李玥++曾勇俊++孫濤

摘 要：本文針對不同的電纜故障情況進(jìn)行分析，總結(jié)了一般電纜故障的處理步驟。并詳細(xì)介紹了電纜故障點粗測的電橋法和波反射法。最后紹了電纜故障定點的常用方法。

關(guān)鍵詞：故障測尋 電橋法 脈沖反射

中圖分類號：TM247 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（c）-0116-02

電纜在正常運行和檢修作業(yè)中易受絕緣老化、絕緣受潮、電纜過熱、機械損傷、護(hù)層腐蝕、過電壓、材料缺陷、中間接頭和終端頭的設(shè)計制造工藝問題等影響而引發(fā)故障[1]。針對不同的故障類型，有不同的處理方式。故障測尋則是根據(jù)檢測到的故障狀況確定故障性質(zhì)及故障點。目前常見的故障點粗測的方法是電橋法和波反射法。通過故障定點，運維人員就可對故障進(jìn)行修復(fù)，從而使電纜恢復(fù)正常運行。

1 電纜故障性質(zhì)的確定

1.1 電纜故障按性質(zhì)分類

1.1.1 低阻抗接地或短路故障

電纜一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻值低于數(shù)千歐，而導(dǎo)體的連續(xù)性良好。一般常見的有單相接地、兩相或三相短路、兩相或三相接地。

1.1.2 高阻抗接地或短路故障

電纜一芯或數(shù)芯對地絕緣電阻或芯與芯之間的絕緣電阻值低于正常值很多，但導(dǎo)體的連續(xù)性良好。一般常見的有單相接地、兩相或三相短路接地。

1.1.3 斷線故障

電纜各芯絕緣良好，但有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體不連續(xù)。

1.1.4 斷線并接地故障

電纜有一芯或數(shù)芯導(dǎo)體不連續(xù)，而且經(jīng)電阻接地。

1.1.5 閃絡(luò)性故障

這類故障大多在預(yù)防性耐壓試驗時發(fā)生，并多出現(xiàn)于電纜中間接頭或終端內(nèi)。發(fā)生這類故障時，故障現(xiàn)象不一定相同。

1.2 低阻故障與高阻故障的區(qū)別

上述五類故障中，低阻和高租之分并非絕對固定，它主要決定于故障的測尋方法、測尋設(shè)備的條件和被試電纜導(dǎo)體電阻的大小。目前使用的電纜探傷儀試驗電壓可達(dá)600 V，當(dāng)電纜導(dǎo)體回路電阻在1 Ω以下時，容許的故障電阻值可達(dá)100 kΩ。很明顯，試驗電壓愈低或電纜導(dǎo)體回路電阻愈小，則容許的故障電阻值愈低。測量高電阻故障時，必須提高試驗電壓或增加檢流計的靈敏度。一般認(rèn)為故障電阻在數(shù)千歐以下為低阻故障。當(dāng)使用低壓脈沖法或閃絡(luò)法測尋電纜故障時，通常認(rèn)為100 Ω低阻故障和高阻故障的分界線。

1.3 故障定性

所謂故障定性，就是指確定故障電阻是高阻還是低阻；是閃絡(luò)還是封閉性閃絡(luò)故障；是接地、短路、斷線，還是他們的組合；是單相、兩相，還是三相故障。通?？筛鶕?jù)故障發(fā)生時出現(xiàn)的現(xiàn)象，初步判定故障的性質(zhì)。當(dāng)通過故障現(xiàn)象還不能完全將故障性質(zhì)確定下來的，還必須測量電纜的絕緣電阻和進(jìn)行線芯的導(dǎo)通試驗。

2 電纜故障的測尋步驟

確定了故障性質(zhì)以后，即可運用各種手段查找故障點。以便于運維人員進(jìn)行維護(hù)。

2.1 一般的故障測尋步驟

Step1：確定故障性質(zhì)。

Step2：故障點的燒穿。

如果故障電阻很高，通過施加沖擊電壓或交流電壓燒穿故障點，將高阻故障或閃絡(luò)性故障變?yōu)榈妥韫收?，以便進(jìn)行粗側(cè)。

Step3：粗側(cè)。

就是測出故障點到電纜任意一端的長度。

Step4：探測故障電纜線路的敷設(shè)路徑。

對于直埋、排管、充砂電纜溝敷設(shè)的電纜就是找出故障電纜的敷設(shè)路徑和埋設(shè)深度，以便進(jìn)行定點精測。

Step5：故障定點。

就是采用聲測、感應(yīng)、跨步電壓等方法進(jìn)行故障點的精確定位。

上述五個步驟是一般的尋測步驟，不是固定不變的，實際的工作中可根據(jù)具體情況省去其中的某些步驟。

2.2 電纜故障點的燒穿

隨著交聯(lián)聚乙烯電纜的大量應(yīng)用和絕緣監(jiān)督工作的加強，電纜在運行中發(fā)生的故障逐漸減少，而在試驗中的故障相對增多。另外外力破壞引起的故障雖然比以前大大減小，但占故障總數(shù)的比例還是很高的。據(jù)有關(guān)運行單位的統(tǒng)計[4]，試驗擊穿點的故障電阻一般都很高，90%以上是高阻故障，在電纜運行時絕緣老化和外力破壞所引發(fā)的故障中，高阻故障也占70%以上。因此，在發(fā)生的電纜故障中，高阻故障站了絕大多數(shù)。但很多粗測、定點方法和測量儀器必須在較低電阻下才能使用，這就需要將高阻故障進(jìn)行燒穿處理，使高阻變低阻，以便于測量。

電纜故障點的燒穿方法有交流燒穿、直流電壓燒穿和沖擊電壓燒穿三種。

交流電壓燒穿時需要向故障電纜提供無功電流，所以燒穿設(shè)備的容量必須足夠大。而采用交流燒穿方法時，由于工頻電流在一個周期內(nèi)要兩次過零，每次過零時絕緣有所恢復(fù)，故障電阻迅速增大，故障點容易被燒斷。因此，當(dāng)沒必要將故障點電阻燒到100 Ω以下時，一般不使用交流燒穿法。沖擊電壓燒穿對設(shè)備的容量要求不大，容易實現(xiàn)，但燒穿時間相對較長。

3 故障定位

電纜故障定位，就是查找故障點。分為故障點的粗測和故障點定點[4]。

3.1 故障點的粗測

故障點的粗測就是測出故障點到電纜任意一端的距離，這一步是故障定點的前提。粗測方法有很多種，按基本原理歸納有兩類：一類為電橋法，另一類為波反射法。

3.1.1 電橋法

電橋法又分為低壓電橋法和高壓電橋法。利用故障點兩側(cè)的電纜線芯電阻與比例電阻構(gòu)成Whitestone/Murray電橋是傳統(tǒng)經(jīng)典的探測方法。圖1是這類探測法的原理圖。

設(shè)被測電纜兩端距故障點的距離為L1和L2，電纜全長為L，它們對應(yīng)的線芯的電阻為R1和R2，顯然R1/R2 = L1/L2；接入電橋后構(gòu)成的電路如圖2所示。圖中r1+r2 =r0為比例電位器，其電阻值對應(yīng)于刻度盤讀數(shù)P。平衡后有R1/R2 = L1/L2 = r1/r2；且L1/L = r1/r0 = P%，因此有L1 = L·P%。endprint

3.1.2 波反射法

波反射法分為一次脈沖法（低壓脈沖法）、二次脈沖法、弧反射法、三次脈沖法等[6～8]。脈沖波在電纜中以一定速度傳播，在電纜擊穿點或電纜端部反射，波反射法根據(jù)脈沖的時間差定位，適用范圍廣，可以定位未知電纜長度及斷線故障。如圖3是脈沖反射原理。

3.2 故障定點

電纜運行或檢修技術(shù)人員根據(jù)電纜故障預(yù)定位的結(jié)果，在電纜故障點附近，通過儀器和設(shè)備對電纜故障點的位置進(jìn)行精確定位的過程。這一步驟的結(jié)論是在0.1米范圍內(nèi)指出故障點的位置。常用的方法是聲磁同步法、跨步電壓法和音頻感應(yīng)法。

3.2.1 聲磁同步法

聲磁的原理接線與沖擊電壓燒穿故障點的接線圖相同。直流高壓向電容器充電使球隙擊穿，將電壓加在故障點上，使故障點擊穿產(chǎn)生火花放電，引起電磁波輻射和機械的音頻振動。聲磁同步法的原理就是利用放電的機械效應(yīng)，在地面用聲波接收器探頭拾取振波，根據(jù)振波的強弱判定故障點。

3.2.2 跨步電壓法

跨步電壓法對電纜護(hù)套故障有很好的檢測效果。因而主要是針對電纜護(hù)套故障的有效定位手段。原理如圖4所示，在故障電纜金屬護(hù)套上施加一負(fù)極性的直流電壓，從G點流入土壤的電流形成“V”形的電位分布，跨步電壓法正是通過探棒尋找土壤中電勢最低點確定故障點位置的。在故障點兩側(cè)。地電勢差是相反的，越接近故障點電勢差越小。

3.2.3 音頻感應(yīng)法

音頻感應(yīng)法一般用于故障電阻小于10Ω的低阻故障的定點。當(dāng)用聲磁同步法進(jìn)行定點時，因振動聲傳播受到屏蔽，或外界振動干擾很大，以及接地電阻極低，特別是金屬性接地故障的故障點根本無放電聲而無法定點時，需用音頻感應(yīng)法進(jìn)行定點。

音頻感應(yīng)法定點的基本原理與用音頻感應(yīng)法探測電纜路徑的原理一樣。探測時，用1kHz的音頻信號發(fā)生器向待測電纜通音頻電流，發(fā)出電磁波。然后在地面上用探頭沿電纜路徑接受電纜周圍電磁場的變化信號，并送入放大器放大。再將放大后的信號送入耳機或指示儀表，根據(jù)耳機中聲響的強弱或指示儀表示值的大小定出故障點的位置。在故障點，耳機中音頻信號聲響最強。當(dāng)探頭從故障點前移1～2 m時，音頻信號聲響即中斷，則音頻信號聲響最強處即為故障點。

4 結(jié)語

綜上所述，在故障粗測時采用故障點兩側(cè)電纜線芯電阻與比例電阻構(gòu)成的Murray電橋，是傳統(tǒng)經(jīng)典的定位方法。由此構(gòu)成的設(shè)備，價格低廉、操作簡單。由于過去低壓電橋法儀器測量電壓低，通常被認(rèn)為不適宜高阻。高壓電橋徹底解決了電橋法用于高阻定位的局限性。電橋法的優(yōu)勢是無盲區(qū)、精確、使用方便。波反射法中的低壓脈沖法適用于0～1 kΩ的低阻接地故障，高阻接地故障時先用高壓脈沖信號將高阻瞬間擊穿，然后采用弧反射法或低壓脈沖信號快速測量故障點反射信號進(jìn)而探測故障點信息。上述各種方法都有各自的適用環(huán)境，對于一些復(fù)雜故障，可組合使用上述方法以求獲得最佳探測效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 史傳卿.電力電纜安裝運行技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2] 卓金玉.電力電纜設(shè)計原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.

[3] 徐應(yīng)麟.電線電纜手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[4] 電工進(jìn)網(wǎng)作業(yè)許可考試參考教材[M].北京：中國電力出版社，2007.endprint

3.1.2 波反射法

波反射法分為一次脈沖法（低壓脈沖法）、二次脈沖法、弧反射法、三次脈沖法等[6～8]。脈沖波在電纜中以一定速度傳播，在電纜擊穿點或電纜端部反射，波反射法根據(jù)脈沖的時間差定位，適用范圍廣，可以定位未知電纜長度及斷線故障。如圖3是脈沖反射原理。

3.2 故障定點

電纜運行或檢修技術(shù)人員根據(jù)電纜故障預(yù)定位的結(jié)果，在電纜故障點附近，通過儀器和設(shè)備對電纜故障點的位置進(jìn)行精確定位的過程。這一步驟的結(jié)論是在0.1米范圍內(nèi)指出故障點的位置。常用的方法是聲磁同步法、跨步電壓法和音頻感應(yīng)法。

3.2.1 聲磁同步法

聲磁的原理接線與沖擊電壓燒穿故障點的接線圖相同。直流高壓向電容器充電使球隙擊穿，將電壓加在故障點上，使故障點擊穿產(chǎn)生火花放電，引起電磁波輻射和機械的音頻振動。聲磁同步法的原理就是利用放電的機械效應(yīng)，在地面用聲波接收器探頭拾取振波，根據(jù)振波的強弱判定故障點。

3.2.2 跨步電壓法

跨步電壓法對電纜護(hù)套故障有很好的檢測效果。因而主要是針對電纜護(hù)套故障的有效定位手段。原理如圖4所示，在故障電纜金屬護(hù)套上施加一負(fù)極性的直流電壓，從G點流入土壤的電流形成“V”形的電位分布，跨步電壓法正是通過探棒尋找土壤中電勢最低點確定故障點位置的。在故障點兩側(cè)。地電勢差是相反的，越接近故障點電勢差越小。

3.2.3 音頻感應(yīng)法

音頻感應(yīng)法一般用于故障電阻小于10Ω的低阻故障的定點。當(dāng)用聲磁同步法進(jìn)行定點時，因振動聲傳播受到屏蔽，或外界振動干擾很大，以及接地電阻極低，特別是金屬性接地故障的故障點根本無放電聲而無法定點時，需用音頻感應(yīng)法進(jìn)行定點。

音頻感應(yīng)法定點的基本原理與用音頻感應(yīng)法探測電纜路徑的原理一樣。探測時，用1kHz的音頻信號發(fā)生器向待測電纜通音頻電流，發(fā)出電磁波。然后在地面上用探頭沿電纜路徑接受電纜周圍電磁場的變化信號，并送入放大器放大。再將放大后的信號送入耳機或指示儀表，根據(jù)耳機中聲響的強弱或指示儀表示值的大小定出故障點的位置。在故障點，耳機中音頻信號聲響最強。當(dāng)探頭從故障點前移1～2 m時，音頻信號聲響即中斷，則音頻信號聲響最強處即為故障點。

4 結(jié)語

綜上所述，在故障粗測時采用故障點兩側(cè)電纜線芯電阻與比例電阻構(gòu)成的Murray電橋，是傳統(tǒng)經(jīng)典的定位方法。由此構(gòu)成的設(shè)備，價格低廉、操作簡單。由于過去低壓電橋法儀器測量電壓低，通常被認(rèn)為不適宜高阻。高壓電橋徹底解決了電橋法用于高阻定位的局限性。電橋法的優(yōu)勢是無盲區(qū)、精確、使用方便。波反射法中的低壓脈沖法適用于0～1 kΩ的低阻接地故障，高阻接地故障時先用高壓脈沖信號將高阻瞬間擊穿，然后采用弧反射法或低壓脈沖信號快速測量故障點反射信號進(jìn)而探測故障點信息。上述各種方法都有各自的適用環(huán)境，對于一些復(fù)雜故障，可組合使用上述方法以求獲得最佳探測效果。

參考文獻(xiàn)

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[3] 徐應(yīng)麟.電線電纜手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[4] 電工進(jìn)網(wǎng)作業(yè)許可考試參考教材[M].北京：中國電力出版社，2007.endprint

3.1.2 波反射法

波反射法分為一次脈沖法（低壓脈沖法）、二次脈沖法、弧反射法、三次脈沖法等[6～8]。脈沖波在電纜中以一定速度傳播，在電纜擊穿點或電纜端部反射，波反射法根據(jù)脈沖的時間差定位，適用范圍廣，可以定位未知電纜長度及斷線故障。如圖3是脈沖反射原理。

3.2 故障定點

電纜運行或檢修技術(shù)人員根據(jù)電纜故障預(yù)定位的結(jié)果，在電纜故障點附近，通過儀器和設(shè)備對電纜故障點的位置進(jìn)行精確定位的過程。這一步驟的結(jié)論是在0.1米范圍內(nèi)指出故障點的位置。常用的方法是聲磁同步法、跨步電壓法和音頻感應(yīng)法。

3.2.1 聲磁同步法

聲磁的原理接線與沖擊電壓燒穿故障點的接線圖相同。直流高壓向電容器充電使球隙擊穿，將電壓加在故障點上，使故障點擊穿產(chǎn)生火花放電，引起電磁波輻射和機械的音頻振動。聲磁同步法的原理就是利用放電的機械效應(yīng)，在地面用聲波接收器探頭拾取振波，根據(jù)振波的強弱判定故障點。

3.2.2 跨步電壓法

跨步電壓法對電纜護(hù)套故障有很好的檢測效果。因而主要是針對電纜護(hù)套故障的有效定位手段。原理如圖4所示，在故障電纜金屬護(hù)套上施加一負(fù)極性的直流電壓，從G點流入土壤的電流形成“V”形的電位分布，跨步電壓法正是通過探棒尋找土壤中電勢最低點確定故障點位置的。在故障點兩側(cè)。地電勢差是相反的，越接近故障點電勢差越小。

3.2.3 音頻感應(yīng)法

音頻感應(yīng)法一般用于故障電阻小于10Ω的低阻故障的定點。當(dāng)用聲磁同步法進(jìn)行定點時，因振動聲傳播受到屏蔽，或外界振動干擾很大，以及接地電阻極低，特別是金屬性接地故障的故障點根本無放電聲而無法定點時，需用音頻感應(yīng)法進(jìn)行定點。

音頻感應(yīng)法定點的基本原理與用音頻感應(yīng)法探測電纜路徑的原理一樣。探測時，用1kHz的音頻信號發(fā)生器向待測電纜通音頻電流，發(fā)出電磁波。然后在地面上用探頭沿電纜路徑接受電纜周圍電磁場的變化信號，并送入放大器放大。再將放大后的信號送入耳機或指示儀表，根據(jù)耳機中聲響的強弱或指示儀表示值的大小定出故障點的位置。在故障點，耳機中音頻信號聲響最強。當(dāng)探頭從故障點前移1～2 m時，音頻信號聲響即中斷，則音頻信號聲響最強處即為故障點。

4 結(jié)語

綜上所述，在故障粗測時采用故障點兩側(cè)電纜線芯電阻與比例電阻構(gòu)成的Murray電橋，是傳統(tǒng)經(jīng)典的定位方法。由此構(gòu)成的設(shè)備，價格低廉、操作簡單。由于過去低壓電橋法儀器測量電壓低，通常被認(rèn)為不適宜高阻。高壓電橋徹底解決了電橋法用于高阻定位的局限性。電橋法的優(yōu)勢是無盲區(qū)、精確、使用方便。波反射法中的低壓脈沖法適用于0～1 kΩ的低阻接地故障，高阻接地故障時先用高壓脈沖信號將高阻瞬間擊穿，然后采用弧反射法或低壓脈沖信號快速測量故障點反射信號進(jìn)而探測故障點信息。上述各種方法都有各自的適用環(huán)境，對于一些復(fù)雜故障，可組合使用上述方法以求獲得最佳探測效果。

參考文獻(xiàn)

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[3] 徐應(yīng)麟.電線電纜手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[4] 電工進(jìn)網(wǎng)作業(yè)許可考試參考教材[M].北京：中國電力出版社，2007.endprint