国吨力毅 ２０１４年第２４期（总第３１９期） １ ０ｋＶ电力电缆常见故障诊断 洪亚宋庆飞宋韶然 （国网山东省电力公司聊城供电公司，山东聊城２５２０００） 摘要：随着社会发展与城市建设，城市配网线路越来越复杂、密集，高压架空线路已无法满足线路走向、高度上的要求。因此。电力 电缆逐渐担负起输送电力的工作，取代高压架空线路，迅速融入城市中。 关键词：电力电缆；故障诊断；故障寻测 中图分类号：ＴＭ７７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—００７９（２０１４）２４—０１２６—０３ 目前聊城市城区１０ｋＶ配电线路常用的电缆为交联聚乙烯 （ＸＬＰＥ）电缆。它是由线芯、绝缘层、屏蔽层、铠装层、内护套、 常年经受大气、温度和干、湿等气候条件的影响，对密封性非常 敏感。一旦水分进入电缆头，逐渐使绝缘受潮，导致绝缘击穿， 甚至爆炸。 ３．腐蚀引起受潮导致电缆绝缘损坏 外护套、包带组成。随着聊城经济的快速发展，投运的电力电 缆线路逐年增多，随之而来的电缆故障也在增加，威胁配电网 的安全稳定运行。对电力电缆故障原因进行分析，并采取相应 的预控措施已成为一个极需解决的重要课题。 一被腐蚀的电缆铅包通常会有淡黄色或粉红色粒状腐蚀物， 有腐蚀物的地方就是铅包穿孔和受潮的通道。在腐蚀孔处，水 、电力电缆常见故障 分侵入铅包内使电缆受潮，绝缘油分解、结晶，使绝缘性能下 降。在电压、温度和电场作用下，形成相间或对地击穿现象。 ４．机械损伤电缆绝缘 在查找电缆故障时，首先要进行电缆故障性质的诊断，确定 故障的类型及故障电阻阻值，以便与测试人员选择适当的故障 测距与定点方法。 造成电缆的机械损伤主要有以下几种原因： （１）安装时损伤：在安装时不小心碰伤电缆，机械牵引力 电缆故障种类很多，为便于电缆的故障寻测，可以分为以下 五种类型： 过大而拉伤电缆，或电缆过度弯曲，超出其弯曲半径而造成电 缆蠕动损伤电缆。 （２）直接受外力损坏：在安装后电缆路径上或电缆附近进 （１）接地故障：电缆一芯主绝缘对地击穿故障。 （２）短路故障：电缆两芯或三芯短路。 （３）断线故障：电缆一芯或数芯被故障电流烧断或受机械 外力拉断，造成导体完全断开。 （４）闪络性故障：这类故障一般发生于电缆耐压试验击 穿中，并多出现在电缆中间接头或终端头内。试验时绝缘被击 穿，形成间隙性放电通道。当试验电压达到某一定值时，发生 击穿放点；而当击穿后放电电压降至某一值时，绝缘又恢复而 不发生击穿，这种故障称为开放性闪络故障。有时在特殊条件 下，绝缘击穿后又恢复正常，即使提高试验电压也不再击穿， 这种故障称为封闭性闪络故障。以上两种现象均属于闪络性 行城建施工，使电缆受到直接的外力损伤。 （３）行驶车辆的震动或冲击性负荷会造成地下电缆的铅 （铝）包裂损。 （４）因自然现象造成的损伤：如中间接头或终端头内绝缘 胶膨胀而胀裂外壳或电缆护套，因电缆自然行程使装在管口或 支架上的电缆外皮擦伤、土地沉降引起过大拉力，拉断中间接 头或导体。 ５．绝缘老化 常见的老化机理如下： （１）局部放电。在电压的作用下，绝缘结构内部的边缘发 生非贯穿性放电现象。局部放电能够存在于电树枝、孔隙、裂 纹、杂质界面上。这种放电以仅造成导体间的绝缘局部短接而 不形成导电通道为限。每一次局部放电对绝缘介质都会有一些 故障。 （５）混合性故障：同时具有上述接地、短路、断线中两种以 上性质的故障称为混合性故障。 二、故障原因分析 １．过热过负荷和接头发热导致绝缘损坏 影响，当局部放电超过一定程度时应将设备退出运行，进行检修 或更换。 长期满负荷或经常超负荷运行的电缆会出现绝缘老化和 明显的铅包鼓胀、裂纹与漏油等缺陷，以致发展为鼓胀。但由 于接头的导体连接工艺或材料不合格造成连接点接触不良， 散热条件差，即使输送容量未达到额定数值，仍会发热以致发 生故障。 、 （２）电树老化。电树枝是一种出现在电缆中的电裂纹现 象，它是在聚合物的局部区域内，由于杂质、气泡等缺陷造成局 部电场集中所导致的局部击穿，并形成树枝状放电破坏通道。 （３）化学树老化。化工厂的电缆，特别是敷设在含有硫化 ２．密封不良导致电缆附件绝缘损坏 电缆终端头和接头盒密封性能差，引起受潮，因为户外终端 物、碱、有机酸等废液及地下水中的电缆，或者直埋在含有硫化 物环境中的电缆，当硫化物通过电缆的护套与绝缘层侵入，与 收稿日期：２０１４—０３—１３ 作者简介：洪亚（１９８７一），男，山东聊城人，配电抢修班安全员；宋庆飞（１９７３一），男，山东聊城人，顾官屯供电所所长，技师。 １２６ ＮＯ．２４，２０１４（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．３１９） 导体发生化学反应生成结晶物质析出，形成化学树枝化，甚至 破坏绝缘造成事故。 （４）热老化。热老化是负荷电流变化及短路电流引起的热 伸缩、材料氧化、热分解等化学变化以及硬度变化、龟裂等物理 变化引起的老化和绝缘材料性能降低。 ６．过电压导致绝缘击穿 过电压分外部过电压和内部过电压两大类。外部过电压， 又称雷电过电压、大气过电压。由大气中的雷云对地面放电而引 起，会破坏电缆绝缘，引起短路接地故障。内部过电压是电力系 统内部运行方式发生改变而引起的过电压。这类故障由于缆芯 之间或缆芯对外皮间的绝缘破坏而形成短路、接地、闪络击穿 等现象 三、电缆故障诊断 电缆发生故障后，除电缆终端头爆炸、外力破坏等故障可 以直接观察到故障点外，一般无法通过巡视发现，必须使用电 缆故障测试设备进行测量，从而确定电缆故障的位置，由于电 缆故障类型很多，巡测方法也随故障性质的不同而异。因此在 故障寻测工作开始前，须准确确定电缆故障性质。 按照故障性质，可将运行中的电缆故障分为接地故障、短 路故障、断线故障、闪络故障及混合型故障。 运行中的电缆故障性质比较复杂，除发生接地或短路故障 外，还有断线故障。因此在寻测前，还应进行电缆导体连续性的 检查，以确定是否发生断线。确定电缆故障的性质，一般用摇表 和万用表进行测量并做好记录。 （１）首先在任意一端用摇表测量Ａ一地、Ｂ一地、Ｃ一地的绝缘 电阻值，测量时另外两相不接地，以判断是否为接地故障。 （２）测量各相间Ａ—Ｂ、Ｂ—Ｃ、ｃ—Ａ的绝缘电阻，判断有无相 见短路故障。 （３）如果用摇表测得电阻为零时，则应用万用表测出各 相对地的绝缘电阻和各相间的绝缘电阻值，以区分低阻、高阻 故障。 （４）如用摇表测得电阻很高，无法确定故障相时应对电缆 进行耐压试验，判断电缆是否存在故障。 （５）因电缆故障有发生断线的可能，所以还应进行导体连 续性是否完好的检查。其检查方法是在一端将Ａ、Ｂ、Ｃ三相短接 （不接地），在另一端用万用表的低阻档测量各相间电阻值是否 为零，检查是否完全通路。 例如，某ｌＯｋＶ电缆在运行中发生故障，判断其故障性质，首 先按照上述步骤测量电缆两端相对地及相间绝缘电阻，结果如 图１，并列入表１中。 图１相对地及相间绝缘电阻（ＭＱ） 电力技术交流 表１电缆绝缘电阻测量记录 测试端 甲端 乙端 Ａ ８００ ８００ 相对地 Ｂ １００ ≈０ Ｃ ５０ ５０ ＡＢ ９００ ８００ 相间 ＢＣ １５０ ５０ ＣＡ ８５０ ８５０ 根据表１数据不能说明故障性质，需进行导体连续性检查， 如图２所示。在电缆一端将三相电缆短接，在另一端用万用表测 量相间电阻值，数据列入表２。 （ａ） （ｂ） 图２导体连续性检查 表２导体连续性检查测量表 ｌ 测试端 ｌ 甲端 ｌ 乙端 ｌ ｌ ＡＢ ｌ ｏ。 ｌ ｍ 万用表测量数据Ｉ ＢＣ Ｉ ｌ ＊ ｌｃＡ ｌ ｏ．５７ Ｉ ｏ．６２ 综合上述测试结果，可得：Ａ相正常；Ｂ相断开，乙端有一低 电阻接地故障；Ｃ相有一高阻接地故障，但导体完整。 有了准确的电缆故障性质判定结论，便可以选择合适的仪 器，确定寻测方式查找故障点位置。 四、电缆故障点巡测 １屯缆故障初测 根据仪器和设备的测试原理，电缆故障初测大致分为电桥 法和行波法两类。本文仅对目前常用的行波法进行介绍。 行波法可分为低压脉冲法和闪络法两种。 （１）低压脉冲法。 ｔ＂ｈ ） ——————— 一 Ｉ二￣ＩＬ＝ Ｉ 图３低压脉冲法反射原理 对于均匀无损的理想长线，设长度为 ，当从一端加电压或 电流波，那么电波便以均匀速度ｖ向另一端传播，经△ｔ时间后到 达另一端，则有： Ｌ＝ｖａｔ （１） 均匀长线中的每—点波阻抗是相等的。在长线中，若某一点 的波阻抗发生变化，电波传播到该点就发生折反射现象。 用仪器测量电缆故障时，将脉冲在Ｔ１时刻加到电缆故障相 一端，此脉冲便以速度ｖ向电缆故障点传播，经△ｔ时间后到达故 障点，并产生反射脉冲，又以相同的速度ｖ经△ｔ时间后在Ｔ２时刻 返回测量端，假设故障点到测量端的距离为Ｌ，则有： Ｌ＝ｖａｔ＝Ｌ ｖ（ 一 ） （２） 对于交联聚乙烯电缆ｖ １７２ｍ／￣ｓ，因此，只要记录Ｔ１和Ｔ２ 时刻就可以测出测量端到故障点的距离，Ｔ１、Ｔ２的记录由仪器自 动完成。 （２）闪络法。对于高阻故障，由于故障点电阻较大，反射系 １２７ 呷ｌ习 府毅名 ２０１４年第２４期（总第３１９期） 数几近于零，用低压脉冲法测量时，故障点的发射脉冲很小或 不存在，此时宜采取闪络法进行测量。在电缆的一端加上直流 高压，当电压达到某一值时，电缆被击穿而形成短路电弧，使故 障点电压瞬间突变到零，产生一个与所加直流负高压极性相反 的正突跳电压波在故障点与测量点之间来回反射。常用的闪络 法有直流高压闪络测量法和冲击高压闪络测量法。 １）直流高压闪络测量法（直闪法）。直闪法测量接线如图４ 所示，由于受到高压电源输出功率的限制，直闪法只能测量闪络 性高阻故障。 图４直闪法测量接线图 ２）冲击高压闪络测量法（冲闪法）。冲闪法接线图如图５， 当电源接通后，首先由直流高压给贮能电容Ｃ充电，当电容电压 （ａ）短路（接地）故障，（ｂ）断线不接地故障。（Ｃ）闪络故障 图６声测试验接线图 达到一定幅值，球隙Ｇ被击穿放电，高压瞬间加到电缆故障相， 并传向故障点，继而故障点闪络放电，在测量点与故障点之间产 五、结论 生反射波。冲闪法主要用于测量泄露性高阻故障，也可测量闪 １０ｋＶ电缆是电力电缆中较为常见的电缆类型，目前由于 络性高阻故障。 城市建设需求，１０ｋＶ配电网络电缆化程度不断提升，保障其稳 定运行是直接关系客户用电需求的重要工作内容。对此，应对 １０ｋＶ电缆中容易出现的故障类型及原因有充分的了解，并制 定好有序的故障处理步骤，以便在故障发生后及时、准确地找 到故障位置，并开展电力抢修工作，从而保障电力系统的安全 运行。 参考文献： 图５冲闪法接测量线图 …１杨忠华．１０ｋＶ电力电缆故障的起因诊断及处理分析【Ｊ］．科技与 ２－电缆故障精确定点 企业，２０１４，（２）． 目前常用的方法有冲击放电声测法（声测法）、声磁信号同 ［２］倪少军．高压电力电缆故障分析及探测技术应用［Ｊ】．科技创新 步接收定点法、跨步电压法及主要用于低阻故障定点的音频感 导报，２０１０，（９）． 应法。我单位常用方法为声测法，本文仅对此进行介绍。 【３］陈秋，孙正凯，王伟．１０ｋＶ配网电缆故障分析及防范措施［Ｊ】．重 声测法是利用直流高压试验设备向电容器充电、储能。当 庆电力高等专科学校学报，２０１１，（６）． 电压到达某一值，球间隙击穿，高压试验设备和电容器上的能 【４．陈磊．电力电缆故障的检测及预防措施ｆＪ］．科技传播，２０１３，（２２）． 量经球间隙向电缆故障点放电，产生机械振动声波，配合拾音器 ［５］陈化钢，张开贤，程玉兰．电力设备异常运行及事故处理【Ｍ】．北 （或“听棒”）沿初测确定的范围加以辨认。 京：中国水利水电出版社，２１６—２３１． 声测试验的接线图，按故障类型不同有所差别，如图６所示。 （责任编辑：王祝萍） （上接第１２５页） 质，２００９，（２）：１２４—１３０． 四、总结 ［４】蔡颖，王红亮．３ｓ技术在输电线路中的应用［Ｊ】．东北大学电力学 综上所述，以后的架空输电线路测量会以高精度信息化平 报，２０１１，（６）：３７—４０． 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