摘要：由于电力电缆较于架空线路有诸多优点，所以在城市配电网中得到广泛应用，电缆大量应用的同时也对电网的配电运维工作提出了更高的要求，因为电缆质量和施工质量的好坏直接关系着线路故障率、供电可靠性和客户满意度，因此在工作中对电缆故障进行处理与维护就显得格外重要，本文结合作者的实际工作经验就电缆故障和故障测试方法进行分析，同时对如何降低电缆故障率也做了相应的分析研究，以期通过对电缆多维度管理而提高配电的运维水平。
关键词：配网；电力电缆；故障测试；分析研究；多维度管理
0引言
近几年伴随着我国经济社会的不断发展，原有架空线路的供电方式已经远远不能满足用户对高可靠性供电的要求，而电力电缆具有良好的导电性和环境适应性、运行维护简单、受气候和周围环境影响小，所以在城市配网中普遍采用电力电缆供电，但是随着电缆的大量应用也伴随出现了新的问题，城市配电网中频繁出现多种形式的电缆故障，而电缆故障查找是一项技术性与经验性都比较强的专业工作，本文就几种常见的电缆故障测试方法进行了分析，并从多个维度分析电缆故障的原因，进而制定相应的防范措施切实降低电缆的故障率。
1、电力电缆的特性分析
电力电缆的使用已经有百余年的历史，主要用于传输和分配电能。它由线芯、绝缘层、屏蔽层和保护层组成，多敷设于城市的电缆沟、管道、隧道、沟道中，随着我国电力工业的不断发展，电力电缆输电线路得到了广泛应用，与架空线路相比，电力电缆具有以下优点：
（1）电缆线路受外界气候条件和周围环境干扰影响较小，运行可靠；
（2）电缆线路运行维护工作量少，费用较低；
（3）有利于市容市貌的整洁，节省材料；
（4）电缆线路有利于提高电力系统的功率因数，提高线路输出容量，降低线路损耗。
正是因为电力电缆具有以上优点，所以电缆在配网系统中获得了广泛应用，然而，由于电缆运行环境所限，其受人为因素和物理化学腐蚀等影响，电力电缆线路会发生各种原因的故障。
2、配网电力电缆常见故障分析
2.1电缆故障类型
（1）按照发生故障的部位分为：
①电缆本体故障；
②电缆终端头（中间头）故障。
（2）按照故障点的绝缘电阻大小分为：
①接地故障：电缆的接地故障是指芯线发生单相或多相接地故障；
②低阻故障：低阻故障又称为短路故障，是指电缆芯线发生两相或三相短路故障，发生低阻故障时，故障点的绝缘电阻小于电缆的特性阻抗，直流电阻有可能为零。此时，低压脉冲测试时故障有反射，且反射波与发射波反相；
③高阻故障：发生此故障时，故障点处测得的电阻将大于该电缆的特性阻抗。高阻故障又可以分为高阻泄露性故障和高阻闪络性故障两种；
④断路故障：发生断路故障时有两种测试方法，一种是测得电缆的绝缘电阻为正无穷，另一种是电缆的绝缘电阻虽然和正常电阻相同，但是，其电压却不能馈至用户端。此时，在低压脉冲测试时故障有反射，且反射波与发射波同相；
⑤断线故障：此故障的测试可以通过导体的连续性试验判别，此时，电缆的绝缘电阻虽然达标，但是却有导体不连续的现象；
⑥复合型故障：复合型故障是指电缆线路具有上述故障类型中的两种或两种以上特性。
2.2电力电缆发生故障的基本原因
（1）外力破坏
由于市政建设工程频繁作业，尤其是存在野蛮施工行为，在没有与当地供电部门进行交底和不明地下管线的情况下就开始施工作业，从而造成电力电缆受外力损伤的事故；电缆敷设在地下后，长期受到车辆、重物等压力和冲击力作用造成电缆下沉、中间头断裂、电缆受挤压等事故。
（2）电缆附件施工质量不合格
电缆终端（中间）头制作未按技术标准操作，制作工艺不良，密封性能差；在制作电缆中间头时周围环境湿度过大，潮气侵入；附件材料使用不当，不符合国家标准；电缆中间头铸铁件出现裂缝、砂眼、导致水分侵入，形成击穿闪咯故障。
（3）敷设施工质量
电力电缆敷设施工未按要求和规程进行；敷设过程中，用力不当。牵引力过大，使用的工具、器械不对，造成电缆保护层机械损伤。
（4）电缆本体
电缆制造工艺故障，电缆在制造过程中，绝缘层混入了杂质，或者半导体层有缺陷，或线芯绞合不紧，或线芯有毛刺；电缆腐蚀及老化故障，电缆长期处在酸性的易受腐蚀环境中，绝缘层不断被氧化，电缆受腐蚀之后安仝性降低，极易出现绝缘层被击穿的现象，造成短路危险。
3、配网电力电缆故障常见测试方法分析
3.1故障预定位
故障预定位是利用发射脉冲和故障点反射脉冲的时间差与故障点距离成正比的原理确定故障点的距离。由于脉冲波在电缆中传播的实际速度很难精确确定，因此只能粗略测出故障点的大致位置，可以大大的缩小精确定点时的查找范围。
（1）低压脉冲法
适用于开路故障、短路故障和低阻故障。在测试时，向电缆注入一低压脉冲，该脉冲信号沿着电缆传播，遇到阻抗不匹配点如开路点、短路点、低阻故障点和中间接头点时，会产生反射波返回到测量点被仪器记录下来。如图1，发射脉冲与反射脉冲的时间差△t，对应脉冲在测量点与阻抗不匹配点往返一次的时间，已知脉冲在电缆中的波速度V，则阻抗不匹配点距离L=V•△t2。
图1 低压脉冲法原理图
低压脉冲比较法：在实际测量时，电缆线路结构可能比较复杂，存在着接头点、分支点或低阻故障点等，反射波形相对比较平滑，直接观察波形不易判断故障类型和故障点距离，对于这种情况可以用低压脉冲比较法。在测量范围和波形增益相同的情况下，将故障相脉冲波形和良好相脉冲波形叠加在一起比较，两个波形出现明显分叉的点即是故障点：①A、B相波形叠加，可以测量到开路故障点距离，如图2所示；②A、C相波形叠加，可以测量到低阻或短路故障点距离，如图3。
图2 开路故障比较波形
图3 低阻或短路故障比较波形
（2）三次脉冲法
通过低压脉冲法定位低阻或短路故障得到的波形很容易判断故障点，但是它不能用来测试高阻和闪络性故障，因为高阻故障和闪络性故障在故障点的阻值很高，故障点的等效阻抗几乎等于电缆的特性阻抗，在该点反射系数几乎为零，测试端接收到的反射波形相当于一个线芯绝缘良好电缆的波形。三次脉冲法可以很好的解决这个问题。
测试时，先对电缆发射一个低压脉冲，得到一个参考波形（相当于绝缘良好相波形），然后发射一个高压脉冲使故障点击穿产生电弧，由于电弧电阻很小，故障点相对于低压脉冲是完全短路，燃弧期间向电缆再次发射一个低压脉冲，得到同低压脉冲法测得的短路故障一样的故障波形。将参考波形和故障波形叠加，两个波形会有一个明显的分叉点，即为故障点，如图4。
图4 三次脉冲法波形
3.2路径探测
由于电缆是直埋或敷设在电缆沟里，在GIS资料不全时很难观察出电缆路径走向，因此在对电缆进行预定位之后，下一步应使用路径仪查找电缆的走向。目前常用的电缆路径探测方法是音频感应法，即在电缆中加入特定频率的音频电流信号，该电流信号在电缆的周围产生磁场信号，用一个感应线圈感应该磁场信号，经过滤波处理后转换成声音或波形，并通过耳机或显示器表现出来，有声音或波形显示的地方就是电缆通过的地方，从而检测出电缆路径。
3.3精确定点
在测量出电缆的故障距离和路径后，就可以根据路径和距离找到故障点的大概位置，但由于各种因素的影响，预定位位置和实际故障点的位置还存在一定的偏差，因此必须进行精确定点，最常见的精确定点方法是声磁同步法和音频感应法。
（1）声磁同步法
向故障相电缆中加高压脉冲信号，故障点击穿后冲击放电时会产生声音信号，同时放电电流会在电缆周围产生脉冲磁场信号，传感器感应到声音和磁场信号并记录下来。由于磁场信号的传播速度接近光速（30万千米/小时），远大于声音信号，因此其从故障点传播到传感器所用的时间可忽略不计。这样，同时产生的声音信号和磁场信号传到传感器的时间差近似等于声音信号从故障点传到传感器的时间，该时间乘以声音的传播速度即为故障点到传感器的距离。实际测试时，传感器检测到的最小声磁时间差的点，就是距离故障点最近的点，即故障点在传感器的正下方。
（2）音频感应法
当故障点接地电阻小于10欧姆或为金属性短路时，冲击放电声音很微弱，用音频感应法很难捕捉到声音信号，这种情况可以使用音频感应法。同用音频感应法探测电缆路径的原理一样，向故障电缆加入特定频率的音频信号，在电缆周围会产生同频率的磁场信号，感应线圈感应该信号并转换为声音信号。由于故障点处电阻较小，音频信号在该处形成回路，因此音频信号在故障点形成的磁场强度最大。在故障点前沿着电缆路径移动时会听到有规律的、强度相等的音频信号，而在故障点上方声音会突然增强数倍，故障点之后声音又会明显变弱，据此可以找出故障点。
4、加强电缆多维度管理，降低电缆故障率
针对以上各种类型的电缆故障，配网运维人员应该制定有针对性的防范措施，从电缆多维度出发，如新电缆入网、电缆施工、电缆运维等几个方面制定相应的防范措施，提高电缆运维水平，降低电缆故障率，从而提高供电可靠性。
4.1把好设备入网关，杜绝不合格电缆
加强电缆质量管控，防止电缆制造工艺故障，电缆在制造过程中，绝缘层混入了杂质，或者半导体层有缺陷，或线芯绞合不紧，或线芯有毛刺；电缆腐蚀及老化故障，电缆长期处在酸性的易受腐蚀环境中，绝缘层不断被氧化，电缆受腐蚀之后安仝性降低，极易出现绝缘层被击穿的现象，造成短路危险，对发生本体故障的电缆积极反馈给上级部门和厂家，协助其提高电缆质量，对不合格的电缆采取黑名单制度，把好设备入网关。
4.2加强电缆施工管理，严把电缆施工质量
供电部门应切实加强电缆施工管理，严格执行电力电缆敷设施工要求和规程，敷设过程中，用力不当。牵引力过大，使用的工具、器械不对，造成电缆保护层机械损伤；强化电缆终端（中间）头制作技术标准，建立电缆中间（终端）头旁站制度，对施工作业人员实施备案制度，确保每一个电缆中间（终端）头都有完善的技术资料，从根源上杜绝制作工艺不良等问题。
针对新投运的电缆，必须严格按照交接试验的要求，做好各项试验工作，尤其是电缆震荡波试验和电缆耐压试验，对试验不合格的电缆做好登记，分析原因，立即要求施工方做出整改，直到再次试验合格为止，方可送电。
4.3提前安全交底，防止电缆受外力破坏
在实际配网运维工作中，外力破坏在电缆故障中占有很大比例，供电部门应积极采取措施，管控好电缆附近的施工作业，做好安全技术交底。配电运维人员应加强巡视，发现现场有外单位施工作业应立即告知危险性，发放电力设施安全隐患整改通知书，等供电部门做好安全技术交底，告知安全风险点，方可开始作业；供电部门应提前向施工单位发函告知其电力设施的重要性和危险性，督促其在施工前向供电部门备案，提前做好防范措施，避免对电缆造成外力破坏。
4.4 提高设备运维水平，降低电缆故障率
加强设备的运维水平，及时做好配电设备的检测工作，制定巡视计划，做好环网柜的局放工作，发现有局放的及时观察，做好记录，做好留观和复测工作，针对有放电现象的环网柜及时制定计划消缺，将隐患消除在萌芽之中。
5、结束语
电力电缆的正常运行直接关系到整个配网的安全稳定运行和供电可靠性，要想降低电缆故障发生频率，必须从源头上控制，即在设计、敷设、安装、验收、预试各个环节把好关，提高电缆施工质量；同时也需要采取技术性措施、管理性措施和社会性措施，建立一套高效实用的电缆管理模式；同时也要提升运维人员的业务能力，让工作人员都能够熟练掌握电缆故障的测试方法，多培养电缆专业人才，做好电缆线路的快速复电工作，从多维度出发做好电力电缆的全生命周期管理，降低电缆故障率，提高供电可靠性，提升客户满意度。
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论文作者:王航
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/18
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