论文部分内容阅读
深圳市地铁集团有限公司运营总部维修中心供电三部
摘要：电缆发生故障后，如何快速准确的查找故障点，尽快恢复供电系统，是极需解决的重要课题。本文主要阐述了电力电缆故障原因，并提出相应的处理方法，以供参考。
关键词：电力电缆；故障；处理
1 电缆故障原因分析
（1）运行中的电缆由于长期过负荷或外部过电压以及使用年限的增长造成电缆绝缘老化。
（2）电缆在制造时局部存在缺陷。
（3）机械损伤：电缆敷设工程中受到损伤或电缆路径区域有重型机械施工作业。
（4）地面下沉：电缆在凹凸不平的路径中敷设，因轨道、公路、墙基等地面下沉导致电缆受到垂直剪切应力。
（5）震动：铁路桥梁随着大负荷列车的通过会产生一定频率的震动，会对电缆造成疲劳破坏。
（6）腐蚀：轨道附近电缆受到电腐蚀，沿海地区电缆会受到化学腐蚀，损伤电缆外护套。
（7）电缆头制作不符合工艺要求，电缆敷设时不规范。
（8）电缆中间连接处的电缆截面积不同，不同截面积的电缆相连易出现压接不紧，造成此处接触电阻增大，遇有过电压或过电流时此处易于发热，使绝缘老化，绝缘电阻降低，形成电缆的薄弱点。
（9）绝缘物流失：通常在油浸电缆、不滴流电缆中发生。以上九点是造成电缆在运行中发生故障较为常见的原因。
2 电缆故障处理
2.1 电缆故障性质的判定
通常用兆欧表测量电缆的绝缘电阻。其方法是：测量电缆每一相对其他相、铠装及地的绝缘电阻。例如：测A相对B、C相时，将兆欧表的“L”端接电缆A相，B、C相短接并与电缆铠装及地相连后接到兆欧表的“E”端，A、B、C三相分别进行测量并做好记录；然后测量相间绝缘电阻，即A相对B相、B相对C相、C相对A相的绝缘电阻。测试结束后，通过对所测量数据的分析进行电缆故障性质判定。电缆故障大体分为导体故障和绝缘损坏故障，导体故障分为芯线、地线的开路和短路；绝缘损坏故障分为低阻故障和高阻故障。低阻故障特点是电缆特性阻抗小于50Ω，用低压脉冲法测距。高阻故障可细分为泄露高阻和闪络高阻，泄露高阻较为常见，是指已经形成固定泄露通道，电缆特性阻抗在千欧至十几兆欧范围，可用高压闪络法测距；闪络高阻是指电缆中未形成固定泄露通道，特性阻抗在几十兆欧以上，可用直闪法测距。电缆故障性质判断准确，采用正确的测距方法可以节约故障处理时间。
2.2 电缆路径的查找
隧道内电力电缆一般都敷设在电缆沟内或悬挂在洞壁上，此种情况不需要探测电缆路径，可直接进行电缆故障的粗测；若是地埋的电缆，且电缆的走向不清，则必须对电缆路径进行探测。
2.2.1 路径仪的使用。将路径仪的两根测试线正极接到电缆的好相（好相的另一端接钢铠），负极接到电缆钢铠，钢铠两端接地。仪器的“输出振幅”放在较小的位置，打开电源开关，调节路径仪“输出幅度”使表头有小的指示，变换“阻抗匹配”，使表头有较大的指示。将探棒接定点仪的输入插孔，将定点仪转换开关转至“路径”位，同时调节“音量调节”和“频率微调”电位器，耳机内应发出间断清晰的响声。
2.2.2 路径的探测技巧。将一只手持探棒放在要查找路径的电缆上，另一只手调节定点仪的灵敏度旋钮，使表针指在中间位置，调节频率旋钮使耳机内传出的声音最清晰，然后将探棒与地面垂直并左右摆动顺着电缆大致方向往前走，声音最小点即为电缆路径。边走边探，并做好标记。
2.3 粗测电缆故障点距离
无论是低压脉冲法还是高压脉冲法，均是以微观的方式分析电波在电缆中的传输，通过分析电波在传输中的相位、幅度和速度的变化来测试距离。
2.3.1 低压脉冲法测低阻故障。
（1）低压脉冲法测试原理。电缆故障闪测仪是根据微波传输理论（雷达原理）在电缆的芯线上加注设计宽度的微波，通过波的反射及波的速度，实现对电缆的粗测。低压脉冲法：应用于测试低阻、短路和开路故障，主机本身发射一个脉冲信号，在故障点或接头处产生一个反射波，反射波沿着原路返回发射端，由路径公式S=1/2VT，得出故障距离。其中：S—故障点到测试端的距离；V—电信号在电缆中传输的速度，它只与电缆的绝缘介质有关，和电缆的导体材料无关；T—电信号从测试端发出，到故障点后再返回到发射端所需的时间。
（2）低压脉冲法测试要点。正式测试前，调整好仪器的基础波至荧屏的中间位置，振幅幅度调到3cm左右。测试时将故障探测仪输出的两根线中的一根红线接电缆好相，另一根黑线接电缆铠装。测试方式：选择脉冲位；介质选择：选到与电缆类型相适应的档位。按下采样键，微调故探仪的波型位置和振幅，使波型最好时按下保持键，然后通过波型位移、压缩或扩展、游标移动等进行波型处理，测出电缆全长；然后将红线改接到电缆的坏相，重复上述步骤进行测试，若显示出短路或开路故障波型，则在计算出故障点的距离后便可进行故障点的精确定位。故障点测试是否准确取决于波型的判读，若入射波与反射波同相则为开路故障，如图1所示：
图1 开路故障测试波形
图2 低阻故障测试波形
t1时刻为闪测仪产生的发射脉冲，极性始终为负；t2时刻为电缆的接头反射脉冲，t3时刻为开路故障反射波，t4时刻为开路故障点二次反射。若入射波与反射波反相则为短路故障，如图2所示：t3时刻为低阻故障点反射；t4时刻为低阻故障点二次反射。入射波与反射波之间的长度即为故障点的距离。测出的故障距离误差大的原因是游标定位不准。因为游标每游动一点即为3.2m，关键是波形的拐点要定得准。
2.3.2 高压闪络法测高阻故障。
（1）高压闪络法测试原理。高压闪络法应用于测试高阻故障，仪器利用电缆故障点在高电压作用下瞬间击穿，闪络放电形成反射波，分析反射波两次反射的时间差计算出故障点距离的原理进行测试。 （2）高压闪络法测试要点：
第一，测量前脉冲波型基线调到距荧屏上端约2cm，工作方式选择“冲闪”其他操作与脉冲法相同，球间隙的距离调到5mm左右（球间隙在3mm以下时，每毫米击穿电压约3～4kV；在3mm以上时，每毫米击穿电压约5～6kV，通常所施加的冲击电压在15～20kV之间），每次放电间隔时间约2～3秒（放电间隔时间由所施加的冲击电压控制，电压高放电间隔时间短，电压低放电间隔时间长），放电间隔时间过短、电压过高时或者电流增大，试验变压器容易过热损坏。
第二，测量波形随所施加的电压的改变而有所改变，波形的好坏直接关系测试距离准确与否，测试波形并非电压越高越好。
第三，当出现故障点不放电时，不能一味加大电压，根据击穿能量P=1/2U2C，还可适当加大电容。经过实践，2μF电容能满足3000m以下电缆故障探测，4μF电容能满足9000m以下电缆故障探测，目前大容量干式电容器的应用有效缩短了电缆故障点的击穿时间。
第四，电缆故障点是否放电的判定：在给电缆故障相施加电压时，球间隙放电声音清脆、电源控制保护箱的电流表指针随着球间隙的放电而有规律地摆动、电压表指针随着球间隙的放电而降低、电源控制保护箱内发出有规律的轻微震动声、试验变压器随着施加冲击电压时间的增长而发热；故障点未放电时，球间隙放电声音发闷而且小、电流表指针几乎不摆动、电压表指针平稳、电源控制保护箱内无震动声、试验变压器不热。
第五，当电缆故障探测仪不显示波形，故障点不放电时，常见的原因有两种：一种是电缆故障点已经放电，但由于故障点够不成回路而造成电缆故障探测仪显示故障点未放电，故障点位置多在电缆中间头，故障性质多为相间短路接地。遇到此种故障，可用加大电容、升高电压的方法予以解决。另一种是电缆故障点未放电，电缆故障探测仪因故障点不放电而无法采集故障波形，此种情况较少发生。处理时需要采取较为原始的办法：一种是向熟悉此条电缆敷设、维修情况的人员了解中间头的具体位置，按照所提供的位置将电缆中间头挖出来进行检查，此方法适应于电缆中间接头较少的电缆故障查找；另一种利用路径仪探测路径、用低压脉冲法判断接头位置的方法加以解决。
2.4 精确定位电缆故障点
粗测出大概故障点的距离后，进行实际距离的估测，要充分考虑电缆的杆上距离，洞内的预留等。
2.4.1 隧道内的精确定位。在隧道内查找故障点时，因电缆在电缆沟内或悬挂在洞壁上，一般不用定点仪（但必须携带定点仪以防万一）。人员不易过多，2至3人一组。人多了，脚步声、人员移动时触动石子声将淹没电缆故障点微弱的放电声。用人耳去听故障点的放电声时，一般走3至5步蹲下身静听，对有怀疑处要伏下身去听，必要时掀开电缆盖板探进头听。注意有时洞内电缆沟上面，盖板破损或电缆外露，此时不是故障点电缆也有声音，千万不要认为是电缆的故障点的放电声。故障点的放电声与非故障点放电声是有区别的，非故障点的放电声听不到最响点。故障点朝上放电的故障好确定，故障点朝下放电且电缆沟内积满煤土时，就困难了，这时应使用定点仪进行定点。进隧道处理电缆故障前必须将所需用的仪器准备、携带齐全，以防遗漏。
2.4.2 非隧道内的精确定位。先用皮尺量出粗测的故障点，然后在其前后用定点仪进行探测。其方法是：将定点仪打至定点位，进行探听，无故障处耳机内听不到放电声，当有声音时越靠近故障点声音越大，故障点处声音最大。当电缆埋得浅时，有时能感觉到土的振动。挖出电缆后，在电缆上撒些干土面，通过观察土的震动情况判明故障点。找准故障点作好标记，降压放电后，再锯电缆（若电缆沟内同时有2条及以上电缆时，应使用电缆识别仪进行确认。确认无误后，方准下锯以确保人身安全）。若故障点距测试端较近时，因球隙的放电声大，听不到放电声时，可将球隙放到电缆的另一端，其方法是将球隙接于好相与坏相之间，此时加压端改接好相。好多情况下即使故障点就在测试端附近，通过定点仪也能发现故障点，这时要充分相信仪器，只要通过定点仪听到的放电声音大，并与其他处不同，就应该大胆作出故障点的判断。
3 结语
通过对相关电缆故障处理的经验总结探讨体会到，只有掌握了电缆故障处理的正确方法，特别是波形的判读和定点，并在实践中不断总结，积累经验，按照电缆故障处理程序去做，才能在较短的时间内处理完高、低压电缆故障，使电力线路及早恢复供电。
摘要：电缆发生故障后，如何快速准确的查找故障点，尽快恢复供电系统，是极需解决的重要课题。本文主要阐述了电力电缆故障原因，并提出相应的处理方法，以供参考。
关键词：电力电缆；故障；处理
1 电缆故障原因分析
（1）运行中的电缆由于长期过负荷或外部过电压以及使用年限的增长造成电缆绝缘老化。
（2）电缆在制造时局部存在缺陷。
（3）机械损伤：电缆敷设工程中受到损伤或电缆路径区域有重型机械施工作业。
（4）地面下沉：电缆在凹凸不平的路径中敷设，因轨道、公路、墙基等地面下沉导致电缆受到垂直剪切应力。
（5）震动：铁路桥梁随着大负荷列车的通过会产生一定频率的震动，会对电缆造成疲劳破坏。
（6）腐蚀：轨道附近电缆受到电腐蚀，沿海地区电缆会受到化学腐蚀，损伤电缆外护套。
（7）电缆头制作不符合工艺要求，电缆敷设时不规范。
（8）电缆中间连接处的电缆截面积不同，不同截面积的电缆相连易出现压接不紧，造成此处接触电阻增大，遇有过电压或过电流时此处易于发热，使绝缘老化，绝缘电阻降低，形成电缆的薄弱点。
（9）绝缘物流失：通常在油浸电缆、不滴流电缆中发生。以上九点是造成电缆在运行中发生故障较为常见的原因。
2 电缆故障处理
2.1 电缆故障性质的判定
通常用兆欧表测量电缆的绝缘电阻。其方法是：测量电缆每一相对其他相、铠装及地的绝缘电阻。例如：测A相对B、C相时，将兆欧表的“L”端接电缆A相，B、C相短接并与电缆铠装及地相连后接到兆欧表的“E”端，A、B、C三相分别进行测量并做好记录；然后测量相间绝缘电阻，即A相对B相、B相对C相、C相对A相的绝缘电阻。测试结束后，通过对所测量数据的分析进行电缆故障性质判定。电缆故障大体分为导体故障和绝缘损坏故障，导体故障分为芯线、地线的开路和短路；绝缘损坏故障分为低阻故障和高阻故障。低阻故障特点是电缆特性阻抗小于50Ω，用低压脉冲法测距。高阻故障可细分为泄露高阻和闪络高阻，泄露高阻较为常见，是指已经形成固定泄露通道，电缆特性阻抗在千欧至十几兆欧范围，可用高压闪络法测距；闪络高阻是指电缆中未形成固定泄露通道，特性阻抗在几十兆欧以上，可用直闪法测距。电缆故障性质判断准确，采用正确的测距方法可以节约故障处理时间。
2.2 电缆路径的查找
隧道内电力电缆一般都敷设在电缆沟内或悬挂在洞壁上，此种情况不需要探测电缆路径，可直接进行电缆故障的粗测；若是地埋的电缆，且电缆的走向不清，则必须对电缆路径进行探测。
2.2.1 路径仪的使用。将路径仪的两根测试线正极接到电缆的好相（好相的另一端接钢铠），负极接到电缆钢铠，钢铠两端接地。仪器的“输出振幅”放在较小的位置，打开电源开关，调节路径仪“输出幅度”使表头有小的指示，变换“阻抗匹配”，使表头有较大的指示。将探棒接定点仪的输入插孔，将定点仪转换开关转至“路径”位，同时调节“音量调节”和“频率微调”电位器，耳机内应发出间断清晰的响声。
2.2.2 路径的探测技巧。将一只手持探棒放在要查找路径的电缆上，另一只手调节定点仪的灵敏度旋钮，使表针指在中间位置，调节频率旋钮使耳机内传出的声音最清晰，然后将探棒与地面垂直并左右摆动顺着电缆大致方向往前走，声音最小点即为电缆路径。边走边探，并做好标记。
2.3 粗测电缆故障点距离
无论是低压脉冲法还是高压脉冲法，均是以微观的方式分析电波在电缆中的传输，通过分析电波在传输中的相位、幅度和速度的变化来测试距离。
2.3.1 低压脉冲法测低阻故障。
（1）低压脉冲法测试原理。电缆故障闪测仪是根据微波传输理论（雷达原理）在电缆的芯线上加注设计宽度的微波，通过波的反射及波的速度，实现对电缆的粗测。低压脉冲法：应用于测试低阻、短路和开路故障，主机本身发射一个脉冲信号，在故障点或接头处产生一个反射波，反射波沿着原路返回发射端，由路径公式S=1/2VT，得出故障距离。其中：S—故障点到测试端的距离；V—电信号在电缆中传输的速度，它只与电缆的绝缘介质有关，和电缆的导体材料无关；T—电信号从测试端发出，到故障点后再返回到发射端所需的时间。
（2）低压脉冲法测试要点。正式测试前，调整好仪器的基础波至荧屏的中间位置，振幅幅度调到3cm左右。测试时将故障探测仪输出的两根线中的一根红线接电缆好相，另一根黑线接电缆铠装。测试方式：选择脉冲位；介质选择：选到与电缆类型相适应的档位。按下采样键，微调故探仪的波型位置和振幅，使波型最好时按下保持键，然后通过波型位移、压缩或扩展、游标移动等进行波型处理，测出电缆全长；然后将红线改接到电缆的坏相，重复上述步骤进行测试，若显示出短路或开路故障波型，则在计算出故障点的距离后便可进行故障点的精确定位。故障点测试是否准确取决于波型的判读，若入射波与反射波同相则为开路故障，如图1所示：
图1 开路故障测试波形
图2 低阻故障测试波形
t1时刻为闪测仪产生的发射脉冲，极性始终为负；t2时刻为电缆的接头反射脉冲，t3时刻为开路故障反射波，t4时刻为开路故障点二次反射。若入射波与反射波反相则为短路故障，如图2所示：t3时刻为低阻故障点反射；t4时刻为低阻故障点二次反射。入射波与反射波之间的长度即为故障点的距离。测出的故障距离误差大的原因是游标定位不准。因为游标每游动一点即为3.2m，关键是波形的拐点要定得准。
2.3.2 高压闪络法测高阻故障。
（1）高压闪络法测试原理。高压闪络法应用于测试高阻故障，仪器利用电缆故障点在高电压作用下瞬间击穿，闪络放电形成反射波，分析反射波两次反射的时间差计算出故障点距离的原理进行测试。 （2）高压闪络法测试要点：
第一，测量前脉冲波型基线调到距荧屏上端约2cm，工作方式选择“冲闪”其他操作与脉冲法相同，球间隙的距离调到5mm左右（球间隙在3mm以下时，每毫米击穿电压约3～4kV；在3mm以上时，每毫米击穿电压约5～6kV，通常所施加的冲击电压在15～20kV之间），每次放电间隔时间约2～3秒（放电间隔时间由所施加的冲击电压控制，电压高放电间隔时间短，电压低放电间隔时间长），放电间隔时间过短、电压过高时或者电流增大，试验变压器容易过热损坏。
第二，测量波形随所施加的电压的改变而有所改变，波形的好坏直接关系测试距离准确与否，测试波形并非电压越高越好。
第三，当出现故障点不放电时，不能一味加大电压，根据击穿能量P=1/2U2C，还可适当加大电容。经过实践，2μF电容能满足3000m以下电缆故障探测，4μF电容能满足9000m以下电缆故障探测，目前大容量干式电容器的应用有效缩短了电缆故障点的击穿时间。
第四，电缆故障点是否放电的判定：在给电缆故障相施加电压时，球间隙放电声音清脆、电源控制保护箱的电流表指针随着球间隙的放电而有规律地摆动、电压表指针随着球间隙的放电而降低、电源控制保护箱内发出有规律的轻微震动声、试验变压器随着施加冲击电压时间的增长而发热；故障点未放电时，球间隙放电声音发闷而且小、电流表指针几乎不摆动、电压表指针平稳、电源控制保护箱内无震动声、试验变压器不热。
第五，当电缆故障探测仪不显示波形，故障点不放电时，常见的原因有两种：一种是电缆故障点已经放电，但由于故障点够不成回路而造成电缆故障探测仪显示故障点未放电，故障点位置多在电缆中间头，故障性质多为相间短路接地。遇到此种故障，可用加大电容、升高电压的方法予以解决。另一种是电缆故障点未放电，电缆故障探测仪因故障点不放电而无法采集故障波形，此种情况较少发生。处理时需要采取较为原始的办法：一种是向熟悉此条电缆敷设、维修情况的人员了解中间头的具体位置，按照所提供的位置将电缆中间头挖出来进行检查，此方法适应于电缆中间接头较少的电缆故障查找；另一种利用路径仪探测路径、用低压脉冲法判断接头位置的方法加以解决。
2.4 精确定位电缆故障点
粗测出大概故障点的距离后，进行实际距离的估测，要充分考虑电缆的杆上距离，洞内的预留等。
2.4.1 隧道内的精确定位。在隧道内查找故障点时，因电缆在电缆沟内或悬挂在洞壁上，一般不用定点仪（但必须携带定点仪以防万一）。人员不易过多，2至3人一组。人多了，脚步声、人员移动时触动石子声将淹没电缆故障点微弱的放电声。用人耳去听故障点的放电声时，一般走3至5步蹲下身静听，对有怀疑处要伏下身去听，必要时掀开电缆盖板探进头听。注意有时洞内电缆沟上面，盖板破损或电缆外露，此时不是故障点电缆也有声音，千万不要认为是电缆的故障点的放电声。故障点的放电声与非故障点放电声是有区别的，非故障点的放电声听不到最响点。故障点朝上放电的故障好确定，故障点朝下放电且电缆沟内积满煤土时，就困难了，这时应使用定点仪进行定点。进隧道处理电缆故障前必须将所需用的仪器准备、携带齐全，以防遗漏。
2.4.2 非隧道内的精确定位。先用皮尺量出粗测的故障点，然后在其前后用定点仪进行探测。其方法是：将定点仪打至定点位，进行探听，无故障处耳机内听不到放电声，当有声音时越靠近故障点声音越大，故障点处声音最大。当电缆埋得浅时，有时能感觉到土的振动。挖出电缆后，在电缆上撒些干土面，通过观察土的震动情况判明故障点。找准故障点作好标记，降压放电后，再锯电缆（若电缆沟内同时有2条及以上电缆时，应使用电缆识别仪进行确认。确认无误后，方准下锯以确保人身安全）。若故障点距测试端较近时，因球隙的放电声大，听不到放电声时，可将球隙放到电缆的另一端，其方法是将球隙接于好相与坏相之间，此时加压端改接好相。好多情况下即使故障点就在测试端附近，通过定点仪也能发现故障点，这时要充分相信仪器，只要通过定点仪听到的放电声音大，并与其他处不同，就应该大胆作出故障点的判断。
3 结语
通过对相关电缆故障处理的经验总结探讨体会到，只有掌握了电缆故障处理的正确方法，特别是波形的判读和定点，并在实践中不断总结，积累经验，按照电缆故障处理程序去做，才能在较短的时间内处理完高、低压电缆故障，使电力线路及早恢复供电。