电力电缆故障原因及其普通地检测方法(超全讲解.).doc

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1、/电力电缆故障原因及常用的检测方法（超全讲解）盲目的进行电缆故障查找工作往往费时费力而且无法准确的进行故障定点判断，这不是因为电缆故障种类的复杂造成，而是因为电缆周边环境所造成的。 1、 电力电缆基础理论我们目前采用的电缆故障查找方法离不开：故障诊断、粗测定点与精确定点三个步骤。但是往往在实际测试中能够确定故障类型，做到粗测定点，但是却无法真正精确定点进行开挖。这种原因的形成是因为客观存在的我们听得到的因素（公路或施工处振动噪声过大等原因）和看不到的因素（电缆走向、电缆埋设深度过深、故障点在积水中、电缆施工时余留不规范等原因）所造成的。 因此在电缆故障查找前通过电缆施工、运行管理人员明确电缆长

2、度、电缆走向、周边特殊情况、中间头位置、周边是否存在施工等要因是电缆故障查找前不可或缺的准备工作。2、 电缆故障原因及测量仪器了解电缆故障的原因，对于减少电缆的损坏，快速地判定出故障点是十分重要的。/注：（HZ-TC 电缆电缆故障故障测试仪测试仪）电缆故障测试仪是我公司根据用户要求，从现场使用考虑，精心设计和制造的全新一代便携式电缆故障测试仪器。它秉承我们一贯高科技、高精度、高质量的宗旨，将电缆测试水平提高到一个新境界。电缆故障测试仪（闪测仪）可用于检测各种电缆的低阻、高阻、短路、开路、泄漏性故障以及闪络性故障，可准确的检测地下电缆的故障点位置、电缆长度和电缆的埋设路径。具有测试准确、智能化程

3、度高、适应面广、性能稳定以及轻巧便携等特点。仪器采用汉字系统，高清晰度显示，界面友好。电缆寻迹及故障定点是由路径仪、定点仪、T 型探头、A 字架、听筒等组成。本仪器是电缆故障定位测试的专用仪表，适用测试对象为具有金属导体（线对、护层、屏蔽层）的各种电缆。其主要功能为对地绝缘不良点的定位测试，线缆路径的探测以及线缆埋深的测试。/注：（HZ-TCD 全智能多次脉冲电缆故障测试仪）全智能多次脉冲电缆故障测试仪是我公司为了迎合电力工业电力时代的到来，在集成了电缆故障测试行业的诸多精品方案，以 IT 时代的快速发展为契机,将单片机及笔记本式的电缆故障测试仪彻底摒弃，在嵌入式计算机平台的基础上打造出适合电

4、缆故障测试行业自身特点的网络化电缆故障测试服务平台，并且系统化得集成了 USB 通信技术,触摸屏技术，3G 通信技术，极大提高了仪器的使用功能和利用价值以及便捷的现场环境操作。考虑到现在地埋电缆日益增多；整套系统满足中华人民共和国电力行业标准DL/T849.1 DL/T849.3-2004电力设备专用测试仪器通用技术条件，该系统测试由系统主机、多次脉冲产生器、故障定位仪和电缆路径仪四部分组成，用于电力电缆各类故障的测试，电缆路径、电缆埋设深度的寻测以及铁路机场信号控制电缆和路灯电缆故障的精确测试。电缆故障的原因大致可归纳为以下几类：/2.1、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

5、。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. 2、绝缘受潮 绝缘受潮后引起故障。造成电缆

6、受潮的主要原因有：（1）、因接头盒或终端盒结构不密封或安装不良而导致进水；（2）、电缆制造不良，金属护套有小孔或裂缝；（3）、金属护套因被外物刺伤或腐蚀穿孔；2. 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。/过热也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。2.4、过电

7、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。2. 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。2.6、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。2.7、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、

8、开裂或穿孔，造成故障。2.8、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。/在分析电缆故障发生的原因以及寻找故障点时，极为重要的是：要特别注意了解高压电缆敷设、故障及修复的情况。要注意做好电缆安装敷设及故障修复过程中的记录工作。记录应主要包括以下内容：（1）、线路名称及起止地点。（2）、故障发生时间。（3）、故障发生的地点及排除经过。（4）、电缆规范：如电压等级、型式、导体截面、绝缘方式，制造厂名及购置日期等。（5）、装置记录：如安装日期及气候，各个对接头、三通接头的设计型式、绝缘

9、种类、热处理温度及精确位置。（6）、电缆的埋设情况：如电缆弯曲半径的大小，路径的走向，有无反常的敷设深度或者有特别的保护措施，如钢板、穿管和排管等；电缆敷设中的技工和技术人员的姓名（这也常常是提供重要线索的来源之一）。（7）、电缆周围环境情况：如临近故障处的地面情况，有无新的挖土、打桩或埋管等工程，泥土中有无酸或碱的成分，是否夹有小石块，附近地区有无化学工厂等。（8）、运行情况：如电缆线路负荷及温度等。（9）、校验情况：包括试验电压、时间、泄漏电流及绝缘电阻的数值、历史记录。由于制造缺陷而造成的电缆故障是不多的，分析了解可能造成电缆故障的原因，对寻找电缆故障点是很有帮助的。例如，通过测距知道了

10、电缆的故障距离，而在对应位置上，发现近期进行过城建施工，就可以怀疑为在施工的过程中损伤了被测电缆而引起了故障，往往不需要费很大功夫，就能很快地对故障进行定点。3、 电缆故障的性质与分类/电缆故障从型式上可分为串联与并联故障。串联故障指电缆一个或多个导体（包括铅、铝外皮）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。实际的故障型式组合是很多的，图 1 给出了可能性较大的几种故障形式。例如：图 1.c 所示，导体断路往往是电缆故障电流过大而烧断的，这种故障一般伴有并联接地或相间绝缘下降的情况。实际发生的故障绝大部分是单

11、相对地绝缘下降故障。/图 1 几种电缆故障形式电缆故障点可用图 2 所示电路来等效。Rf 代表绝缘电阻，G 是击穿电压为 Vg 的击穿间隙，Cf 代表局部分布电容，上述三个数值随不同的故障情况变化很大，并且互相之间并没有必然的联系。图 2 电缆故障等效电路间隙击穿电压 Vg 的大小取决于放电通道的距离，电阻 Rf 的大小取决于电缆介质的碳化程度，而电容 Cf 的大小取决于故障点受潮的程度，数值很小，一般可以忽略。根据故障电阻与击穿间隙情况，电缆故障可分为开路、低阻、高阻与闪络性故障，如表 1 所示。表 1 电缆故障性质的分类/说明：表中 Z0 为电缆的波阻抗值，电力电缆波阻抗一般在 10-40

12、 之间。以上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测试，而闪络性故障可用直流闪络法测试。现场人员有把 Rf100K 的故障称为低阻故障的习惯，主要是因为传统的电桥法可以测量这类故障。智能型电缆故障闪测仪，Rf1K 以下的故障，也就是用万用表能够直接测量出来绝缘电阻的故障，才可以称为低阻故障。高压摇表测试电阻为零，可能还是高阻故障。据统计，高阻及闪络性故障约占整个电缆故障总数的 90%以上。现场是通过试验方法区分高阻与闪络性故障的。图 3 给出了电缆耐压试验等效电路，其中 Rs 为试验设备内阻，E 为设备所能提供

13、的直流电压值，电阻 Rf 与临界击穿电压为 Vg 的间隙并联代表故障点。/图 3 电缆耐压试验等效电路由图 3 可知，在对电缆进行高压绝缘试验时，电缆故障点所能获得的电压为：对闪络性故障来说 Rf 较大，故障间隙两端电压可以增加至很高，当试验电压升至某一值时，故障点击穿放电，电流突然升高，电压突然下降。预防性试验中发生的故障多属闪络性故障。高阻故障的故障点电阻 Rf 较小（但大于 10Z0，电缆特性阻抗的 10 倍），导致故障点两端所加电压不能升至高于故障点击穿电压，也就不能使故障点击穿。因此，可以从在对电缆进行高压绝缘试验时有无故障点击穿现象判断电缆存在高阻还是闪络性故障。显然，高阻与闪络性

14、故障的区分不是绝对的，它与高压试验设备的容量或试验设备的内阻等因素有关。/实际上还存在一种封闭性故障，它多发生于电缆接头或终端头内，特别是多发生在浸油的电缆头内。发生这类故障时，有时在某一试验电压下绝缘击穿，待绝缘恢复，击穿现象便完全消失，这类故障称为封闭性故障，因故障不能再现，寻找起来就比较困难。4、 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。4. 1. 电缆故障性质诊断 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。4.2. 电缆故障测距 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，测试现场

15、常用的故障测距方法有：古典电桥法（高压电桥、低压电桥）与现代行波法（脉冲法：低压脉冲法，高压脉冲法）。4.3. 电缆故障定点 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，确定出一个大体方位来，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。/5、电缆故障

16、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

17、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。现将一故障电缆的测量结果列于表 2 中，供参考。根据表 2 所列绝缘电阻之测量结果，可以分析出此故障是两相接地；根据“导通试验”结果，以确定三相电缆未发生断线。此故障点的状态，如图 4 所示。表 2 绝缘电阻的测量与“导通试验” /图 4 电缆线路故障状态图由于兆欧表分辨率比较差，当指示为零时，不能以为故障电阻就是零欧姆，要用万用表测量故障电阻的精确值，以确定故障是否是属于低阻的。可通过耐压试验确定高阻与闪络性故障，弄清

18、故障点的击穿电压。6、 不同的电缆故障探测方法的简介/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。6. 1.故障测距 （1）、电桥法电桥法是一种最为经典测试电缆故障测距方法。如图 5 所示:图 5 电桥测距原理/电桥法测试线路的连接如图 5a 所示，将被测电缆终端故障相与非故障相短接，电桥两臂分别接故障相与非故障相，图 5b 给出了等效电路图。仔细调节 R2 数值，总可以使电桥平衡，即 CD 间的电位差为 0，无电流流过检流计，此时根据电桥平衡原理可得：R3/R4=R1/R2 （1.1）R1、R2 为已知电

19、阻，设：R1/R2=K，则R3/R4=K由于电缆直流电阻与长度成正比，设电缆导体电阻率为 R0，L 全长代表电缆全长， LX 、L0 分别为电缆故障点到测量端及末端的距离，则 R2 可用（L 全长+L0）R0 代替，根据式（1.1）可推出：L 全长+L0=KLX而 L0=L 全长-LX，所以LX=2L 全长/（K+1）电缆断路故障可用电容电桥测量，原理与上述电阻电桥类似。电桥法优点是简单、方便、精确度高，但它的重要缺点是不适用于高阻与闪络性故障，因为故障电阻很高的情况下，电桥里电流很小，一般灵敏度的仪表，很难探测，实际上电缆故障大部分属于高阻与闪络性故障。在用电桥法测量故障距离之前，需用高压设

20、备将故障点烧穿，使其故障电阻值降到可以用电桥法进行测量的范围，而故障点烧穿是件十分困难的工作，往往要花费数小时，甚至几天的时间，十分不方便，有时会出现故障/点烧断，故障电阻反而升高的现象，或是故障电阻烧得太低，呈永久短路，以至不能用放电声测法进行最后定点。电桥法的另一缺点是需要知道电缆的准确长度等原始技术资料，当一条电缆线路内是由导体材料或截面不同的电缆组成时，还要进行换算，电桥法还不能测量三相短路或断路故障。现在现场上电桥法用的越来越少了，不过一些测试人员，尤其是老的测试人员，仍然习惯于使用该方法。特别是对一些特殊的故障没有明显的低压脉冲反射，但又不容易用高压击穿，如故障电阻不是太高的话，使

21、用电桥法往往可以解决问题。(2)、低压脉冲反射法低压脉冲反射法，又叫雷达法，是受二次世界大战雷达的启发而发明的，它通过观察故障点反射脉冲与发射脉冲的时间差测距。低压脉冲反射法的优点是简单、直观、不需要知道电缆的准确长度等原始技术资料。根据脉冲反射波形还可以容易地识别电缆接头与分支点的位置。低压脉冲反射法的缺点是仍不能适用于测量高阻与闪络性故障。（3） 高压脉冲电压法高压脉冲法，又称闪测法，是六十年代发展起来的一种高阻与闪络性故障测试方法。现在国内大多数企业生产、销售该原理的电缆故障闪测仪。首先使电缆故障闪测仪，在直流高压或脉冲高压信号的作用下击穿故障点，然后，通过观察放电电压脉冲在测试点与故障

22、点之间往返一次的时间测距。脉冲高压法的一个重要优点是不必将高阻与闪络性故障烧穿，直接利用故障击穿产生的瞬间脉冲信号，测试速度快，测量过程也得到简化，是电缆故障测试技术的重大进步。/高压脉冲电压法的缺点如下：A.安全性差，仪器通过一电容电阻分压器分压测量电压脉冲信号，仪器与高压回路有电耦合，很容易发生高压信号串入，造成仪器损坏。B.在利用闪测法测距时，高压电容对脉冲信号呈短路状态，需要串一电阻或电感以产生电压信号，增加了接线的复杂性，且降低了电容放电时加在故障电缆上的电压，使故障点不容易击穿。C.在故障放电时，特别是进行冲闪测试时，分压器耦合的电压波形变化不尖锐，难以分辨。（4）、高压脉冲电流法

23、高压脉冲电流法是八十年代初发展起来的一种测试方法，以安全、可靠、接线简单等优点显示了强大的生命力。高压脉冲电流法与高压脉冲电压法的区别在于：前者通过一线性电流耦合器测量电缆故障击穿时产生的电流脉冲信号，成功地实现了仪器与高压回路的电耦合，省去了电容与电缆之间的串联电阻与电感，简化了接线，传感器耦合出的脉冲电流波形亦比较容易分辨。（5）、对测距方法与仪器选择的建议目前，普遍采用脉冲测距法。低阻与断路故障采用低压脉冲反射法，它比电桥法简单直接；测量高阻与闪络性故障采用高压脉冲电流法；两者都是通过脉冲信号在故障点与测量点之间往返一次时间测距，但前者是主动向/电缆发射探测电压脉冲，后者是被动记录故障击穿产生的瞬间脉冲电流信号；信号的记录与处理显示可由同一个电路完成，故可方便地使仪器同时实现两个功能。6. 2. 故障定点 电缆故障的精确定点是故障探测的关键。目前，比较常用的方法是冲击放电声测法及主要用于低阻故障定点的音频感应法。实际应用中，往往因电缆故障点环境困素复杂，如振动噪声过大、电缆埋设深度过深等，造成定点困难，成为快速找到故障点的主要矛盾。声磁同步检测法，提高了抗振动噪声干扰的能力；通过检测接收到的磁声信号的时间差，可以估计故障点距离探头的位置；比较在电缆两侧接收到脉冲磁场的初始极性，亦可以在进行故障定点的同时寻找电缆路径。