摘要：作为电力系统中的常见故障之一，高压电力电缆接地故障会影响到电力的传输以及生产过程，因此快速查找电缆故障技术是电力系统维护研究中非常重要的任务。本文首先介绍了高压电力电缆接地故障的成因，并且对故障的常见类型做了总结。其次分析了电力电缆故障诊断的常用方法，比较了传统方法和现代先进方法的原理及优缺点。最后，针对现有诊断方法的缺点，为电力电缆故障的预防以及如何提高电缆故障诊断技术给出了建议。
引言：
随着社会的发展以及国家对电力系统的大力发展，电力电缆作为电力系统建设中最基础的设备，在现代社会建设中越来越普遍。电力电缆的健康运行受限于各种因素，包括物理损伤、制造工艺和人为破坏等因素。这些因素通常会破坏电缆的正常运行，引起电缆出现各类接地故障，导致电力传输的中断，造成巨大的经济损失。因此，探究快速精确的电力电缆接地故障诊断技术是电力系统建设中亟待解决的问题之一。
一、高压电力电缆故障的常见类型
1.1高压电缆的质量是导致故障的直接原因，严格按照高压电缆制造工艺制造的电缆本身很少出现质量问题。根据我们的调查，在许多工程中，人们为了减少成本，采用仿制的高压电缆，这些仿制的电缆在其导电性、电阻、导热性等诸多方面与高质量的电缆相差甚远，远远达不到工程要求，很容易导致电缆接地故障。
1.2高压电力电缆的物理损伤。通常在铺设电缆时，会对电缆造成不同程度的机械损伤，有些比较轻微的机械损伤并不能马上就导致电缆出现故障，而是经过长时间的潜伏之后才表现出来，这是一个非常大的安全隐患。电缆常见的物理损伤可以分为三种，第一种是电缆被外力直接挤压破坏，比如被重物挤压，运输过程中由于车辆颠簸造成的电缆出现裂痕等。第二种一般是由于铺设时受到一定的拉伸力和折弯力，不仅使电缆长度发生变换，还破坏了电缆的护层。第三种一般是在安装过程中受环境的影响，比如台风、雨雪天气等对电力电缆造成的内外部损伤。
1.3电力电缆的老化变质。电力电缆老化成因有多种多样，比如说在包裹电缆的绝缘层长期受到内部电场的作用，会改变绝缘层的物理性质，从而降低其绝缘性。受雨水侵蚀也是电力电缆绝缘层老化的重要原因之一，电缆绝缘层长期暴露在空中，长期受雨水的腐蚀最终导致电缆外壳的损坏。其次，由于电力电缆的自然形变（如热胀冷缩）导致电缆的绝缘外壳跟着发生形变，造成绝缘外壳出现裂痕，加速了电缆的老化。
二、电力电缆故障诊断的一般方法
2.1电阻电桥法
如图1所示，对于单相接地以及由于各种原因导致短路的绝缘电阻较低的电缆故障，主要通过电阻电桥法来诊断。电阻电桥方法具有简单，方便，精度高的优点，但是其重要的缺点是不适合用于高阻抗和闪络故障的诊断，因为在高故障电阻的情况下，电桥中的电流很小，而且一般灵敏度仪器难以察觉。 然而，实际上大多数电缆故障属于高电阻和闪络故障。
现在在很多电力建设工程中，已经很少使用电阻电桥法了，对于一些经验丰富的年纪较老的技术人员，可能仍然会使用这种方法。实际上，对一些特殊的故障，不存在低压脉冲反射，而恰好又不容易被高压击穿时，当故障电阻较低时，可以使用电阻电桥法解决问题。
2.2现代脉冲反射法
脉冲反射法是一种现代电缆故障诊断方法，它适用于各种各样的电缆，对于很难诊断的交联电缆以及闪络故障也能诊断的较好。
2.2.1低压脉冲法
低压脉冲法的理论依据是传输线原理，其主要原理是：首先在被测的故障电缆上发射一个脉冲电压，接下来只需要记录发射的脉冲和反方向脉冲的时间差，然后通过计算即可知道从发射点到故障的距离。如果从发射点发射的脉冲电波到记录仪器接收到的反方向脉冲电波的时间差为，且已知脉冲电波在电缆中传播的速度为，那么就可以根据公式计算出电缆故障点距离测试端的距离的。相比于电阻电桥法，低压脉冲法最大的优点是不需要知道电缆的长度。
2.2.2脉冲电压法
直流高压脉冲法主要原理是首先判断电缆故障的性质，根据故障性质的不同在故障电缆上发射直流电压或脉冲电压，通过击穿产生闪络。由于闪络在电缆中会产生电波，通过记录反射电波的波形，就可以计算出来回电波往返一次的时间，从而计算出发射端距离故障点的距离。通常来说，直流闪络适用于闪络性故障。
三、电力电缆故障诊断的一般步骤
3.1电缆故障的测试通常遵循以下几点
（1）熟悉所检测电缆的基本情况，诸如电压等级和传播介质等。
（2）使用脉冲电压法测量受测电缆的总长度，观察是否与标注长度接近，与此同时，可以通过观察电缆的波形，分析出受测电缆属于何种类型的故障。
（3）通过比较分析，选用最合适所测电缆的检测对电缆进行粗测。
（4）确定受测电缆的走向及长度。
（5）在粗测得到的范围内，在受测电缆的正上方进行精确定位。
（6）分析测试结果，根据测量误差评估测量方案的好坏，为下一次测量提供经验依据。
3.2故障性质判别
如何选择电缆故障的测试方法？一般通过分析故障的性质。首先应该测试绝缘电阻的大小，根据电阻大小判断故障是接地还是短路或短路等情形，判断是单相、两相还是多相故障，以及是泄露性故障还是闪络性故障等。然后针对判断出的故障结果再决定使用什么方式来诊断电缆故障。图2给出了电缆常见故障性质的分析。
在实际应用中需要注意的是如果使用兆欧表测试得到的相间或相对地电阻为零时，常常实际的电阻值为几千欧姆左右。如果电阻值在欧姆级即为低阻故障，千欧级时为泄漏高阻故障。在遇到无法判断的故障时应该选用其他方式，不应该盲目决策。
3.3电缆故障点的查找方法
3.3.1测声法。
故障电缆在放电时会发出声音，根据电缆发出声音的位置即可判断故障点的位置，这就是测声法的原理。一般情况下，测声法对绝缘层的闪络放电效果明显。测声法一般使用直流耐压试验机来完成。其电路图如图3所示，图3中的L为电缆芯线，R为限流电阻SYB为高压试验变压器，ZL为高压整流硅堆，Q为电球间隙，C为高压电容器。
当电容器C中的电压达到一定值时，电球间隙将会对电缆中有故障的芯线放电，在故障点处放电会产生“滋滋”的放电声音，如果电缆时明敷的，那么可以直接通过听觉来查找，如果电缆时埋在地下的，那么第一步是判断电缆的走向，然后在环境较为安静的时候，利用医用听诊器等音频放大设备来寻找故障点。
3.3.2 电容电流测定法。
电容电流测定法利用了电缆在运行中芯线对地的电容，由于芯线对地的电容均匀地分布在地上，而且电容越大，电缆长度越大，根据这一原理，即可测定电缆故障点。电容电流测定法的测量电路图如图4所示，它使用的设备为单相调压器、交流电压表和交流毫安表。
3.3.3 零电位法。
在电缆长度较短时，电缆芯线的对地故障一般通过零电位法（又称电位比较法）来测量，这种方法使用简单，测量结果精确，而且无需复杂的计算和精密的测量设备。它的主要原理是通过比较受测电缆芯线与等长的完好芯线并联之后的电位差来判断故障点，在并联之后的电路中加入电压，那么受测电缆和完好电缆对应点之间的电位差应该为0，即两者电位差为0的点肯定是故障对应点。
四、关于电力电缆故障检测的建议
4.1 预防电缆故障，严格把控电缆生产质量，提升施工质量。电缆的质量是决定电缆在运行过程中是否会出现故障的重要原因之一，因此，应该加强电缆采购关口，严格把控电缆质量。其次，为了提高电缆运行的安全性与稳定性，使电缆发生故障的可能性降到最小，故障诊断员有必要采取有效的预防措施对故障进行预防，使电缆在正常运行过程中不至于出现各类故障，影响社会生产，造成经济损失。首先，应该定期对电缆进行维护，比如检查电缆绝缘层是否损坏，对损坏的地方做标记，优先维护损伤严重的部分。其次，应该对电缆出现故障的情况以数据的形式记录下来，比如电缆的哪些部位出现故障的次数，是什么原因导致的故障，故障的类型等，以备将来利用先进的数据分析工具对电缆进行故障预防。此外，还应该加强各单位之间电缆故障诊断技术人员的技术交流，不同工程和不同环境下的电缆运行状态是不相同的，故障诊断技术人员通过经常的技术交流，可以较全面的学习和了解到形形色色的故障类型，增加个人的故障诊断经验，从而更好地预防电力电缆故障的发生。
4.2 研究先进电缆故障诊断技术。电力电缆故障的发生受多种因素影响，且具有偶然性和随机性，虽然可以通过一定的预防手段对故障的发生进行预防，但是有些故障是不可避免的。传统的电缆故障诊断技术还存在一些缺点，为了提高电缆故障检测的效率和精确度，应该加强电力电缆故障检测技术的研究。一方面，根据具体的故障案例，研究人员仔细研究故障的产生的成因，并做好技术文档，为将来出现的电缆故障快速诊断决策提供经验库。另一方面，研发人员可以通过各类仿真工具模拟电缆的运行过程，通过控制参数的方式研究各类电缆故障的机理，从而为以后更精确地检测电缆故障提供理论依据。
五、结论
高压电缆作为电力的传输媒介，是电力系统工程建设中重要的一部分，它的正常运行也是电力设备正常运行的重要保障，随着电缆的大规模使用，随之而来的是各类电缆故障问题，为了保障电力系统的正常运行，一方面应该加强预防电缆故障的发生，另一方面，应该研究先进的电缆故障诊断技术。本文通过介绍电缆故障的常见类型到总结电缆故障诊断的一般步骤和方法，并分析了不同方法的优缺点，在此基础上为电力电缆故障检测给出了一些建议，可以为电缆故障检测人员提供一定的参考。
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论文作者:王怡璇,,庞世一
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期
论文发表时间:2019/10/16
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