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摘要：电力电缆是电力系统中的重要组成部分，对于电力系统的安全、稳定可靠运行，具有举足轻重的意义。本文主要介绍了电力电缆常见的故障，对故障原因进行分析，并采取相应的措施。
关键词：电力电缆；故障；诊断
一、电力电缆常见故障
（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：電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：这类故障大多数在预防性试验中发生，并多出现在电缆中间接头或终端头。当所加电压达到某一数值时击穿，电压低至某一值时绝缘又恢复。
（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.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
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
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。
（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-地、B-地、C-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10kV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。
（a） （b）
图1 相对地及相间绝缘电阻（MΩ） 表1 电缆绝缘电阻测量记录
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
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.电缆故障初测
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。
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L，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Δt时间后到达另一端，则有：
L=vΔt （1）
均匀长线中的每一点波阻抗是相等的。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Δt时间后到达故障点，并产生反射脉冲，又以相同的速度v经Δt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：
（2）
对于交联聚乙烯电缆v≈172m/μs，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）直流高壓闪络测量法（直闪法）。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。
2）冲击高压闪络测量法（冲闪法）。冲闪法接线图如图4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，也可测量闪络性高阻故障。
图4 冲闪法接测量线图
2.电缆故障精确定点
目前常用的方法有冲击放电声测法（声测法）、声磁信号同步接收定点法、跨步电压法及主要用于低阻故障定点的音频感应法。我单位常用方法为声测法。
声测法是利用直流高压试验设备向电容器充电、储能。当电压到达某一值，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（或“听棒”）沿初测确定的范围加以辨认。声测试验的接线图，按故障类型不同有所差别，如图5所示。
（a）短路（接地）故障
（b）断线不接地故障
（c）闪络故障
图5 声测试验接线图
跨步电压法是目前工程实践中应用最广和精度最准的定位方法，其原理如图6。
图6 跨步电压法原理图
1）利用跨步电压法测寻特殊电缆主绝缘故障
在特殊的情况下，利用跨步电压法也可对电缆主绝缘故障进行精确定位。
对于 110kV 高压电缆单相接地故障，特别是金属性接地故障，只要电缆裸露在外面，都可以用跨步电压法测寻故障点。如图7所示。
图7 跨步电压法测量电缆主绝缘故障
测寻的方法是：在故障相与金属护套之间，接上可调的直流电源。该电源能使故障点流过一定的电流。然后，在粗测所得的故障点位置附近，选相互间约距 500mm 的两点，轻轻撬破一小块钢带（只要露出一点铅皮即可），擦净露出的两小点铅皮上的沥清。上述工作完毕后，接通直流电源，直流电流由故障芯线流到故障点，再由故障点经电缆铅皮与大地同时向电缆两个终端流去。即流经铅皮的电流从故障点处分开，向两个相反方向流出（见图7中，I 和 I’）。此时，将检流计测试端两表笔接好，牢记“+”、“–”表笔的极性。然后，用表笔测出铅皮的电位，并使检流计的指针向正（负）向偏转。此后，只要正负表笔不调换，测铅皮跨步电位时，若两表笔均在故障点之前，检流计的指针始终向正（负）向偏转；若两表笔均在故障点之后，检流计的指针则向负（正）向偏转；若故障点在两表笔之间，则检流计的指针应在零位。据此，便可测出故障点的位置。
五、结论
综上所述，电力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。
关键词：电力电缆；故障；诊断
一、电力电缆常见故障
（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：電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：这类故障大多数在预防性试验中发生，并多出现在电缆中间接头或终端头。当所加电压达到某一数值时击穿，电压低至某一值时绝缘又恢复。
（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.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
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
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。
（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-地、B-地、C-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10kV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。
（a） （b）
图1 相对地及相间绝缘电阻（MΩ） 表1 电缆绝缘电阻测量记录
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
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.电缆故障初测
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。
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L，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Δt时间后到达另一端，则有：
L=vΔt （1）
均匀长线中的每一点波阻抗是相等的。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Δt时间后到达故障点，并产生反射脉冲，又以相同的速度v经Δt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：
（2）
对于交联聚乙烯电缆v≈172m/μs，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）直流高壓闪络测量法（直闪法）。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。
2）冲击高压闪络测量法（冲闪法）。冲闪法接线图如图4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，也可测量闪络性高阻故障。
图4 冲闪法接测量线图
2.电缆故障精确定点
目前常用的方法有冲击放电声测法（声测法）、声磁信号同步接收定点法、跨步电压法及主要用于低阻故障定点的音频感应法。我单位常用方法为声测法。
声测法是利用直流高压试验设备向电容器充电、储能。当电压到达某一值，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（或“听棒”）沿初测确定的范围加以辨认。声测试验的接线图，按故障类型不同有所差别，如图5所示。
（a）短路（接地）故障
（b）断线不接地故障
（c）闪络故障
图5 声测试验接线图
跨步电压法是目前工程实践中应用最广和精度最准的定位方法，其原理如图6。
图6 跨步电压法原理图
1）利用跨步电压法测寻特殊电缆主绝缘故障
在特殊的情况下，利用跨步电压法也可对电缆主绝缘故障进行精确定位。
对于 110kV 高压电缆单相接地故障，特别是金属性接地故障，只要电缆裸露在外面，都可以用跨步电压法测寻故障点。如图7所示。
图7 跨步电压法测量电缆主绝缘故障
测寻的方法是：在故障相与金属护套之间，接上可调的直流电源。该电源能使故障点流过一定的电流。然后，在粗测所得的故障点位置附近，选相互间约距 500mm 的两点，轻轻撬破一小块钢带（只要露出一点铅皮即可），擦净露出的两小点铅皮上的沥清。上述工作完毕后，接通直流电源，直流电流由故障芯线流到故障点，再由故障点经电缆铅皮与大地同时向电缆两个终端流去。即流经铅皮的电流从故障点处分开，向两个相反方向流出（见图7中，I 和 I’）。此时，将检流计测试端两表笔接好，牢记“+”、“–”表笔的极性。然后，用表笔测出铅皮的电位，并使检流计的指针向正（负）向偏转。此后，只要正负表笔不调换，测铅皮跨步电位时，若两表笔均在故障点之前，检流计的指针始终向正（负）向偏转；若两表笔均在故障点之后，检流计的指针则向负（正）向偏转；若故障点在两表笔之间，则检流计的指针应在零位。据此，便可测出故障点的位置。
五、结论
综上所述，电力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。