摘要：电力电缆在实际运行或试验过程中，出现的故障多种多样，表现形式也各有不同。为了快速查找和排除故障，确保电力电缆线路的安全可靠运行，故障检测技术人员必须具备和掌握故障发生原因的分析能力、故障类型判断能力、故障查寻步骤和常用方法、熟练使用故障测试定位仪器的技能等。下面本文主要是阐述了电力电缆故障类型、检测步骤，并重点对电力电缆故障检测及故障点定位方法进行研究分析。
关键词：电力电缆；故障点；检测与处理
随着经济快速发展，金属冶炼行业、机械制造业以及矿业开采对用电需求逐步增加，电力电缆的需求日益增长，电力电缆输电的优点在于占地面积小、节省空间、维护工作量小，有利于功率因素的提高，在各个领域得到广泛的应用。随之而来电力电缆故障后，如何快速准确地判断、查找故障点，为电缆检修工作提出新的要求，成为供电部门越来越重视的问题。
1 电力电缆的结构
电力电缆按其内芯的数量划分，可分为单芯电缆和三芯电缆两种。不论是单芯电缆还是三芯电缆，电力电缆按其导线截面划分，又可分为各种截面的型号规格。但是，不论是单芯还是三芯电缆，也不论是哪种截面型号规格的电缆，其基本结构都是一样的，即都是由导体、绝缘层和保护层组成。其中：导体在电缆最中央，起电流电能传导的作用；绝缘层在导体和外保护层之间，起绝缘作用；保护层在最外层，起保护电缆承受一定的拉力的作用。目前应用最广泛的是由铜导体、交联聚乙烯绝缘和高密度聚乙烯材料构成的电缆。在电力系统中，高压部分，如110kV、220kV、500kV电缆常采用单芯电缆；中低压部分，如10kV和低压电缆线路采用三芯电缆。
2 电力电缆常见故障的分析
1）机械损伤是电缆常见故障，造成电缆机械损伤的原因包括外力损伤、施工损伤以及自然损伤等。尤其是城市的快速发展，在地铁建设以及建筑施工过程中造成的电缆损伤非常普遍。
2）绝缘老化受潮，主要是因为电缆在长期使用过程中，由于电能产生的化学、物理等作用，导致电缆线介质发生变化，造成电缆线绝缘下降。再加上电缆接头密封不严或者工艺不良出现刺穿，暴露在空气中与水分子接触影响其正常使用性能。
3）如果电缆长期在高负荷状态下工作或者长期接受热辐射，电缆安装较为密集，再加上电缆沟通风不良都会引起电缆过热，导致电缆线路的绝缘下降，甚至直接造成损坏。
4）电缆主绝缘的特殊故障。电缆主绝缘的特殊故障，主要发生在电缆线被水浸湿大范围受潮的情况下，或者低压电缆线因加工不良导致铜屏蔽层、电缆护层发生故障。电缆主绝缘的特殊故障常采用电桥法测距进行检测。
5）开路故障。如果电力电缆的绝缘良好，但是电缆单相或者多相导体开路，导致终端无正常的工作电压，即为开路故障。
3 电缆故障测试方法的选择
3.1 低电阻（短路）故障测试
低压脉冲测试方法，如果能够清楚地识别小阻抗故障点波形，属于小阻抗故障，另一方面，超过近千欧姆的电阻值的临界点时，则属于大阻抗故障。该类故障不论单相或多相短路并接地，都可选用低压脉冲法、脉冲电压法或脉冲电流法测试。
3.2 高阻故障测试
指电缆单相线或多相线对地绝缘阻抗近千欧姆，低于正常值；相线之间阻抗近千欧姆，低于正常值。该类故障发生几率较高，据统计约占电缆故障的80%左右。通常采用脉冲形式电流及电压法（冲击闪络方式二次脉冲法）进行测量，若故障点受潮或进水，用低压脉冲方式的比较法也能测量出故障距离，此类故障使用直流电压法无法查找故障点。向该类故障电缆中施加合适的高压脉冲时，人员在数十米之外，可听到故障点伴随火光放电噪声，采用声磁同步法对高阻故障判定较为有效。
3.3 跨步电压法
跨步电压法对于单相接地故障或两相、三相短路并接地故障，外护套故障适用。需用仪器：电缆护层故障定位电源，跨步电压指示器。其工作原理是在故障相与地之间，加上负极性的直流电源，从故障点流入土壤的电流在土壤表面形成漏斗状电位分布，通过探棒寻找土壤中的电势最低点。当仪表的指针偏向右侧，则向右测寻找，偏向左方，则向左方寻找，逐渐缩小故障的距离位置，直到指针位于正中间。跨步电压法的操作步骤如下，首先在目标电缆加脉冲电源升压3～5kV，然后把跨步电压指示器，通过专用连线与探棒相连，把功能键旋至跨步和最大灵敏度，探棒相隔2m左右，在初测故障点附近，插入土壤，选择合适灵敏度，观察指针指向，若电压为＋，指针往＋方向有规律摆动，说明故障点在红棒方向，向红棒方向移动一间隔，若电压仍为＋，说明故障点仍在红棒方向，继续移动红棒，直到电压为－，指针往－方向摆动，调节红棒，使跨步电压为0，两棒中心为故障点位置。
3.4 低压脉冲反射法
低压脉冲反射法，可以对低阻接地和开路故障进行精准快速地识别和定位，并且能够有效地测试电缆全长和电波在电缆中的传播速度。当电缆出现开路故障时，故障等效阻抗为故障电阻和电缆特性阻抗串联，此时开路中的故障电阻表现为无穷大，通过接入低压脉冲测试仪器脉冲信号形成全反射，测试端会收到同极性的脉冲反射信号，接收到同极性的脉冲上升沿与故障点的发射波形恰好相对应。低压脉冲反射法结构如图1 所示。
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3.5 小波分析法
小波分析法的有效应用，将小波分析理论研究进行紧密结合。目前，在科技信息产业领域取得了令人瞩目的成就。电子信息技术是六大高新技术中重要的一个领域，它的重要方面是图像和信号处理。我国学者范毅等人应用Mallat 算法，实现了信号一维离散小波变换的逐级抽取过程，通过精确计算能够对电缆故障点进行准确定位；王建立等人釆用小波变换对检测到的电缆故障信号进行分解、重构，然后采用系统仿真模型和传递函数参数测试方法对故障点进行测距，小波分析方法不受电缆故障类型的限制，因此应用更为广泛。
3.6 高频感应定位法
通过利用高频信号波发生装置向电力电缆输入高频电流，由此产生高频电磁波，并由地上探头沿着电力电缆的路径接收电力电缆周边的高频电磁场，电磁场的变化经接收和处理直接显示于液晶屏幕上，按照显示数值的大小判定故障点位置。高频感应定位法和传统音频感应定位法更具优势，高频信号源比音频信号源更易实现且制造简单，也可减少定点探测设备的体积和重量，为小型化、便携式设备创造更为有利的条件。另外，高频信号的频谱抗干扰能力更强，直接显示于液晶屏幕的方式要比依靠人耳辨别更为可靠和直接，采用高频感应定位法也可在不停的情况下以耦合式接线方式来完成在线故障探测。
综上所述，电力电缆故障探测是一项技术性与经验性比较强的工作，要全面掌握电缆故障测试技术并拥有丰富的测试经验，需长期的一线工作经验的积累和不断地与同行进行技术交流，同时企业也应关心培养这类专业人才。论述了电力电缆故障分析诊断以及如何选择测试方法，有助于提高电力电缆故障测试技术水平。
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[3]张晖. 交联电力电缆故障点的检测[J]. 西部探矿工程，2004，11：137.
论文作者:刘琛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/19
标签：故障论文; 电缆论文; 脉冲论文; 电力电缆论文; 电压论文; 低压论文; 测试论文; 《电力设备》2017年第17期论文;