摘要：电力电缆是电力传输的介质，更是电网系统中重要的组成部分，其安全性以及可靠性是供电安全的基础和保障。电力电缆在运行过程中由于电力负荷过大、运行环境较差、人员操作不当等因素非常容易引发电力电缆安全事故，增加了电力企业对电力电缆设备故障维护、保养的成本。本文中，作者将分析电网运行过程中电力电缆出现故障的原因并对其进行分类，并介绍常用的电力电缆故障分析与测试方法。
关键词：电力电缆；故障分析与测试
1 电力电缆故障原因分析
电力电缆运行环境多变，受环境因素、设备因素等造成的故障类型也因此多种多样，按主观与客观因素分类可分为环境因素和线缆质量及其它人为因素两种。
（1）环境因素。环境因素是引发电力电缆故障的主要因素，也是电力系统运行过程中故障率最高的原因。①电力电缆安装过程中造成的机械损伤，电缆运行过程中受地质作用造成的损伤；②电缆中间接头受潮引起的电缆损伤；③雷击、电缆内部造成的过电压等。
（2）线缆质量及其它人为因素。我国电力电缆市场鱼龙混杂，各地区、甚至是同一地区同一线路的电缆往往由不同厂家生产，而且电缆质量也参差不齐（如机械强度、绝缘强度不符合要求等）；其次，由于电缆安装、设计等的不合理、施工不规范等都会对电缆质量造成负面影响。
2 电力电缆故障分类及故障诊断步骤
2.1 故障分类
电力电缆故障按照不同的分类方法可以有多种分类，例如按照故障位置可分为电缆本体故障、接头故障；按照故障的可见性可分为封闭性故障和开放性故障；按照电缆接地方式课分为单相接地、多相接地、相间故障以及开路故障等[2]。
2.2 故障检测步骤简述
电力电缆故障的解决前提是对故障类型进行分析以及定位故障点，因此，故障测试的第一要务是故障性质诊断，即确定电缆故障严重的等级及类型；其次，要对故障点进行定位，按照定位精度，该步骤又可分为粗测和精测，前者为利用行波测距法或阻抗测距法在误差允许范围内估计故障的位置，后者则是利用更为精确的测试方法，如利用声波测试法、声磁同步检测法等在粗测范围内对故障点进行精确定位。
3 电力电缆故障分析及测试方法
3.1 电桥法
图1. 经典电桥法
3.2 低压脉冲法
低压脉冲检测法（Low Voltage Impulse）检测电缆故障时，需要向电缆内通入一低压脉冲，电脉冲在电缆中定向传播，当遇到故障点、短路点或者中间接头等阻抗不匹配点时，就会发生反射，然后通过特殊传感器记录反射波，利用脉冲双程旅行时间与脉冲速度，便可计算脉冲发射点到阻抗不匹配点的距离。
式中， Lx为阻抗不匹配点的距离，tx为脉冲往返时间差，v为脉冲传播速度。
测试中应注意，反射脉冲极性的不同，反应的是不同故障的性质，断路故障的反射脉冲极性与发射脉冲极性相同，而短路故障发射与反射脉冲极性则相反。
3.3 冲闪法
冲击高压闪络测试法（Impulse flash method）适用范围较广，能够有效识别低阻故障、高阻故障、断路性故障等。经过数据统计，在预防性实验击穿故障中，高阻故障占到了90%以上，因此需要采用合适的检测手段对这一故障进行分析。在高压加压试验之前，一定要通知无关人员退离试验区，确保电缆终端悬空并要有专人看管试验现场，确保人员人身安全。
冲闪法又可细分为电感冲闪法和电阻冲闪法，前者的适用范围更广，特别是在高阻电缆故障检测中具有的优势更大。
3.4 跨步电压法
跨步电压法（Step method）主要应用于超高压电缆绝缘外套的故障，以及对各种电力电缆故障点的精确定位。向电力电缆中加特殊信号时，会在电缆故障点周围产生有方向性的电场梯度，当沿电缆进行测量时可以检测到故障信号的幅度，并用其检流计正负来表示方向，从而实现故障点的精确定位。而测量的是两点间电场信号的强弱，因此称之为跨步电压。跨步电压故障定位法在一定程度上消除了传统测量对PVC或五通屏蔽低压电缆等的误区。
3.5 局部放电法
局放法也是用来检测电缆故障常用手段之一，其通过在被测电缆两端施加高电压，进而在电缆故障或缺陷处出现局部放电现象，而当产生局部放电现象时会伴有电信号产生，进而用特殊的传感器记录电信号相关参数，并对获取到的信号参数进行分析、处理，从而准确定位电缆故障及类型。由此看来，局放法检测电缆故障的关键在于对局放信号的获取和分析，目前已有的局放信号传感器主要有以下几种：
（1）脉冲电流法及线性耦合器
施加高电压时，通常是向电缆中通入一脉冲电流，然后用线性耦合器采集局放行波信号，继而实现测量装置与高压回路的线性耦合，这种方法也是目前唯一有国家标准GB/T7354-2003/IEC60270：2000的局放检测方法，其具有分辨率高、操作容易等优点。
（2）声波探测器
局部放电的同时会产生较强的机械波，通过射波探测器提取电缆中的声波信号，并通过一定的数学物理手段提高信噪比，能够有效得到电缆故障的相关信息。由于声波的扩散效应，其能量衰减较快，所以声波传感器适用于在故障点周围的近距离故障检测。
（3）超高频天线
超高频天线能够检测频率非常高的电信号，并且可以避开低频噪声干扰，提高信噪比，检测方法灵敏度较高。
（4）铂电极对或耦合电容
这种检测方法通过在电缆绝缘接线盒两侧贴加铂电极对的方式，采集局放信号，当局放信号在接线盒一侧发生时，另一侧电缆作为耦合电容将局放电流信号转化为电压信号并经信号放大器将信号放大以便检测。
3.6 其他方法
除上述检测方法外，还有恢复电压法、等温松弛电流法、tanδ检测法等。
4 结语
电力电缆作为电力传输的介质，其安全性与可靠性关系到电力系统的正常运行，因此对供电安全起着至关重要的作用。当电力电缆出现故障之后，如何及时地定位故障点、确定故障类型并选择合适的处理方案恢复正常供电，对电力企业服务质量的提升具有非常重要的现实意义，也能够有效提升企业的经济效益，在广大电力用户心中树立起企业的良好形象[2]。电缆故障分析与检测手段将向着更加智能化、自动化的方向发展，未来还要加强对电缆信号降噪的研究。
参考文献：
[1]丁勇. 浅析电力电缆故障测试与分析方法[J]. 企业技术开发,2011,(24):107-108.
[2]魏书宁. 电力电缆故障检测的方法与分析[A]. 中国自动化学会、广东省科学技术协会、广州市经济委员会、广东省自动化学会.04'中国企业自动化和信息化建设论坛暨中南六省区自动化学会学术年会专辑[C].中国自动化学会、广东省科学技术协会、广州市经济委员会、广东省自动化学会:,2004:5.
论文作者:谢振俊
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/17
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