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摘要：随着我国经济的发展，工农业生产及人民生活的用电量日益增加，对电网的运行安全要求也越来越高。而作为连接各种电气设备、传输和分配电能的电力电缆，以其安全、稳定性高，有利于提高电能的质量并且美化城市等优点，已经得到越来越广泛的应用。目前，电力电缆所产生的故障在所有供电故障中占了相当大的比重。如何快速、准确地确定故障点位置和判断出故障类型已成为电力电缆使用和运行过程中十分关键的技术之一。
关键词：电力电缆故障；原因分析；探测方法；探讨
1 电缆故障的原因分析
a)由于电缆在安装时或运行中造成的机械损伤而直接引起的电缆接地、相间短路等故障。
b)由于地面的下沉而使电缆垂直受力形变。导致电缆铠甲、铅包破裂甚至折断而造成电缆接地、相间短路和断线等类型的故障。
c)由于地下酸碱腐蚀、杂散电流的影响，使电缆铅包外皮受腐蚀出现麻点、开裂或穿孔，造成故障。
d)由于长期过负荷运行，电缆的温度会随之升高，常常导致电缆绝缘老化而被击穿。
e)由于剧烈的震动导致电缆外皮产生弹性疲劳而破裂，形成故障。
f)由于电缆长期在潮湿的环境中运行导致电缆绝缘层受潮，电缆绝缘性能降低。
g)电缆接头制作工艺不当。在潮湿的气候条件下制作使接头封装物内混入水蒸汽而耐不住试验电压往往形成闪络性故障。
2 电缆故障查寻常用方法及原理分析
2.1电缆低电阻接地故障的粗测法
主要介绍常用测故障的电阻电桥法、特别是电感冲闪法。
2.1.1电阻电桥法
它主要是利用电阻的大小与电缆的长度成正比，利用电桥原理测出故障相电缆的端部与故障点之间的电阻大小，并将它与无故障相做比较，从而确定故障点端部的距离。其测量接线原理见图1。
图1 电阻电桥法原理接线图
2.1.2电感冲闪法
工作原理：电源接上以后，整流器对电容C充电。当充电电压高到一定数值时，球间隙被击穿，电容器C上的电压通过球间隙的短路电弧和一小电感L直接加到电缆的测量端。这个冲击电波沿电缆向故障点传播。只要电压的峰值足够高，持续一定时间，故障点就会因电离而放电。因为电感对突变电压有较大的阻抗，有了它，就可以借助于闪测仪观察到来回反射的电压波形。如图2所示，从波形中可以看出电缆里衰减的余弦振荡及叠加在余弦振荡上的快速变化尖脉冲。
图2 电感冲闪法的实测波形图
故障点放电所形成的短路电弧使电缆相当于一根短路线，球间隙击穿瞬时就是充电电容器C对短路线放电的过程。由于短路线可等效成一个电感，因而它们相当于一个电容充放电振荡回路。考虑到回路损耗，得到的就是一个衰减的余弦振荡。如图2a所示。实际上，用来测量故障点距离的不是这个衰减的余弦振荡的慢过程，而是叠加在余弦振荡上的快速变化尖脉冲。
球间隙放电后形成的短路电弧将电容器上的电压通过电感L加到电缆测量端，这是一个负的冲击电压。由于电感L和传播过程中电压积累时间的影响，加到故障点的电压有一个渐变过程，如图3b中的虚线①所示。因为故障点放电要有一定的高压，而且故障点电离还要有一定的迟延时间，所以冲击电压的前一段将越过故障点而向终端传播过去。当电压积累到一定时候，故障点放电，放电形成的短路电弧将冲击电压的后面部分反射回测试端，其反射波形成如图3b中的阶跃曲线②所示。
图3回波快速脉冲形成过程图
这个反射的正向阶跃电压U+1向电缆测量端传播，称为第一入射波。当它传到测量端时，将在测量端产生电压U1。根据传输线理论，电压u1可由图3a等效电路求得。为了便于分析，先暂不考虑电缆损耗，图3a中Z0是电缆的特性阻抗。由于电容器C的容量较大，在研究测量端的反射时可暂且近似为短路。这样，图3a就形成了一个时间常数t=L/Z0的微分电路。因此u+1在测量端得到的电压u1是一个尖顶的微分脉冲。U1的起点较u2开始闪络的时间滞后了电波从故障点到测量端传播所需的时间t/2。U1在测量端还会被反射。反射波电压u1=u1-u+1之差。U-1到达故障点后又会被故障点的短路电弧反射，然后又传到测量端，成为第二入射波，以u2+表示。u2+较u2-滞后了电波在测量端到故障点之前往返所需的时间T，而极性相反。同理，用图3a的等效电路可以得到u2+在才测量端所产生的电压u2。我们实际观察到的是u1+u2+…。由于电容器C上的电压不能保持不变，随着电容器C上负压的减小，波形应向上升。此外，传播损耗和电弧反射的不完全也会使波形的突变部分变得比较圆滑。考虑到上述因素，实际波形为如图3a，b所示余弦衰减振荡波形。
电感冲闪法的巨大优点在于几乎能适应任何类型的故障。大量实践证明，电感冲闪法是测试电缆最有效的方法。
2.2 电缆接地故障的精确定点有电感冲闪放电声测法
2.2.1电感冲闪放电声测法
图4电感冲闪放电声测法接线原理图
利用定点仪寻测故障点，一般是在闪测仪粗测后，已确定大概故障位置的基础上进行的。一方面在电缆上加冲击高压使其闪络放电，另一方面用定点仪的探头在估计的故障位置上沿电缆路径测听。在听到故障点放电后还要沿电缆路径寻测最大发声处，直至找到最响点，一般就是故障点。其接线如图4所示。
3 结束语
总之，电力电缆在电力系统中作为传输和分配电能，以及连接各种电气设备等，起着不可估量的作用，迅速、准确地确定电力电缆的故障点，不仅能提高供电可靠性，还可以减少故障修复费用及停电损失。为了更好的确保用户的用电缆故障情况及埋设环境比较复杂、变化多，测试人员应熟悉电缆的埋设走向与环境，确切地判断出电缆故障性质，选择合适的仪器与测量方法，按照一定的程序工作，才能顺利地测出电缆故障点。
参考文献
[1]陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京:中国科学技术出版社，2001:469.
[2]张栋国，孙雷.电力电缆及其故障分析与测试[M].西安:陕西科学技术出版社，1994:121-159.
作者介绍：
王嘉雨（1985.12-），男，山东潍坊人，青岛大学学士，工程师，单位：国网山东省电力公司潍坊供电公司（山东，潍坊），单位邮编：261021 研究方向：配电。
论文作者:王嘉雨
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/4
标签：故障论文; 电缆论文; 电压论文; 电感论文; 测量论文; 波形论文; 余弦论文; 《电力设备》2017年第14期论文;