论电力系统中输电线路的故障定位与原理分析

摘 要：本文结合笔者工作经验，从四个方面对输电线路中电缆的故障分类、原因、性质、电缆预定位方法及电缆故障点精确定位与电缆识别方法进行了分析，希望能和同行技术人员共同学习、进步。

关键词：电力系统输电线路定位故障原理分析

1电缆故障分类

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（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， 几种可能性较大的几种故障形式是一相对地、两相对地和一相断线并接地。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。

1.开路故障。电缆的各芯绝缘良好，但有一芯或数芯导体断开或虽未断开但工作电压不能传输到终端， 或虽然终端有电压但负载能力較差。

2.低阻故障。电缆的一芯或数芯对地的绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于正常阻值较多，电阻值低于10Zc而芯线连接良好的。一般常见的这类故障有单相接地、两相或三相短路或接地。

3.高阻与闪络性故障。电缆的一芯或数芯对地的绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于正常阻值较多，但高于10Zc 而芯线连接良好。若故障点没有形成电阻通道，只有放电间隙或闪络性表面，此时故障即为闪络性故障，据统计，这两类故障约占整个电缆故障的90%。

2电缆线路故障原因

电力电缆线路故障率和多数电力设备一样， 投入运行初期（1～5 年内）容易发生运行故障，主要原因是电缆及附件产品质量和电缆敷设安装质量问题；运行中期（5～25 年内），电缆本体和附件基本进入稳定时期，线路运行故障率较低，故障主要原因是电缆本体绝缘树枝状老化击穿和附件呼吸效应进潮而发生沿面放电；运行后期（25 年后），电缆本体绝缘树枝老化、电- 热老化以及附件材料老化加剧，电力电缆运行故障率大幅上升。随着运行时间的不断增长，机械损伤、护层的腐蚀、过电压、材料缺陷以及设计制作工艺的问题等导致故障时有发生。

3电缆故障性质的判断

所谓故障的性质， 就是确定： 故障电缆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， 是单相、两相， 还是三相故障。根据电缆故障性质的判断， 我们可以采取相应的试验手段以便于快速、准确地测定电缆故障点，若电缆故障为低阻故障， 我们则采用脉冲法。若电缆故障为高阻故障，我们则采用冲击高压闪络法。

1.运行中的电缆发生故障时， 预报警并显示则有可能是电缆短路或接地故障， 此类故障有可能由于短路接地电流大而造成断线故障。

2.预防性试验中发现的故障多为高阻故障。

3.对故障电缆进行绝缘电阻测定及导通试验。

用2500V 兆欧表测量电缆芯线对地和相间的绝缘电阻来判断电缆故障是对地还是相间， 是高阻还是低阻故障， 如绝缘电阻较低时， 则可用500V―1000V 兆欧表测量。导通试验时， 将电缆芯线之间在一端短接起来， 在另一端用万用表测量电缆芯线间的电阻， 来判断电缆是否断线故障。电缆故障确定后， 首先选择最简便、快速、准确的寻测方法。

4电缆预定位方法

由于电力电缆产品在发展过程中不断采用新的绝缘材料， 因而电缆的绝缘电阻也不断增高， 过去使用的一些探测方法已经不能满足需要， 因为使用以往的故障探测法， 对于高阻故障， 必须经过“烧穿”才能进行探测， 电缆故障点的烧穿， 要花费大量的时间、电力、设备和人力， 这在故障探测中， 是花时间最多， 最难进步的一步， 目前广泛采用的是脉冲反射法， 即闪测法， （利用故障点闪络进行测距的仪器， 简称为闪测仪）进行故障测寻， 从而使故障可不经烧穿就能直接进行粗测。这种方法的优点是： 探测快、精度高、适应性强， 所用仪器轻便， 即可节省时间， 又可节省人力， 我们多利用脉冲反射法， 和冲闪法能够准确的寻找到各种类型的电缆故障， 下面就电缆故障的性质和寻测方法进行一下分析：

若电缆故障为低阻故障， 我们则采用脉冲法。若电缆故障为高阻故障，我们则采用冲击高压闪络法。

4.1 脉冲法

用脉冲法测寻低阻电缆故障脉冲法是电缆测试中最简便和直观的寻测方法。其准确度很高。它可直观从闪测仪中观察出故障点是短路还是开路故障。并且可以从示波器标准距离刻度上直接推算出故障点距测量端的距离。脉冲法接线如下图 方， 如： 故障点、电缆终端。在该点处被反射回去。测量发送脉冲和反射脉冲的时间差就可以确定故障点的位置。故障点的距离：

利用公式L=1/2VT …… （1） 求出

T―为标准波时间差

V―电波在电缆中的传播速度

由于电缆的绝缘材料不同， 电波在其中的传播速度也不同， 可参照表一。

故障的性质类型， 由反射脉冲极性快定。如发射正脉冲短路故障将产生负反射； 开路故障（包括电缆终端）将产生正反射。如果发送的脉冲为一个正脉冲， 脉冲法测定短路故障及开路故障波形如下图。

4.2 电感冲闪法

用冲闪法测寻高阻电缆故障根据我厂多年来电缆在运行中及预防性试验中所发生的电缆故障情况看来。电缆故障的70%以上是高阻故障， 特别是在预防性试验时发生击穿的故障90% 以上是高阻故障。冲击高压闪络法更适合任何类型的高阻故障。并且试验方法简便、准确、快速。

⑴电感冲闪法：

冲击高压闪络法根据在测试时， 分为电感冲闪法和电阻冲闪法。不同之处只是与球形间隙相串联的电感线圈L 可改为电阻。两种方法其原理相似， 但电感冲闪法使用更加广泛。在高阻电缆故障寻测时多使用此方法。下面仅对电感冲闪法的原理进行一下简单分析。

⑵工作原理：

电源接通后， 电流通过调压器、变压器整流对电容器充电， 当充电电压达到一定数值时， 球间隙JS 波击穿， 电容器C 的电压通过球间隙的短路电弧和一小电感L 直接加到电缆的测量端。这个冲击电压波沿电缆向故障点传播。只要电压的峰值足够大， 故障点就会因电离而放电， 故障点放电所产生的短路电弧便沿电缆送出的电压波反射回来。其故障点的理想波形如图四， 只要测出波形的第一个上突跳拐点T1 和下一个下突跳点T2 间的时间间隔， 便可以利用L=1/2VT 算出故障点距测试端的距离。

5结束语

电缆主要敷设于地下， 对人身安全比较有利。由于其具有占地面积小、不受建筑物限制，运行状况不易受雷击。对地电容为同级架空线的十倍以上， 因而对提高电力系统的功率因数有利。为保证电缆的正常运行，施工制作电缆头、中间头过程中，应严格把控好制作方式方法，对密封工艺过程应做到细致认真，电力施工技术人员应努力学习，不断地接受新工艺新技术，积累工作经验，为电力电缆的安全运行提供保障。

参考文献：

[1]黄宗鑫，轮输电线路运行现状及安全的对策，电力建设，2008（8），p140。

[2]王忠华，浅谈让输电线路的安全合理运行，科技论坛，2007，p41。

作者简介：

曲鹏飞（1972年11月25日—），男，，电气工程师，现任黑龙江省兴隆林业局白杨木林场电管站 副站长，邮编151900 ，主要研究电力方向。