配網電力電纜故障探測方法分析

韋成端

（廣東電網公司云浮供電局，廣東，云浮 527300）

伴隨著市場經濟的飛躍發展，用戶對用電的需求量是日益增加。加之現在的土地越來越珍貴，為電力電纜的埋設帶來較大的困難。

而且和高空架設線路相比較，電力電纜具有其自身的優勢，那就是供電的可靠性較高，不受地面和高空建筑物的影響。同時，埋在地下的電力電纜還不受風吹雨打的影響。鑒于電纜的種種優勢，被越來越廣泛的使用。為此，配網電力電纜的故障探測就成為了重要問題，成為了保障電力輸送的基礎條件。

1 配網電力電纜的常見故障原因分析

配電網的電力電纜送電比較可靠，而且不受風吹雨打的影響。為此，現在是越來越被供電建設所看重。但是任何事物都不可能是絕對的安全，都會存在著不同的問題。因此，埋在地下的電力電纜也會存在多種故障。

1.1 電纜本體故障

在一些施工之中，施工人員的技術水平較差以及責任心不強，都會導致鋪設電纜的時候質量出差錯，導致絕緣不足。在長期的使用之中，防水的密封性逐漸下降，連接點的緊密性也出現了隱患，這些都可以導致電纜的阻抗過大，再根據發熱公式Q=I2Rt可以看出來，阻抗一增大，那么電纜的發熱也就厲害，這樣很容易出現熔斷和擊穿的情況。出現在這些現象的主要是原因：

1）安裝過程中施工人員粗心大意，將電力電纜的外皮弄破受損，為后面的使用留下后遺癥。隨著使用，土壤里面的水分就順著受損的地方滲透進去，加大電纜的阻抗，從而出現故障問題。

2）在運行的時候受到外力作用，進而將電纜破壞?，F在市政建設發展相當的快，而且涉及面是十分的廣泛。如果僅僅單一的部門施工，是肯定可以考慮到地下的電力電纜。但是，事實上在施工的時候是多個單位同時開始施工，這就難免出現了一些部門沒有考慮到地下管線的布設情況，造成電纜的外皮受損或者導線斷裂等現象。

一旦出現了這類事故，直接就出現短路現象，其中的短路電流很大的，會讓電纜出現燃燒冒煙等現象。

1.2 外體故障

其中主要是因為電力電纜敷設在地下的電纜溝中，甚至有一些還沒有安裝電纜溝而是直接將電纜埋在地下，讓電纜和土壤直接接觸。為此，電纜長時間和土壤里的水分和潮氣相接觸，絕緣設施就很容易受到腐蝕的滲透，這些現象就會導致電力電纜的阻抗增高，進而導致故障現象出現。

從各種實際起來看，出現這些現象的主要原因在于受潮、污染嚴重、腐蝕等各種原因，這樣會導致電纜的絕緣能夠大大降低，讓承受的電壓等級和載流量而不足。如果出現了這類的現象，一旦線路中的負荷過重或者諧波過高等情況之時，就會將外層的絕緣層擊穿造成了故障。

其中還存在其他原因，比如電力電纜在制造的時候存在質量故障，以及在安裝的時候安裝人員施工不合格的現象造成局部的缺陷，這些都會出現隱患的故障。當然，還有一種情況就是人為故意破壞電纜，造成故障。

1.3 電纜故障的分類

電力電纜出現的故障根據現象主要分為了三類：高阻故障、開路故障和低阻故障三。

1）高阻故障就是指電纜中的接地電阻變大或者短路，這將導致整條電纜的安全性能大幅度降低。一般而言，絕緣的阻抗只要低于了正常的值，但高于了10Z（Z是指電纜波阻抗）而出現的故障現象，都屬于這一類。這類用直流高壓閃絡法（見圖1），得出的波形曲線見圖2。

圖1

圖2

從圖 2中可以看出來，t1到 t2是一段逐漸增大的平滑曲線，但到了t2時刻曲線發生突變，這個點就可以能出現了故障。

2）開路故障是就指電纜出現斷開，導致送電故障，是說電力電纜中有了斷開的情況，這樣就讓整條線路不連續無法正常使用。

3）低阻故障，這類主要是電纜中的阻抗降低，一般都低于了10Z的情況。根據歐姆定律可知，這種故障會導致電纜中的電流增大，發熱也會跟著增大，因此很容易燒壞電纜。這類故障用沖擊高壓反絡法（見圖3）。

圖3

測出的波形圖如圖4所示，故障的拐點A即為判斷點。

圖4

從各種故障的實際例子可以發現，配網電力電纜中最容易出現的是高阻故障。幾乎占據了整個故障的70%以上。

2 配網電力電纜的故障探測步驟

當遇到電力電纜發生故障的時候，要采取合理的步驟進行判斷，快速找出癥結所在。而不是面對著故障慌作一團，不知所措。

按照普遍的探測方法是分為三個步驟，那就是先進行診斷，然后是測距，最后是定出故障的所在點。

2.1 診斷

探測電力電纜和給人看病是一個道理，遇到疾病就要找出癥結所在。當遇到電力電纜出現了故障，首先就是要診斷出故障的嚴重程度，判斷故障的類型。這樣才方便于測試人員根據類型進行選擇適當的電纜定點方法和測距。

首先要判斷故障的類型，是否是斷線、低阻或者高阻的現象，以及閃絡性故障等。只有找出了病因才能確定使用哪種維修方法，目前的維修方法主要是直流閃絡法，低壓脈沖反射法和沖擊閃絡法。

2.2 測距

當診斷出了故障的嚴重程度和類型之后，就要對電纜的故障進行測距。這種方法的主要操作辦法是，在電纜的一端作為基準點，然后用儀器來檢測出距離故障點的距離。當然，現在的技術還達不到精準的確定，但可以確定出大致點，縮小尋找故障的范圍。

目前測距的主要方法還是分阻抗測距法和行波測距法兩種。相比之下，這兩種之中的行波測距法使用比較廣泛，還被使用在高電壓架空線中。

行波法是利用已經知道的行波速度，進而測量行波的從開始端和故障點之間的返回總共使用的時間，利用這個時間計算其間的距離。

根據所用的波不相同，這種方法可以分為低壓脈沖反射法和高壓脈沖電流法，以及高壓脈沖電壓法等。

各種方法的原理基本大致是相同的，用圖5可以清楚的體現出來。

圖5

其中的△t表示記錄的時間差值。只要知道了脈沖在電力電纜中的傳播速度 V，就可以利用計算距離的公式計算出?L=v?t/2。

通過這樣的方法，只需要測出往返的時間就可以得出故障點的距離。通過實際使用來看，該方法還是比較實用。

2.3 定點

當確定了好了大致距離之后，就要精心精準的測量，探測出真實的故障點?，F在普遍用的是 l～15kHz的音頻信號發生器來測。

這個操作方法是，當確定了電纜中有故障之后，就通過儀器將音頻信號電流通進去。這樣，通入的音頻電流就能夠在電纜中產生電磁波。再接著用探頭在地面上沿著埋設電纜的路勁一路接收音頻信號，而且要將接收到的音頻信號通過放大送到耳機里，這樣人就可以感應到音頻信號的強弱。

在故障點，因為有一些外界的音頻信號流入，導致送入到耳機的音頻信號電流就要強一些。這樣，就能明顯感受到耳機的聲音比較大。當探頭越過故障點的1～2m之時，耳機里的電流聲音就會明顯減弱。這樣一比較，就可以真實的區分出故障點。

采取這樣的方法尋找故障點，過分的依靠了人的耳朵。當故障點出現的干擾現象不明顯，影響耳機的電流聲也不是很明顯，那么這樣耳朵就感受不出來，這樣根本就探測不出故障點的。為此，依靠音頻信號電流來探測故障點的方法要進行提升才行。

3 對探測故障定位的新技術

采用前面那種依靠耳朵去探聽的做法，存在了很多不足之處。因為畢竟人的聽覺存在較大的誤差，而且區分電流大小也存在著主觀的思想。為此，在這樣的情形之下就必須采用技術先進的定位方法。

3.1 高頻感應法

1）高頻感應法工作原理

對于一個新技術出來之后，在使用之前首先要弄清楚其工作原理。該方法主要是利用高頻信號發生器產生高頻，然后向待測的電纜通上高頻電流。因為有了電場就會產生出磁場，電纜上有了高頻電流就會產生出高頻電磁波。

地面上的人就拿著探頭沿著埋設電纜的路線走，可以感應到電纜發出的高頻電磁波，經過探測儀處理之后就能夠直接在液晶屏幕上顯現出來。然后，根據顯現的數值大小可以判斷出故障點的具體位置?？梢杂脠D6體現出來。

圖6

2）高頻感應法的優點

其一，從目前的技術條件來看，高頻信號源更容易實現且制造起來也很容易。同時高頻信號發生器的裝置體積小，重量和對電源功率要求都小，真正實現了儀器的小型化和便攜式。

其二，高頻信號發出的信號能量較高，穿透力和輻射力都比較強，這樣就能夠連小的故障檢查出來，且更能夠精準的找出電力電纜的故障點。

使用音頻信號不但信號較低，而且還存在了人為的主觀意識。只要一有一些外界干擾，那么測出的故障點又可能就不準確。但是高頻信號的頻頻和工頻的電流，以及高次諧波電流，以及其他環境下的電磁干擾噪聲頻段都比較遠，這樣就不會出現混疊現象，就增強了高頻信號的干擾性能。

其三，高頻信號的波長比較短，所以在使用的時候可以在較短距離范圍內，讓信號的強度從波峰降跌落到波谷。這樣，就可以讓地面的接受儀器更加容易感應到較大電流信號。

反之，音頻信號的波長就比較大，改變就要慢的多。則有就會造成地面接受儀器的靈敏度大大受到影響。

高頻感應法確實從各個方面解決了傳統方法的缺陷，也被越來越廣泛的使用在電力電纜的故障探測之中。

3.2 紅外診斷技術

此外除了使用高頻感應法之外，還有一種紅外診斷技術。自從使用以來，這項技術取得了良好的業績，也為電力電纜帶來了巨大的經濟效益。

該技術的工作原理：電力電纜一旦出現過負荷的現象，其阻抗增大導致發熱也增大，于是就會線芯的溫度更在急劇升高，甚至超過了最大承受溫度。因為故障點的阻抗最大發熱也就最大，只要檢查線芯的溫度，就可以根據溫度的高低去確定故障點。

實用的時候，先用紅外熱像儀來掃描電力電纜表面的溫度，將電纜線芯表面的溫度轉化成為分布圖像。再將這項分布圖像處理成數值分布，建立出傳熱的數學模型。這樣，就可以根據溫度的變化情況，尋找出溫度變化大的那一點，也就故障點。

因為前面說過，電力電纜分為三類故障現象。對于高阻故障來說，當電纜的阻抗一升高就會導致發熱，溫度也會上升。那這個時候實用紅外診斷的時候，溫度就會從外面逐漸增大，越到故障點溫度也就越高，當溫度高到某一個值之后又開始逐漸降低，那么最高之處即為故障點。只要探測出故障點，那就好處理了。

對于低阻故障而言，那就是阻抗變小。這根據發熱的公式可以看出來，阻值變小就會導致溫度降低。那么采用紅外診斷技術的時候，就可以觀察到顯示儀上面的溫度，從高逐漸的變小，當變到一個最小值之后又順著逐漸的升高。那么，從理論上的原因可以分析出來，那個溫度最小值即為故障點。

紅外診斷技術不需要接觸設備，而且操作十分簡單，對故障的檢測速度比較快，工作效率較高。為此，這個技術必將得到廣泛的使用。

4 結論

配網電力電纜肩負著傳送電力的重要任務，關系著千千萬萬用戶的正常生活。出現問題就要及時得到解決，解決速度的快慢就和探測技術有關。只有全面了解配網電力電纜的探測難點，有針對性的做出科學合理的探測方法。

目前，最先進的技術莫過于紅外診斷技術，它可以在不停電的情況之下將故障點查詢出來?？傊綔y故障難度就在于定位，為此一定要使用先進技術，讓配網電力電纜為人們的正常生活服務。

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