高压电缆故障分析及检测方法研究

张 源，陈德风，潘 荣，陆 毅，高 波

（国网江苏省电力公司南京供电公司，江苏 南京210019）

1 高压电缆故障分类

电缆故障原因受各种因素综合影响，应按照不同的故障性质进行电缆故障种类划分，准确描述故障特点，用相应方法对其检测。

1.1 按故障位置分类

电缆故障按故障位置，可分为电缆本体故障和电缆接头故障。如果在外力作用下，电缆本体故障发生概率更大；如果没有外力作用，接头故障出现较多。在电力电缆中最为基本的部分就是电缆本体，由于其铺设的距离比较长，所处的环境比较密闭，对其故障进行定位不太容易。本体线缆故障有化学损伤、过电压破坏、机械损伤以及本体缺陷等，机械损伤主要源于外力破坏。

1.2 按故障的性质划分

根据故障点绝缘电阻值划分有三种故障模式：开路、低阻以及高阻故障。如果更为细致地划分又包括相间开路故障和单相开路故障。

（1）开路故障

在电缆之间和相对地的绝缘电阻值正常，但是其工作电压不能传输到电缆终端，或虽然终端有电压，但负载能力差，这些故障都统称为开路故障。

（2）低阻、接地故障

电缆相与相之间或相对地之间的绝缘受损，会导致其绝缘电阻减小，如果小于10倍正常的电缆特性阻抗值，就是低阻故障，采用低压脉冲反射法进行测量。

（3）高阻故障

和正常值相比，很明显出现10倍的电缆特性阻抗以上，而且相对地的绝缘电阻在正常值以下就是高阻故障。其具体分类有闪络性和泄漏性的故障，在测量和解决故障时利用低压脉冲反射法，主要是根据故障的具体表现性质决定的。

1.3 其他故障分类方法

根据故障外观特性分类：外露性故障和封闭性故障；根据故障材料分类：串联故障（金属材料缺陷）、并联故障（绝缘材料缺陷）、复合故障（绝缘材料、金属材料都出现了缺陷）；根据故障责任分类：人员过失、设备缺陷、自然灾害、正常老化、外力损坏、腐蚀、用户过失及新产品新技术的试用等。

2 电缆发生故障的原因分析

2.1 施工质量原因

施工质量导致高压电缆系统故障的原因很多：（1）现场条件比较差，电缆和接头制造时环境和工艺要求都很高，而施工现场温度、湿度、灰尘都不好控制。（2）电缆施工过程中在绝缘表面难免会留下细小的划痕，半导电颗粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入绝缘中，接头施工过程中由于绝缘暴露在空气中，绝缘中也会吸入水分，这些都给电缆长期安全运行留下隐患。（3）安装时没有严格按照工艺施工或工艺规定没有考虑到可能出现的问题。（4）竣工验收采用直流耐压试验造成接头内形成反电场导致绝缘破坏。（5）因密封处理不善导致故障。中间接头必须采用金属铜外壳外加PE或PVC绝缘防腐层的密封结构，在现场施工中保证铅封的密实，这样有效保证了接头的密封防水性能。

2.2 设计、敷设施工原因

我国的电缆设计知识体系主要来源于实践，电缆设计水平整体不高。电缆设计的缺陷包括电缆防震保护措施不足，终端引下线过长，电缆上塔位基础设计缺陷、终端构架平台结构设计不稳固等。电缆接头部分对施工环境和施工工艺的要求比较高，而施工现场的温度、湿度、灰尘等环境条件以及施工人员的技术工艺水平等往往难以满足要求。因施工质量造成的严重缺陷一般在投运前的竣工试验时或投运后一两年内就会出现故障，而一些小的问题就可能成为长期安全运行的隐患。采用专业的施工队伍，提高接头安装人员的技术工艺水平和质量意识是减少电缆故障的重要保障。

3 检测方法分析

3.1 电缆故障点的精确定位

（1）对于低阻型故障，通常采用电桥法和低压脉冲法进行测距。

电桥法是利用回路电桥平衡法对电缆故障点进行探寻，其优点是简单、方便、精确度高，缺点是不能测量高阻型故障和闪络型故障。

低压脉冲法是测试时向电缆注入一低压脉冲。该脉冲在电缆中的传播速度基本一定，对于油浸纸绝缘电缆速度V＝160 m／μs；塑料电缆V＝170～220 m／μs；橡胶电缆V＝220 m／μs。该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点，如断路点、短路点、中间接头等，通过故障点反射脉冲与发射脉冲的时间差原理来进行测量，根据波形的性质还可以判断故障的性质。低压脉冲法的缺点是，对于近区短路故障测试有盲区（可以在电缆另外一头再进行测试），也不能用于测量高阻和闪络故障。

（2）对于高阻型和闪络型故障也可以用直闪法和冲闪法进行测试，冲闪法逐渐增加电压给电容器充电，当电压到达某一值球间隙击穿，电容对电缆放电，高压脉冲信号施加于电缆使故障点击穿，通过分析故障点击穿放电所产生的脉冲电流波形测试故障点距离。冲闪法与直闪法是比较常用的检测方法，冲闪法与直闪法的区别是“直闪法”为去掉球间隙直接对电缆加高压脉冲信号。

通过以上几种方法，可以测定电缆故障点的大概距离，但是为了便于组织处理，还必须对其进行精确定位。首先要查看电缆敷设时的原始资料，对电缆的走向、敷设方式、中间接头的位置进行了解。有的时候由于原始施工资料不很齐全，知道电缆的故障距离，但不知道具体到了什么位置，这个时候就要用电缆路径仪器探测出电缆路径。

3.2 高压电缆故障防范措施

电力电缆作为电力系统重要的组成部分，减少其故障发生率具有重大意义，可以从以下方面采取措施：（1）加强电缆质量检验工作。生产质量是企业的生命线。电缆生产企业应严格按照生产规章进行生产，加强企业内部电缆质量的管理，提高质量意识，严格地按照规定对生产的电缆产品进行试验工作，杜绝问题电缆流向市场。监督部门也应该对企业出厂的电缆产品进行严格的质量检验，如定期对电缆进行抽样检查，以确保电缆质量；（2）保证电力设计质量。各电力设计院是对电力系统进行设计的部门，应充分发挥其在整个电力系统规划、实施过程中的重要作用。努力提升各单位设计人员的设计水平，并在各地设计单位之间加强交流和学习，对出现在不同地方的电缆故障问题进行通报与原因探讨；（3）提高电缆安装质量。电缆安装现场的环境复杂，对安装技术要求较高，电缆施工队伍应提高自身的技术素养，并严格按照安装规范进行，电缆接头安装人员更应如此。在电缆敷设时采用牵引方式应防止转弯处的侧压力过高，接头安装时应注意采用好的工艺措施保证安装水平，并在施工中不断总结。