4-15電力電纜故障分析及檢測VIP

1、電力電纜故障分析及檢測高俠（江西南昌供電公司）摘要本文詳細介紹了各種行之有效的電纜故障檢測方法，分三個部份，分別為電力電纜故障性質的分析方法、電力電纜故障粗測方法、電力電纜故障的精確定點方法。此類研究工作將對本公司今后電纜故障搶修工作帶來一定的意義。關鍵詞分析故障性質 故障點粗測 故障點定位0前言隨著我國經濟的迅猛發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，高層建筑越來越多，人口越來越密集，以及電力兩網改造的完成，安全方便的電力電纜應用日益廣泛。但由于電纜長時間運行，就難以避免的因外力破壞和自身絕緣老化等原因引起各種類型的電纜故障。同時由于電纜多數(shù)敷設于地下，屬于隱蔽工程，故障點的查找不如架空輸電線路直觀，如不

2、能及時排除故障、恢復供電，往往造成停電停產的重大損失。所以如何用最快的速度、最低的維修成本恢復供電是各供電部門在遇到電纜故障時最關心的課題。電纜故障的檢測，無論選用哪種測試方法，均需按照一定的程序和步驟進行。一般來說分三個步驟：分析故障性質、故障點粗測、故障點定位。1電力電纜故障性質的分析方法1.1電力電纜故障的分類目前電力電纜故障可能涉及到三大類故障：導體故障（芯線及金屬屏蔽層）。主絕緣故障。護套故障。但由于電力電纜的種類繁多，結構組成不盡相同，加之根據不同部門的需要，可以有不同的分類方法，簡單歸納為以下幾種情況。1.1.1電纜故障按故障部位分類1）主絕緣故障。電纜的導體芯線與地或金屬屏蔽層

3、之間絕緣受損形成各種性質故障。一般來講，35KV及以下等級電纜，其絕大多數(shù)故障屬于此類故障。2）護套故障。一般指電纜的金屬護套（層）或絕緣護套受損形成的故障，實際中能夠發(fā)現(xiàn)的是金屬護套對大地之間絕緣護套的故障。此類故障以泄漏性故障居多。護套故障只有在35KV及以上高電壓等級的單芯電力電纜才涉及到。3）本體故障。完整的輸電電纜由電纜本體和電纜接頭兩大部分組成，因此電纜的故障肯定發(fā)生在電纜本體和電纜接頭。電纜的本體可出現(xiàn)不同性質的故障，通常因產品質量和外因損壞為主要原因。4）接頭故障。使用電纜供電，不論電纜長短，肯定存在終始端兩個接頭。對于長距離供電電纜或者電纜出現(xiàn)故障修復后，電纜也肯定有連接頭，

4、即中間接頭。通常電纜故障的相當一部分為接頭故障，其表現(xiàn)性質各不相同，但通常以多相并對地泄漏性高阻故障居多。1.1.2電纜故障按故障時間分類1）運行故障。運行故障是指電纜在運行中因絕緣擊穿或導線燒斷而引起保護器動作，突然停止供電的故障。此類故障通常以單相或多相并對地泄漏性故障較多。2）試驗故障。試驗故障是指在預防性試驗中絕緣擊穿或絕緣不良而必須進行檢修后才能恢復供電的故障。1.1.3電纜故障按故障責任分類1）人員過失。電纜選型不當，三頭結構設計失誤，運行不當，維護不良等。2）設備缺陷。電纜制造缺陷，電纜三頭附件材料缺陷，利用舊設備的遺留缺陷，安裝方式不當或施工工藝不良等原因造成的三頭質量缺陷。3

5、）自然災害。雷擊、水淹、臺風襲擊、鳥害、蟲害、泥石流、地沉、地震、天體墜落等。4）正常老化。一般電纜運行30年以上的絕緣老化，戶外頭運行20年以上的浸潮，垂直敷設油紙電纜在20年以上的高端干枯等。5）外力損壞、腐蝕、用戶過失及新產品、新技術的試用等。1.1.4電纜故障按故障性質分類1）短路（接地）型：電纜一相或數(shù)相導體對地或導體之間的絕緣發(fā)生貫穿性故障。根據短路（接地）電阻的大小又有高電阻、低電阻和金屬性短路（接地）故障之分。2）斷線型：電纜一相或數(shù)相導體不連續(xù)的故障。3）閃絡型：電纜絕緣在某一電壓下發(fā)生瞬時擊穿，但擊穿通道隨即封閉，絕緣又迅速恢復的故障。4）復合型：電纜故障具有兩種以上的故障

6、特點。電力電纜線路常見故障故障性質故障特點常見類型低電阻接地或短路故障電纜線路一相導體或數(shù)相導體對地或數(shù)相導體之間的絕緣電阻低于某一種數(shù)值（此數(shù)值并非固定不變，它主要取決于測試設備的條件，如測試電源電壓的高低、檢流計的靈敏度等），而導體的連續(xù)性良好。單相接地、二相短路、二相短路接地、三相短路接地等。高電阻接地或短路故障與低電阻接地或短路故障相似，但區(qū)別在于接地或短路的電阻大于某一數(shù)值（此數(shù)值并非固定不變，它主要取決于測試設備的條件，如測試電源電壓的高低、檢流計的靈敏度等）。單相接地、二相短路、二相短路接地、三相短路接地等。斷線故障電纜各相導體的絕緣電阻符合規(guī)定，但導體的連續(xù)性試驗證明有一相或數(shù)

7、相導體不連續(xù)。單相斷線、二相斷線、三相斷線。閃絡故障低電壓時電纜絕緣良好，當電壓升高到一定數(shù)值或在某一較高電壓持續(xù)一定時間后，絕緣發(fā)生瞬時擊穿現(xiàn)象。單相閃絡、二相閃絡、三相閃絡。復合型故障電纜線路具有兩種或兩種以上故障特性。接地斷線、斷線閃絡、斷線短路等。1.2電力電纜故障的判別方法上述較詳細地分析了電力電纜的故障分類，以下僅從用戶管理的角度講述電力電纜故障的判別方法。分析故障類型，總結如下：電力電纜故障導體損傷斷線故障絕緣損傷泄漏性故障低阻故障高阻故障閃絡性故障高阻故障護套故障低阻故障高阻故障1.2.1斷線故障斷線故障的判斷方法見圖1（附圖1）圖1斷線故障的判斷方法（a）單芯電纜；（b）三芯

8、電纜附圖1：對于單芯電纜，在終端將線芯與金屬屏蔽層短接，在始端用歐姆表（三用表）測試A到屏蔽層的電阻值，R應稍大于R0=L/S（），一般應滿足RA2 R0條件。若RA=，為斷線故障。對于三芯電纜，若電纜有金屬屏蔽層，在終端將三相與金屬屏蔽層短接，用歐姆表在始端分別測試三相對屏蔽層以及三相間的電阻值，三相電阻應基本平衡且應滿足RA、B、C2 R0條件。若RAB、RBC、RAC任意兩組數(shù)數(shù)據與RA、RB、RC任意一組數(shù)據中的電阻值為時，可判斷為斷線故障。若電纜無金屬屏蔽層，可不測試相對地電阻，應測相間電阻。注意在判別時盡可能不要使用兆歐表，因為斷線故障的故障點處絕緣可能碳化并形成較低電阻的碳化通道

9、，從而在兆歐表測試下可能呈現(xiàn)電阻為零的假象，造成誤判斷。另一種判別方法就是應用低壓脈沖法測試。通過用脈沖法測試電纜的相對長度及脈沖反射波形來判斷電纜是否存在斷線故障，此時無需將電纜另一端短接。此方法對芯線及金屬蔽層都可非常有效地檢測。1.2.2泄漏性低阻故障（簡稱低阻故障）依據電阻電橋法或依據低壓脈沖法，低阻故障有兩個不同的定義。1）依據電橋法。用歐姆表或萬用表測試電纜相間和對地（或金屬屏蔽層）的電阻值，若電阻值小于10K可認為是低阻故障。2）依據脈沖法。最好的判別方法是用低壓脈沖法測試相間或相對地的波形，若波形中產生與儀器發(fā)射脈沖反極性的反射波形時，一般可判定電纜存在有低阻故障。但應區(qū)分是否

10、是電纜中的接頭反射波，因為有些接頭的反射極性與低阻故障類似。一般來講，低阻故障應小于幾千歐。1.2.3泄漏性高阻故障相對于低阻故障，若用電阻電橋和脈沖法測試不了的相間或相對地泄漏性故障，通常還有兩種判別方法：1）兆歐表或歐姆表法。若用兆歐表或歐姆表測得相間或相對地電阻遠小于電纜正常絕緣電阻值時，可判別為泄漏性故障。一般電阻值在數(shù)千歐至幾十兆歐。2）直流耐壓預試。在電纜的額定電壓下分相加直流電壓，當電纜的泄漏電流值Ig隨預試電壓的升高而連續(xù)增大，并遠大于電纜的允許泄漏值時，即可判斷電纜有泄漏性故障，其阻值可進一步通過兆歐表來測試。1.2.4閃絡性高阻故障（簡稱閃絡性故障）由于閃絡性故障幾乎全在高

11、阻狀態(tài)，且阻值很高，通常稍低于或相等于電纜正常的絕緣電阻值。因此，在現(xiàn)場只有通過做預試一種方法來判別。在電纜的允許額定試驗電壓下，當試驗電壓高于某一電壓值時（未超過額定試驗電壓），泄漏電流值突然增大，而當試驗電壓下降后，泄漏電流值恢復正常，此時可判斷電纜存在閃絡性故障。1.2.5護套故障實際中，在66KV及以上等級或特殊電纜才存在護套故障，其故障性質多為泄漏性高阻或低阻故障，所以一般可通過兆歐表或歐姆表來判知。1.3電力電纜故障的成因及其特征電力電纜除運行故障外，一般是通過不同的檢查、試驗方法發(fā)現(xiàn)其故障的存在，但電力電纜故障絕不是檢查試驗所造成的。通過分析統(tǒng)計得出，電力電纜故障主要與以下幾種因

12、素有關。1.3.1機械損傷。機械損傷類故障比較常見，所占的故障率最大（約為57%），其故障形式比較容易識別，大多造成停電事故。一般造成機械損傷的原因有以下幾種：1）直接受外力損壞。如進行城市建設，交通運輸，地下管線工程施工、打樁、起重、轉運等誤傷電纜。2）施工損傷。如機械牽引力過大而拉損電纜；電纜彎曲過度而損傷絕緣層或屏蔽層；在允許施工溫度以下的野蠻施工致使絕緣層和保護層損傷；電纜剝切尺寸過大、刀痕過深等損傷。3）自然損傷。如中間接頭或終端頭的絕緣膠膨脹而脹裂外殼或附近電纜護套；因自由行程而使電纜管口、支架處的電纜外皮擦破；因土地沉降、滑坡等引起過大拉力而拉斷中間接頭或電纜本體；因溫度太低而凍

13、裂電纜或附件；大型設備或車輛的頻繁振動而損壞電纜等。1.3.2絕緣受潮。絕緣受潮是電纜故障的又一主要因素，所占的故障率約為13%，絕緣受潮一般可在絕緣電阻和直流耐壓試驗中發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)為絕緣電阻降低，泄漏電流增大。一般造成絕緣受潮的原因有以下幾種：1）中間接頭或終端頭密封工藝不良或密封失效。2）電纜制造不良，電纜外護層有孔或裂紋。3）電纜護套被異物刺穿或被腐蝕穿孔。1.3.3絕緣老化。電纜絕緣長期在電和熱的作用下運行，其物理性能會發(fā)生變化，從而導致其絕緣強度降低或介質損耗增大而最終引起絕緣崩潰為絕緣老化，絕緣老化故障率約為19%。運行時間特別久（3040年以上）的則稱為正常老化。如屬于運行不當而在

14、較短年份內發(fā)生類似情況者，則認為是絕緣過早老化。引起絕緣老化過早老化的主要原因有：1）電纜選型不當，致使電纜長期在過電壓下工作。2）電纜線路周圍靠近熱源，使電纜局部或整個電纜線路長期受熱而過早老化。3）電纜工作在與電纜絕緣起不良化學反應的環(huán)境中而過早老化。1.3.4過電壓。電力電纜因雷擊或其他沖擊過電壓而損壞的情況在電纜線路上并不多見。因為電纜絕緣在正常的運行電壓下所承受的電應力，約為新電纜所能承受的擊穿試驗時承受電應力的十分之一。因此，一般情況下，34倍的大氣過電壓或操作過電壓對于絕緣良好的電纜不會有太大的影響。但實際上電纜線路在遭受雷擊時被擊穿的情況并不罕見。從現(xiàn)場故障實物的解剖分析可以確

15、認，這些擊穿點往往早已存在較為嚴重的某種缺陷。雷擊僅是較早地激發(fā)了該缺陷。容易被過電壓激發(fā)而導致電纜絕緣擊穿的缺陷主要有：1）絕緣層內含有氣泡、雜質或絕緣油干枯。2）電纜內屏蔽層上有節(jié)疤或遺漏。3）電纜絕緣已嚴重老化。1.3.5過熱。電纜過熱有多方面的原因，從近幾年我單位電纜運行情況的統(tǒng)計分析上來看，主要有以下原因：1）電纜長期過負荷工作。2）火災或鄰近電纜故障的燒傷。3）靠近其他熱源，長期接受熱輻射。過負荷是電纜過熱的重要原因。電纜過負荷（在電纜載流量超過允許值或異常運行方式下）運行，未按規(guī)定的電纜溫升和整個線路情況來考慮時，會使電纜發(fā)生過熱。例如在電纜比較密集的區(qū)域，電纜溝及隧道通風不良處

16、，電纜穿在干燥的管中部分等，都會因電纜本身過熱而加速絕緣的損壞。橡塑絕緣電纜長期過熱后，絕緣材料發(fā)生變硬、變色、失去彈性、出現(xiàn)裂紋等物理變化；油紙電纜長期過熱后，絕緣干枯、絕緣焦化，甚至一碰就碎。另外過負荷也會加速電纜鉛包晶粒再結晶而造成鉛包疲勞損傷；在大截面較長電纜線路中，如若裝有灌注式電纜頭，因灌注材料與電纜本體材料的熱膨脹系數(shù)相差較大，容易造成脹裂殼體的嚴重后果。對于因火災或鄰近電纜故障的影響等外來的過熱損傷，多半可從電纜外護層的灼傷情況加以確認，比較容易識別。由于我單位比較重視電纜線路與熱力管線接近情況，并采取一定的措施，因此引起過熱損壞情況及為罕見。1.3.6產品質量缺陷。電纜及電纜

17、附件是電纜線路中不可缺少的兩種重要材料。它們的質量優(yōu)劣，直接影響電纜線路的安全運行。由于一些施工單位缺乏必要的專業(yè)技術培訓，使電纜三頭的制作質量存在較大的質量問題。這些產品質量缺陷可歸納為以下幾個方面：1）電纜本體質量缺陷。油紙電纜鉛護套存在雜質砂粒、機械損傷及壓鉛有接縫等；橡塑電纜主絕緣層偏芯、內含氣泡、雜質，內半導電層出現(xiàn)節(jié)疤、遺漏，電纜貯運中不封端而導致線芯大量進水等；上述缺陷一般不易發(fā)現(xiàn)，往往是檢修或試驗中發(fā)現(xiàn)其絕緣電阻低、泄漏電流大，甚至耐壓擊穿。2）電纜附件質量缺陷。傳統(tǒng)三頭質量缺陷有：鑄鐵件有砂眼，瓷件強度不夠，組裝部份加工粗糙，防水膠圈規(guī)格不符或老化等。熱縮和冷縮電纜三頭質量缺

18、陷有：絕緣管內有氣泡、雜質或厚度不均，密封涂膠處有遺漏等。3）三頭制作質量缺陷。傳統(tǒng)式三頭制作質量缺陷主要有：絕緣層繞包不緊（空隙大）、不潔、密封不嚴，絕緣膠配比不對等。熱縮三頭制作質量缺陷主要有：半導電層處理不凈，應力管安裝位置不當，熱縮管收縮不均勻，地線安裝不牢等。預制件套裝時剩余應力太大等。另外，電纜線路中也有一些是拆用舊電纜及附件的情況，這種以舊充新或以舊補舊的做法雖然在利用材料，節(jié)省資金方面有好處，但對設備完好率卻影響很大，建議施工和運行單位謹慎對待。1.3.7設計不良。電力電纜發(fā)展到今天，其結構與型式已基本穩(wěn)定，但電纜中間頭和終端頭的各種電纜附件卻一直在不斷地改進。這些新型電纜附件

19、往往在新設備、新材料、新工藝上沒有取得足夠的運行經驗，因此在選用時應慎重，最好根據其運行經驗成熟與否，逐步推廣使用，以免造成大面積質量事故。屬于設計不良的主要弊病有：1）防水不嚴密。2）選用材料不妥當。3）工藝程序不合理。4）機械強度不充足。注：在對電纜故障發(fā)生原因的分析中，特別重要的是要了解電纜敷設中的情況。若電纜外表觀察到可疑之點，則應查閱電纜安裝敷設工作完成后的正確記錄。這些記錄應包括以下細節(jié)：銅芯或鋁芯導線的截面積；絕緣方式；各個對接頭的精確位置；三通接頭的精確位置；電纜路徑的走向；某一電纜到別的電纜或接頭的情況（這一點，十分重要），以及兩種不同截面積的電纜對接頭的精確位置和有無反常的

20、敷設深度或者有特別的保護措施，如鋼板、穿管和排管等；電纜敷設的技工和技術員的姓名（這常常能提供重要的線索）；歷次發(fā)生故障的地點及排除經過等。電力電纜故障的成因分析： 電力電纜故障粗測方法所謂粗測，就是測出故障點到電纜任一端的大致距離。粗測是故障精確定點前的必要準備。近些年來，國內外都很重視電力電纜故障探測技術的開發(fā)研究。早期的方法是，使高阻故障經過燒穿后變成低阻故障，而后再用電橋法或低壓脈沖反射法進行粗測。因為采用這種方法進行“燒穿”很費時間、人力和電力，而且需要龐大的設備。目前已經開發(fā)出可靠的沖擊高壓閃絡法、二次脈沖法、智能高壓電橋法等先進測試技術。所以，現(xiàn)在探測電力電纜故障時，不再將高阻故

21、障“燒穿”，而是直接對故障電纜的故障相施加直流高壓或沖擊高壓，使故障點電離放電閃絡，然后再通過閃絡脈沖的反射波粗測出故障點的位置。粗測法實際上可歸納為兩類，即經典法（如電橋法及其變形等）和現(xiàn)代法（如脈沖反射法）?，F(xiàn)代法與經典法相比，具有下列優(yōu)點： 可以不依賴準確的電纜資料。如長度、截面、接頭或分支位置、敷設圖等。 測試簡便。由于不需要“燒穿”降阻，使測試設備得到簡化，測試程序變得簡單。 測試效率高。由于高阻故障無需漫長的“燒穿”降阻過程，縮短了測試時間，使得測試效率大為提高。 測試更精確?，F(xiàn)代的脈沖反射法采用先進的微電子技術，尤其是引入了人工智能技術，無需人工換算使現(xiàn)代測試結果更加精確。 適用

22、范圍廣?，F(xiàn)代脈沖反射法不像經典法那樣具有應用的局限性，無論是哪種電纜故障，都可以通過脈沖反射測試技術得到快速、準確的測試結果，因此具有更加廣泛的適用性。 適于發(fā)展?，F(xiàn)代的脈沖反射測試技術具有設備簡單、輕便，一機多用（各類故障）、操作方便等優(yōu)點而成為電纜故障診斷技術的發(fā)展方向。人工智能設備的出現(xiàn)，為操作者提供了更快捷、準確的測試結果。2.1電力電纜故障粗測方法（一）電橋法“電橋法”用于電力電纜故障測試，其歷史比較悠久。由于“電橋法”的操作相對簡單，在一些單位和地區(qū)一直把“電橋法”作為測試電纜故障的主要測試方法。 “電橋法”最主要的缺點是，對于電纜主絕緣出現(xiàn)的大部分高阻故障不能很有效地進行測試，因

23、此在現(xiàn)場，電橋法用得越來越少了。但對有些特殊結構類型電纜出現(xiàn)的故障，“電橋法”有它本身的獨到之處。本文只對現(xiàn)今常用的幾種“電橋法”從概念上做個簡單介紹，不作全面的分析。2.1.1直流電阻電橋法“直流電阻電橋法”（簡稱“電阻電橋”）主要用于測試阻值小于10K電力電纜的絕緣故障。2.1.2直流高壓電阻電橋法直流高壓電阻電橋法（簡稱“高壓電橋”）主要用于測試阻值大于10K而小于數(shù)兆歐的主絕緣單相接地故障或相間并對地故障，還用于測試66KV及以上高壓電纜外護套絕緣故障、沒有金屬屏蔽層結構電纜、電纜故障點處沒有金屬屏蔽層的單相對地、相間并對地泄漏性故障等。高壓電橋與直流電阻電橋的測試原理基本相同，所不同

24、的是高壓電橋的直流電源功率及輸出電壓要比電阻電橋高得多。2.1.3電容電橋法電容電橋也叫西林電橋，它是一種交流電橋，這里主要用來測試電力電纜的開路、斷線故障，但實際中很少應用。2.2電力電纜故障粗測方法（二）行波法行波法也叫脈沖反射法，采用這一原理進行電力電纜故障測試，目前在國內外已得到非常廣泛的應用。其主要特點是，它對電纜故障的可測率相當高，據不完全統(tǒng)計，95%以上的電力電纜故障都能采用這種方法進行有效且滿意地測試；測試速度快，通常大部分故障可在數(shù)分鐘以內用儀器顯示出故障點的位置；測試范圍寬，一種測試儀器可以有效地測試所有類型的電纜故障；安全性能好，整個測試過程對被測電纜無損傷，由于新技術的

25、進一步應用，也使得操作人員在測試過程中更加安全。2.2.1準備知識為了更好的理解并掌握這一技術，有必要了解電波在電纜中傳播的基本概念。1）距離的基本概念在這我們所謂的距離指的是從一個原點到另一個已知點的直線長度或有形的曲線長度，用Lg表示，其基本單位是m或Km。測試兩個已知點的距離，通常有兩種方法：直接測試法和間接測試法（也叫計算法）?！靶胁ɡ碚摗睖y試電纜故障點到測試端距離，采用間接測試法：物體在勻速運動時，物體所走的段路程與其速度和時間三者之間的關系如下：Lg=vt如果知道物體從一個點到另一個點運動所需的時間t以及運動速度v，通過上式可計算出兩點的路程長度，由于物體勻速運動可以是直線形，也可

26、以是非直線形，因此，通過上式計算出的長度是物體的實際運動路程，而不是直線距離。因此值得注意的是，用“行波理論”的任何一種方法測試所得的故障點到測試端的距離，它是故障點到測試端的實際電纜長度，而不是故障點到測試端的直線距離。我們把故障點到測試端的電纜實際長度，簡稱為故障距離。2）長線與短線電力電纜是電力傳輸線路的一種，傳輸線路本身幾何長度L大于它所傳輸電流的波長（波長=傳輸速度v/電波頻率f），或二者可以相比擬時，則稱該傳輸線路為長線，否則視為短線。當傳輸?shù)碾姴槊}沖波時，波長等于脈沖寬度。當在電纜線路上利用脈沖反射測試技術進行故障檢測時，一般來說，低壓脈沖的寬度=0.22s，脈沖電壓、電流波的

27、寬度不足1s，而電波在電纜中的傳播速度一般不超過200m/s。因此低壓脈沖的波長=40400m，而脈沖電壓、電流波的波長不大于200m。可見當電纜線路長度在幾十米以上時就可以等效為長線。3）長線等效電路電力電纜被看做長線時，就不再是簡單的導體（線芯）絕緣對地（外護套）回路，而是由許許多多的等效電阻、電導、電容構成，這些參數(shù)沿整個電纜線路均勻分布，稱之為分布參數(shù)。電纜等效長線分布參數(shù)電路如圖2（附圖2）圖2電纜等效長線分布參數(shù)電路ro電纜線路單位長度的電阻go電纜線路單位長度的電導Lo電纜線路單位長度的電感Co電纜線路單位長度的電容附圖2：當信號電流流過每一單位長度電纜線路上的電阻和電感時，都會

28、產生電壓降，并會通過電導和電容分流而中途返回。當電纜傳輸高頻電波時，可以忽略電阻和電導的損耗，即認為r0=g0=0，這種電容被稱為無損耗電路。如無特別說明，所討論的電纜等效電路均指這種無損耗電路。電纜無損耗等效長線分布參數(shù)電路圖如圖3（附圖3）圖3電纜無損耗等效長線分布參數(shù)電路附圖3：4）電波在電纜中的傳播速度電纜中電波的傳播速度只與電纜絕緣材料的相對介電系數(shù)和相對導磁系數(shù)有關，而與電纜的長度、結構、導體材料等無關。由于不同絕緣材料的介電系數(shù)差別較大，所以電波在不同絕緣材料電纜中的傳播速度也互不相等。但對于同種絕緣材料電纜中的電波傳播速度卻是恒定的常數(shù)。 常用電纜電波傳播速度參考值電纜絕緣材料

29、波速（m/s）名稱計算值推薦值油浸紙154173160不滴流紙140150144聚苯乙稀186190184交聯(lián)聚乙稀194172聚氯乙稀134150142天然橡膠190190乙丙橡膠202200丁苯橡膠179212195丁基橡膠198200注：1計算值是按純凈絕緣材料計算而得。2推薦值是經過大量實測統(tǒng)計而得。實行中，不同廠家或同一廠家生產的不同批次電纜，其電纜波速會略有差異，現(xiàn)場測試時，最好重新測試后再設置該電纜波的波速，會使測試精度更高一些。5）電纜的特性阻抗當電纜被等效地看做長線時，可以用一個特性參數(shù)來描述電纜中電壓與電流的對應關系。這個特性參數(shù)就是特性阻抗，又稱波阻抗。一般來說，我們把從

30、電纜始終端推進的入射電壓波U+與入射電流波I+之比定義為電纜的特性阻抗Z0，則Z0可表示為：Z0= U+/ I+經分析可知，電纜的特性阻抗其數(shù)值大小只與電纜的幾何結構和絕緣介質有關，而與電纜的長度、導體材料、所傳播電波的頻率等無關。對于同一耐壓等級相同絕緣介質的電力電纜，導線截面積越大，其特性阻抗越小，反之亦然；對于同一絕緣介質，導體截面相同的電力電纜，耐壓等級越高，其特性阻抗越大，反之亦然。通常電力電纜的特性阻抗在幾歐到100歐之間。6）電纜中電波的反射電纜中電波的傳播情況是由電纜線路阻抗決定的。兩條特性阻抗不同的電纜連接時，連接點處將出現(xiàn)阻抗失配；當電纜線路中出現(xiàn)低阻或斷線故障時，故障點的

31、等效阻抗與特性阻抗不相等，也將出現(xiàn)阻抗失配現(xiàn)象；當電纜中間接頭結構較電纜本體改變較大或材料特性差異較大時，該電纜中間頭部位的阻抗也就產生了較大的改變，形成阻抗失配。當電波到達這些阻抗失配點時，會產生部分或全部反射，即行波（所謂“行波”，它是入射波和反射波的總稱）回送。在低阻故障（但故障電阻不為零）時，還會有電波透射現(xiàn)象，即有一部分電波越過故障點繼續(xù)往前運動。為了表示行波中的入射波與反射波的關系，引入反射系數(shù)概念，用Pf表示。所謂反射系數(shù)，是指電纜某一點的反射電壓波U（或反射電流波I）與入射電壓波U+（或入射電流波I+）之比，即：Pf= U/ U+=I/ I+式中的負號是假設I+與I的方向一致，

32、但實際方向相反。那么電纜的特性阻抗也可表示為：Z0= U+/ I+= U/ I如果電纜中某一點的特性阻抗發(fā)生變化，其等效阻抗為ZD，那么這一點的電壓及電流應為入射電壓、入射電流與反射電壓和反射電流之和，即：UD= U+ U；ID= I+ I同時也符合歐姆定律，即：ZD= UD / ID聯(lián)合求解以上式可得：Pf =（ZDZ0）/（ZD+ Z0）通過分析上式，可得出以下幾點： 若ZD= Z0，即電纜中不存在特異點，那么該點就不存在反射波。 若ZD=0，即該點短路，Pf =1，U+= U，稱為短路全反射現(xiàn)象，電波傳輸?shù)皆擖c后全部返回電源端，不可能再越過短路點向終端傳輸。 若ZD=，即該點電纜斷線，P

33、f =+1，U+= U，稱為開路全反射現(xiàn)象，同樣，電波傳輸?shù)介_路點后將全部返回電源端，也不可能越過開路傳輸。 對電纜的終端點。若負載為電阻RL，當RL= Z0時，Pf=0，電纜上不存在反射，電波全被負載吸收，這種情況即為終端匹配情況；若RL= 0，Pf=1，電波在終端產生反極性全反射；若RL= ，類似于電纜斷線情況，即終端開路無負載，Pf=+1，電波在開路終端產生同極性全反射。以上敘述說明了電纜故障點的等效阻抗在不同數(shù)值時，反射回波的幅值和極性變化的理論解釋。2.2.2電纜故障按行波反射理論分類目前，電力電纜故障使用最多的粗測方法就是行波反射法，也叫脈沖反射法。按行波反射理論將電纜故障分為以下

34、幾種類型故障。1）斷線故障。2）低阻故障。3）高阻故障（相對于低阻故障，凡不能用所提供儀器的低壓脈沖法測試的電纜絕緣損傷故障都叫做電纜的高阻故障）。2.2.3行波法在電力電纜故障測試方面的應用電纜故障按行波反射理論分為斷線故障、低阻故障、高阻故障。除了使用傳統(tǒng)的高壓電橋法進行測量外，目前測尋故障的方法都是通過分析脈沖波在電纜線芯內傳播的波形進行預定位。利用低壓脈沖法粗測斷線故障和低阻故障；對于高阻故障，可用高壓閃絡法（電流取樣法、電壓取樣法、二次脈沖法）進行粗測。粗測電纜故障的一般方法故障性質斷線故障接地故障低阻故障高阻故障粗測電纜故障方法低壓脈沖法低壓脈沖法高壓閃絡法（電流取樣法、電壓取樣法

35、、二次脈沖法）二次脈沖法是近年來發(fā)展起來的一種專門為電纜的高阻故障，閃絡性故障而設計的最先進、易行的測試方法。因此本文就低壓脈沖法和二次脈沖法做個全面的分析。1）低壓脈沖法低壓脈沖法是通過觀察發(fā)射脈沖和故障點反射之間的時間差T（s）來測取故障距離，如果假定脈沖電波在電纜中的傳播速度為V（m/s），則電纜故障距離Lx（m）可由下式計算：Lx=VT/2低壓脈沖反射法的優(yōu)點是簡單，不需要掌握電纜線路的原始資料，無需高壓脈沖產生設備，整個測試過程均在低壓下進行，更為安全、簡便。低壓脈沖法反射法適用于低阻短路或接地、斷線（開路）性故障，并可測試電纜的全長和電波在電纜中的傳播速度。由于電纜全長及電波在電纜

36、中傳播速度的測試方法與開路性故障完全相同，就不作特別介紹。 短路性故障。測試儀器產生的發(fā)射脈沖（正極性），入射脈沖到達故障點后形成反極性反射脈沖到測試端。 開路性故障。測試儀器產生的發(fā)射脈沖（正極性），入射脈沖到達故障點后形成同極性反射脈沖到測試端。 電纜中間接頭反射。電纜線路上常常存在著一個或多個中間接頭。由于電纜接頭處的絕緣材料及其幾何結構等發(fā)生了變化，因此電纜接頭處的特性阻抗就與電纜本體的特性阻抗不同，因此，脈沖波在電纜中間接頭處也將產生反射現(xiàn)象。電纜接頭處的反射系數(shù)一般為大于或等于零。因此電纜中間接頭的反射波與入射波同極性，當采用適當?shù)慕^緣材料和電纜接頭結構時，可以減小或消除電纜中間接

37、頭的反射。另外，電纜T接處也將存在反射現(xiàn)象。T接處的等效阻抗必定較原來減小，從而使其反射系數(shù)為負值?？梢姡娎|T接處的反射脈沖與入射脈沖極性相反。低壓脈沖法適用范圍：（1）主要用于測試電力電纜的開路（包括斷線）、相間或相對地泄漏性低阻故障（包括短路）；同軸線及兩芯以上電線電纜的開路、低阻故障。（2）測試已知絕緣介質電纜的全長。（3）校準已知長度電纜的電波傳輸速度。（4）判斷電纜開路故障和低阻故障屬性。（5）測試電力電纜中部分中間接頭的位置。2）二次脈沖法二次脈沖法的英文為Seconddary Impulse Method，簡稱SIM。其應用的原理與低壓脈沖法一致。即分析低壓脈沖波在電纜波阻抗變

38、化處產生反射的波形。對故障電纜釋放一個低壓脈沖，只要故障點的接地電阻大于電纜波阻抗5 Z0（Z0=3050），我們可以認為此時故障電纜相對于低壓脈沖是開路，那么在脈沖釋放端接收到的反射波形相當于一個線芯絕緣良好電纜的波形。對故障電纜釋放一個足以使線芯絕緣故障點發(fā)生閃絡的高壓脈沖，同時觸發(fā)釋放第二個低壓脈沖，在故障點的電弧未熄滅時，故障點相對于低壓脈沖是完全短路，那么在脈沖釋放端接收到的低壓脈沖反射波形相當于一個線芯對地完全短路的波形。將前后兩次接收到的低壓脈沖反射波形進行疊加，兩個波形將會有一個明顯的發(fā)散點，這個發(fā)散點就是故障點的反射波形點。SIM巧妙地將低壓脈沖法和高壓脈沖閃絡技術結合在一起

39、，使操作人員判斷故障點的位置極其簡單，從而把測尋故障點的成功概率大大提高了。尤其對有“T接”的電纜線路，由于在T接點電纜的波阻抗發(fā)生了改變，電壓脈沖在T接點的折反射使一般的測試方法幾乎無法進行波形判斷，而SIM法的波形對比原理在根本上解決這個問題。圖4二次脈沖原理接線圖SSG沖擊電壓發(fā)生器；SA32耦合單元；IRG2000回波測量儀；OV過電壓保護；TR低壓脈沖自動觸發(fā)裝置附圖4：我公司于2007年引進了奧地利保爾公司的電纜故障測試系統(tǒng)。這套系統(tǒng)除了能使用一般的方法進行故障測尋外，最突出的特點是配置了二次脈沖SIM測試設備。它的設計原理圖見圖4（附圖4）：在整個裝置中，IRG2000（回波測量

40、儀）能對整個工作的操作進行控制，SA32負責實現(xiàn)各種工作方式的轉換，另外還能擴展沖擊電流的沖擊寬度，起到延長電弧燃燒時間的作用。TR負責低壓脈沖的觸發(fā)釋放工作。3電力電纜故障的精確定點方法精確定點是電纜故障測尋工作的最后一步，也是十分重要的一步。定點的準確與否，直接影響到故障處理工作的效率，對于直埋電纜也決定著開挖土方量的大小。目前精確定位的方法包括沖擊放電聲測法、音頻法及聲磁傳播時間測量法。3.1沖擊放電聲測法（含聲磁同步法）沖擊放電聲測法目前在國內是最常用的定點方法，實踐證明它是十分有效的。在故障測尋過程中，給故障電纜加上一個幅度足夠高的沖擊電壓，故障點發(fā)生閃絡放電的同時，還會產生相當大的

41、“啪、啪”放電聲，這種聲音可傳至地表面，利用這種現(xiàn)象來定點可以準確地找出故障點。定位儀的原理是采用高靈敏度的聲電轉換器將地面微弱的地振波變電信號，然后用晶體管放大器將此電信號進行足夠的放大，再用耳機還原成聲音。用定點儀尋找故障點，一般是在預定位后，已確定大概的距離，并且已知電纜路徑的基礎上進行的。一方面在電纜上加沖擊高壓使其閃絡放電，另一方面用定點儀的探頭在概略估計的故障位置上沿電纜路徑測聽，在聽到故障點放電聲后還要沿電纜路徑尋測最大發(fā)聲處。只要找到最響點，挖開土層或掀開電纜蓋板即是。但如果放電聲音是從電纜穿管、排管中傳出，則最響點在穿管、排管的端部，下圖是接線原理圖5（附圖5）：圖5聲測定點

42、法原理TV調壓器；T高壓變壓器；VD高壓整流二級管；儲能電容；Js放電球間隙；拾音器；Ix放電電流；Rx故障電阻；Jx等效故障間隙附圖5：在實際測試中，往往由于環(huán)境噪聲的干擾而增加辨別的困難。這就要求放電設備能產生周期穩(wěn)定、功率強大放電脈沖，使定點的人能據此區(qū)別噪聲脈沖干擾。但在實際定點中，定點的人遠離放電設備，在有脈沖聲源的干擾背景中往往需要知道自己聽到的聲波是否與放電周期同步。故障點放電時，除產生聲波外，還會產生高頻電磁波向地面幅射，這個電磁波在地面可用磁性天線接收到，將其轉換成電壓信號加以放大，再用一顯示元件（發(fā)光二極管、電壓表頭等）表示出來。聲磁同步法是聲測法的改進方法，就是利用電磁波

43、和聲波的接收能否同步來判斷故障放電。如聽到地振波的同時，又顯示出故障點放電電磁波的存在，證明放電聲波正在工作，只要地振波信號和電磁信號能同步起來，則說明聽到的地振波是可信的，故障點就在附近。目前不少國內外廠家生產的定位儀都采用聲磁同步法。3.2音頻法當電纜發(fā)生相相短路、相地短路及三相地短路時，由于電纜故障點電阻值等于零，放電間隙被短路，采用沖擊放電聲測法是往往因故障點短路，在故障點聽不到放電聲，無法定點。此時使用音頻法可收到預期的效果。音頻法是基于電纜兩芯里流動的電流產生的磁通的相位差和故障點前后磁通變化的規(guī)律性而發(fā)展起來的。這里以相相地短路故障為例說明其探測原理。圖6音頻定點法原理1音量線圈

44、；2接收線圈；3音頻信號發(fā)生器4故障點；5電纜線芯附圖6：測試原理圖6（附圖6）：用音頻法確定電纜各種類型的短路故障時，必須具備音頻信號發(fā)生器、匹配變壓器、探測線圈、高靈敏度的音頻接收機和耳機（或指示儀表）。在測試短路故障時，音頻信號產生器輸出的音頻功率信號經匹配變壓器饋入了電纜的兩故障相。電流沿著一相芯線通過故障點，并且經過另一相芯回到信號源。沿線各點的電磁疚由于“去”和“來”的電流方向相反而趨向抵消，但是由于電纜在敷設時各芯線總不可避免地會繞軸心旋轉，因此沿線任意兩芯線相對地面來說有的地點可能并行于地面，有的地點可能是一上一下的。這樣，沿線各點的電磁場合成量是不一樣的。在地面可以用平行于地

45、面的探測線圈和接收機測到。探測到信號強度隨兩芯線的相對地面的位置而變化。當兩芯線在水平位置時，兩芯線的電場同向疊加，接收到信號最強，而當兩芯線在垂直位置時電場反向相減速，接收到的信號最弱。而在相相地短路點，由于短路電流的磁通相同不能抵消，幫接收機收到的感應信號最大。最后測到的一個信號最大值處即為故障點。過了故障點后，由于電纜內公有雜散電流而無信號電流，所以接收到信號振幅不變。這種方法對于低于100的故障電阻，一般能成功定點。然而在現(xiàn)場應用音頻法感應接收定點也不容易，因為合成電磁場的幅度、相角與故障電阻的大小有關，與故障點前后的電纜長度有關，也與所用的信號頻率有關，而且電纜實際出現(xiàn)兩芯線間純短路

46、的機會很小。3.3聲磁傳播時間測量法前面介紹的兩種方法都是依靠判別聲波或電磁波信號的強弱是否最強來判斷故障點，但在實際測量中，哪一點信號最強并不是很明顯的，特別是有時電纜的外護套未完全擊穿，聲波在整條電纜的介質中漫發(fā)射，于是在很大的范圍內接收到的信號強弱差別不大。遇到電纜故障在穿管中時，接收到聲音信號最強的地方是管道端頭，而非故障點。這里著重介紹聲磁傳播時間測量法。所謂聲磁傳播時間測量法，就是在沖擊脈沖放電的同時，沿電纜敷設路徑的路面，取某一測量點，根據聲波在介質的傳播速度及聲波從故障點傳到測量點的時間計算出該點距故障的距離。因為聲波的傳播時間無法單獨測量，而電磁波的波速等于光速，電磁波的傳播

47、時間接近零，所以實際應用中用聲波和電磁波的傳播實際差代替聲波的傳播時間。接收儀器在接收到電磁波時啟動計時，在接收到聲波時停止計時，得到的時間即為聲磁傳播時間差，然后根據S=V聲×T聲V聲×（T聲T電磁），可計算出該點距故障點的距離。測量原理圖：Af2BCf1LS在A點測得T1，在B點測得T2，L可用尺量出，有兩種情況：第一種情況故障點在AB延長線上，第二種情況故障點在AB之間。為判別兩種情況，在AB延長線上向前一點取C，測得延遲時間T3，如果T3T2，則為第一種情況，故障點在f1，S=VT1SL=VT2V=T1T2LS=T1LT1T2如果T3T2，則為第二種情況，故障點在f

48、2，S=VT1LS=VT2V=T1+T2LS=T1LT1T2采取聲磁時間傳播測量法可免除判別不出最大信號點的情況，只要儀器能接收到放電聲波和放電電磁波，并記錄下接收到的兩種信號的時間差，就可以很準確地得出故障點的距離，剩下的工作只是丈量了，而且無論測量點距故障點遠或近，理論上都一樣有效，在實際測量時一般找到最近測量再計算，精確度更高。3.4精確定位方法的應用總結及存在的問題1）對于高阻或閃絡性故障，最普遍使用的方法是沖擊放電聲測法，由于放電聲音一般是比較響的，在環(huán)境噪聲不是特別大的情況下不難確定放電點。2）對于低于100的低阻故障的相間短路故障，由于沖擊放電的聲響不大，采用聲測法可能聽不清楚，采用音頻法的應用范圍太小，真正熟練掌握的人不多。3）聲磁傳播時間測量法是目前最理想的精確定位方法。就算不用耳機，僅憑儀器上的信號燈及指針的工作就可以得到所需的數(shù)據，免除聽覺判斷上的誤差，特別對于在環(huán)境噪聲很大及電纜故障點恰好在穿管內部的情況，傳播