字示波器或手提笔记本电脑虚拟示波器等测出脉冲波形而算出故障点的位置。

低压脉冲反射法的优点是简单、直观，不需要详细的电缆原始资料，还可以根据反射脉冲的极性分辨故障类型，是电缆故障测试技术的重大进步。缺点是如果在脉冲宽度时间内得到的反射脉冲与发射脉冲相重叠，便无法区分出来，不能测出故障点的距离。

3.3 二次脉冲法

二次脉冲法是电缆故障探测新理论，是在基于低压脉冲法的基础上发展而来的。二次脉冲法是近些年常用的测距方法之一，其原理：结合高压发生器冲击闪络技术，在故障点起弧瞬间、电弧熄灭瞬间，分别触发低压脉冲，在故障点的电弧未熄灭时，故障点相对于低压脉冲是完全短路，通过比较两次低压脉冲波形中明显的发散点，来判断故障点的位置。

二次脉冲法的优点是易操作、多功能，回波图形简易，相比于以往的脉冲电流法，有着易于辨别波形的优点，这是一个很大的进步。缺点是高压击穿故障点的燃弧时间短，燃弧不容易稳定，往往会在高压脉冲消失瞬间恢复其高阻状态，不能用于测量高阻与闪络故障。

3.4 小波分析方法

小波分析是一种自适应的时频域同时局部化分析方法，在时域、频域同时具有良好的局部化特性，对信号的奇异点非常敏感，能够聚焦到信号时域和频域的任意细节，适用于时变的非平稳信号的检测与分析。小波变换在电力系统故障暂态分析以故障定位方面的应用，体现在两种当前对端线路的通讯流程基础上，主要是测试信号的消噪处理和故障测距中脉冲信号起始时间点的检测。

小波分析方法具有广泛的适应性和较快的计算速度，故障点离电缆两端越远，测距结果越确。但是对于对于行波测距法，由于信号在传播过程中发生衰减，小波分析法的测距精度会下降，在距离电缆两端很近的单相接地故障中，测距误差较大。

3.5 实时专家系统

实时专家系统最早由英国学者提出，该专家系统基于脉冲电流法来实现电缆的故障定位。专家系统就是一个具有智能特点的计算机程序，电缆故障测距专家系统将专家知识库作为电脑的基本数据库，模仿人类专家思维来求解复杂问题。知识库包含领域专家的大量知识，拥有类似人类专家思维的推理能力。专家系统带有专门的C语言集成诊断以确定故障类型，不需要中断电缆的供电。

4 结束语

随着城市电网建设和改造的扩大，电缆线路在不断增多,电力系统电缆发生的故障也越来越多，要求电力电缆故障检测方法及技术要不断发展。在实际工作中,根据电缆的事故种类和事故原因选用合适的故障诊断方法，准确判断故障性质并迅速找到故障点及时处理故障，推广和应用快速准确的查找故障高效的处理方法，对保障生产的正常进行有着重大意义。

参考文献

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