电力电缆故障原因与探测技术研究「超声波探测电缆故障」

今天带来电力电缆故障原因与探测技术研究「超声波探测电缆故障」，关于电力电缆故障原因与探测技术研究「超声波探测电缆故障」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

随着城市建设的发展，电力电缆在城网供电中所占的份量也越来越重，在一些城市的市区逐步取代架空输电线路；同时随着电缆数量的增多及运行时间的延长，电缆的故障也越来越频繁。由于电缆线路的隐蔽性、个别运行单位的运行资料不完善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；另一方面，随着科技的进步，现代检测技术与电子计算机结合应用，各种测量方法及仪器的精度也得到进一步提高，国内外众多的测试设备及技术并存。如何合理地选择故障测试设备，准确、快速地查找电缆故障，缩短故障停电时间，就成了电缆运行人员非常关心且值得探讨和交流的焦点。

一、电力电缆的结构

二、电缆故障的原因

电缆故障的原因大致可归纳为以下几类：

（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。有些机械损伤很轻微，当时并没有造成故障，但在几个月甚至几年后损伤部位才发展成故障。造成电缆机械损伤的主要有以下几种原因：

1.安装时损伤：在安装时不小心碰伤电缆，机械牵引力过大而拉伤电缆，或电缆过度弯曲而损伤电缆；

2.直接受外力损坏：在安装后电缆路径上或电缆附近进行城建施工，使电缆受到直接的外力损伤;

3.行驶车辆的震动或冲击性负荷会造成地下电缆的铅(铝)包裂损;

4.因自然现象造成的损伤：如中间接头或终端头内绝缘胶膨胀而胀裂外壳或电缆护套；因电缆自然行程使装在管口或支架上的电缆外皮擦伤；因土地沉降引起过大拉力，拉断中间接头或导体。

（2）绝缘受潮

绝缘受潮后引起故障。造成电缆受潮的主要原因有：

因接头盒或终端盒结构不密封或安装不良而导致进水；

电缆制造不良，金属护套有小孔或裂缝；

金属护套因被外物刺伤或腐蚀穿孔；

（3）绝缘老化变质

电缆绝缘介质内部气隙在电场作用下产生游离使绝缘下降。当绝缘介质电离时，气隙中产生臭氧、硝酸等化学生成物，腐蚀绝缘；绝缘中的水分使绝缘纤维产生水解，造成绝缘下降。

过热会引起绝缘老化变质。电缆内部气隙产生电游离造成局部过热，使绝缘碳化。电缆过负荷是电缆过热很重要的因素。安装于电缆密集地区、电缆沟及电缆隧道等通风不良处的电缆、穿在干燥管中的电缆以及电缆与热力管道接近的部分等都会因本身过热而使绝缘加速损坏。

（4）过电压

大气与内部过电压作用，使电缆绝缘击穿，形成故障，击穿点一般是存在缺陷。

（5）设计和制作工艺不良

中间接头和终端头的防水、电场分布设计不周密，材料选用不当，工艺不良、不按规程要求制作会造成电缆头故障。

（6）材料缺陷

材料缺陷主要表现在三个方面。一是电缆制造的问题，铅（铝）护层留下的缺陷；在包缠绝缘过程中，纸绝缘上出现褶皱、裂损、破口和重叠间隙等缺陷；二是电缆附件制造上的缺陷，如铸铁件有砂眼，瓷件的机械强度不够，其它零件不符合规格或组装时不密封等；三是对绝缘材料的维护管理不善，造成电缆绝缘受潮、脏污和老化。

（7）护层的腐蚀

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。

(8)电缆的绝缘物流失

油浸纸绝缘电缆敷设时地沟凸凹不平，或处在电杆上的户外头，由于起伏、高低落差悬殊，高处的绝缘油流向低处而使高处电缆绝缘性能下降，导致故障发生。

三、电缆故障的性质与分类

电缆故障从形式上可分为串联与并联故障。串联故障是指电缆一个或多个导体断开。通常在电缆至少一个导体断路之前，串联故障是不容易发现的。并联故障是指导体对外皮或导体之间的绝缘下降，不能承受正常运行电压。实际的故障组合形式是很多的，几种可能性较大的故障形式是：一相对地、两相对地和一相断线并接地。

电缆故障定义为：无损坏故障、开路故障、短路故障。而电缆故障分为:开路故障、低阻故障和高阻故障三种类型。

（1）开路故障、若电缆相间或相对地绝缘电阻达到所要求的规范值，但工作电压不能传输到终端；或虽终端有电压，但负载能力较差。当绝缘电阻=∞，即为断线故障

（2）低阻故障、电缆相间或相对地绝缘受损，其绝缘电阻小到能用低压脉冲法测量的一类故障。当绝缘电阻<100kΩ时，为短路故障。

（3）高阻故障、电缆相间或相对地绝缘损坏，其绝缘电阻较大，当绝缘电阻>100kΩ，不能用低压脉冲法测量的一类故障，它是相对于低阻故障而言的。包括泄漏性高阻故障和闪络性高阻故障二种类型。

这样分类的目的也是为了选择测试方法的方便，根据目前流行的故障测距技术，开路与低阻故障可用低压脉冲反射法，高阻故障要用冲击闪络法，而闪络性故障可用直流闪络法测试。

四、电缆故障探测的步骤

电缆故障的探测一般要经过诊断、测距、定点三个步骤。

1、电缆故障性质的诊断，即确定故障的类型与严重程度，以便于测试人员对症下药，选择适当的电缆故障测距与定点方法。

2、电缆故障测距又叫粗测，在电缆的一端使用仪器确定故障距离。

3、电缆故障定点又叫精测，即按照故障测距结果，根据电缆的路径走向，找出故障点的大体方位来，在一个很小的范围内，利用放电声测法或其它方法确定故障点的准确位置。

一般来说，成功的电缆故障探测都要经过以上三个步骤，否则欲速则不达。例如不进行故障测距而利用放电声测法直接定点，沿着很长的电缆路径（可能有数公里长），探测故障点放电声是相当困难的。如果已知电缆故障距离，确定出个大体方位来，在很小的一个范围内（10米左右）来回移动定点仪器探测电缆故障点放电声，就容易多了。

五、电缆故障性质的诊断

所谓诊断电缆故障的性质，就是指确定：故障电阻是高阻还是低阻；是闪络还是封闭性故障；是接地、短路、断线，还是它们的混合；是单相、两相，还是三相故障。

可以根据故障发生时出现的现象，初步判断故障的性质。例如，运行中的电缆发生故障时，若只是给了接地信号，则有可能是单相接地的故障。继电保护过流继电器动作，出现跳闸现象，则此时可能发生了电缆两相或三相短路或接地故障，或者是发生了短路与接地混合故障。发生这些故障时，短路或接地电流烧断电缆将形成断线故障。但通过上述判断不能完全将故障的性质确定下来，还必须测量绝缘电阻和进行“导通试验”。

测量绝缘电阻时，使用兆欧表(1千伏以下的电缆，用1000伏的兆欧表；1千伏以上的电缆，用2500伏的兆欧表)来测量电缆线芯之间和线芯对地的绝缘电阻；进行“导通试验”时，将电缆的末端三相短接，用万用表在电缆的首端测量芯线之间的电阻。

六、电缆故障的探测方法比较

长期以来，涌现出了许多测量方法与仪器，这些方法与仪器适用于不同故障情况，各有优缺点，这里就故障测距与定点仪器简单地做一下评价和比较。

根据上述电缆故障的分类，目前国内外有各种不同的测试方法，但测试步骤均相同，即：①进行故障诊断②根据诊断结果进行故障预定位③进行故障定点（精定位）。

对于各种故障及其相应的方法如下表所示：

20世纪70年代前，世界上广泛使用电桥法及低压脉冲反射法进行电力电缆故障测试，两者对低阻故障很准确，但对高阻故障不适用，故常常结合燃烧降阻（烧穿）法，即加大电流将故障处烧穿使其绝缘电阻降低以达到可以使用电桥法或低压脉冲法测量的目的。烧穿方法对电缆主绝缘有不良影响，现已很少使用。之后出现了直流闪测法和冲击闪测法，分别测试间歇故障及高阻故障，两者都均可分为电流闪测法和电压闪测法，取样参数不同，各有优缺点。电压取样法可测率高，波形清晰易判，盲区比电流法少一倍，但接线复杂，分压过大时对人及仪器有危险。电流取样法正好相反，接线简单，但波形干扰大，不易判别盲区大。 两种方法目前是国产高阻故障测试仪的主流方法，主要有西安四方、山东科汇、武汉高压所等产品。高压电流、电压闪测法基本上解决了电缆高阻故障问题，在我国电力部门应用十分广泛，且应用十分丰富经验，但仪器有盲区，且波形有时不够明显，靠人为判断，有时未能成功，仪器的精度及误差相对较大。

到了90年代，发明了二次脉冲法测试技术: 因为低压脉冲准确易用，结合高压发生器发射冲击闪络技术，在故障点起弧的瞬间通过内部装置触发发射一低压脉冲，此脉冲在故障点闪络处（电弧的电阻值很低）发生短路反射，并将波形记忆在仪器中，电弧熄灭后，复发一正常的低压测量脉冲到电缆中，此低压脉冲在故障处（高阻）没有击穿产生通路，直接到达电缆末端，并在电缆末端发生开路反射，将两次低压脉冲波形进行对比，非常容易判断故障点（击穿点）位置，典型的波型如下图：




出故障点距离。二次脉冲法的出现，使得电缆高阻故障测试变得十分简单，成为最先进的测试方法，但国内尚未见到新方法的设备。对于二次脉冲法，无论是奥地利的Baur公司，还是德国Seba公司的产品原理是一样的，只是在实现上有差异：前者强调起弧与触发脉冲配合，由内部通信装置对冲击电流进行阻尼，同时也增加了冲击电流的冲击宽度来实现；而后者则采用专门稳弧仪，强调延长电弧时间，保证低压脉冲在起弧期间到达。

在测寻故障时选择合适的测试方法是非常必要的。可以大大减少故障测寻时间，从而加快故障修复速度。最终明显提高供电可靠性、降低国民经济损失。