1、第五章 電力電纜故障測尋5.2 電纜故障診斷及故障測試方法 電纜發生故障后，除特殊情況可直接觀察到故障點外，一般均無法通過巡視發現，必須采用測試電纜故障的儀器進行測量來確定電纜故障點的位置。由于電纜的故障類型很多，測尋方法也隨故障性質的不同而異。因此在故障測尋工作開始之前，準確地確定電纜故障的性質，就具有十分重要的意義。 根據電纜發生故障的直接原因可以分為兩大類：一類為試驗擊穿故障，另一類為在運行中發生的故障。 在試驗過程中發生擊穿的故障，其性質比較簡單，一般為一相、接地或兩相短路，很少有三相同時在試驗中接地或短路的情況，更不可能發生斷線故障。其另一個特點是故障電阻均比較高，一般不能直接用搖表

2、測出，而需要借助直流耐壓試驗設備進行測試，其方法如下。 （1）在試驗中發生擊穿時：對于分相屏蔽型電纜均為一相接地；對于統包型電纜，則應將未試相地線拆除，再進行加壓，如仍發生擊穿，則為一相接地故障，如果將未試相地線拆除后不再發生擊穿，則說明是相間故障，此時則應將未試相分別接地，以檢測是哪兩相之間發生短路故障。 （2）在試驗中，當電壓升至某一定值時，電纜發生閃絡，電壓降低后，電纜絕緣恢復，這種故障即為閃絡性故障。1、試驗擊穿故障性質的判定 運行電纜故障的性質和試驗擊穿故障的性質相比，就比較復雜，除發生接地或短路故障外，還可能發生斷線故障，因此在測尋前，還應作電纜導體連續性的檢查，以確定是否發生斷線

3、故障。運行電纜故障一般不會是閃絡性的故障。確定電纜故障的性質，一般應用1000V或2500V搖表或萬用表進行測量并作好記錄。 （1）首先在任意一端用搖表測量A-地、B-地、C-地三相對地的絕緣電阻值，測量時另外兩相不接地，以判斷是否為接地故障。 （2）測量各相間A-B、B-C及C-A相間的絕緣電阻，以判斷有無相間短路故障。2、運行故障性質的判定 （3）如用搖表測得電阻很小接近于零時，則應用萬用表測出各相對地的絕緣電阻和各相間的絕緣電阻值，以區分低阻、高阻故障。一般認為絕緣電阻值小于10倍電纜波阻抗為低阻故障，絕緣電阻值大于10倍電纜波阻抗為高阻故障。（注：交聯聚乙烯電纜的波阻抗一般在1040

4、。） （4）如用搖表測得電阻很高時，無法確定故障相。此時應對電纜做直流耐壓試驗，以判斷電纜是否存在故障。 （5）運行故障有發生斷線故障的可能，所以還應作電纜導體連續性是否完好的檢查：在一端將A、B、C三相短接（不接地），到另一端用萬能表測量各相間是否完全通路，相間電阻是否完全一致。2、運行故障性質的判定 20世紀70年代前，世界上廣泛使用電橋法及低壓脈沖反射法進行電力電纜故障測試，二者對低阻故障很準確，但對高阻故障不適用，故常常結合燃燒降阻（燒穿）法，即加大電流將故障處燒穿使其絕緣電阻降低，以達到可以使用電橋法或低壓脈沖法測量的目的。燒穿方法對電纜絕緣有不良影響，現已很少使用。3、電纜故障測試

5、的發展歷程 20世紀80年代后，出現了直流閃測法和沖擊閃測法，分別測試閃絡故障及高阻故障，二者均可分為電流閃測法和電壓閃測法，取樣參數不同，各有優缺點，電壓取樣法可測率高，波形清晰易判，盲區比電流法少一半，但接線復雜，分壓過大時對人及儀器有危險。電流取樣法正好相反，接線簡單，但波形干擾大，不易判別，盲區大。 兩種方法目前是國產高阻故障測試儀的主流方法。電流、電壓閃測法基本上解決了電纜高阻故障問題，在我國電力部門應用十分廣泛，且應用經驗十分豐富，但儀器有盲區，且根據測試儀器和設備的原理，波形有時不夠明顯，靠人為判斷，不是很準確，儀器的精度及誤差相對也較大。3、電纜故障測試的發展歷程 20世紀90

6、年代，發明了二次脈沖法測試技術：因為低壓脈沖準確易用，結合直流高壓源發射沖擊閃絡電壓，在故障點起弧的瞬間通過內部裝置觸發發射一低壓脈沖，此脈沖在故障點閃絡處（電弧的電阻值很低）發生短路反射，并將波形記憶在儀器中，電弧熄滅后，復發一正常的低壓測量脈沖到電纜中，此低壓脈沖在故障處（高阻）沒有擊穿產生通路，直接到達電纜末端，并在電纜末端發生開路反射，將兩次低壓脈沖波形進行對比較容易判斷故障點（擊穿點）位置。 綜上所述，電纜故障測試大致可分為電橋法和脈沖法兩大類。脈沖法又分為低壓脈沖法、直流高壓閃絡法、沖擊高壓閃絡法、二次脈沖法。3、電纜故障測試的發展歷程 電橋法是一種傳統、經典的對低阻故障行之有效的

7、一種方法。 電橋法操作相對簡單，測試精度也較高。此法僅適用于直流電阻小于100 的低阻泄露故障，而且要求電纜必須有一根以上的好相才行。對高阻故障，斷路故障和三相均有泄露的故障電纜則無能為力。 電橋法測試線路的連接如圖5-1（a）所示，將被測電纜終端故障相與非故障相短接，電橋兩臂分別接故障相與非故障相，圖5-1（b）給出了等效電路圖。4、電橋法 （a）圖5-1 電橋法測試線路的連接（a）4、電橋法圖5-1 等效電路圖（b）4、電橋法 仔細調節R2 數值，總可以使電橋平衡，即CD間的電位差為0，無電流流過檢流計，此時根據電橋平衡原理可得:4、電橋法R1,R2 為已知電阻，設：R1/R2=K ，則

8、R3/R4=K 由于電纜直流電阻與長度成正比，設電纜導體電阻率為R0 ，L代表電纜全長， Lx、L0 分別為電纜故障點到測量端及末端的距離，則R2可用（L全長+L0）R0 代替，可推出：L全長+L0=K Lx而 L0= L全長-Lx所以 Lx= 2L全長/(K+1) 電纜斷路故障可也用電容電橋測量，原理與上述電阻電橋類似。4、電橋法 1適用范圍 低壓脈沖法主要用于測量電纜的斷線，低阻短路和低阻接地故障的距離，據統計這類故障約占電纜故障的8%。同時可用于測量電纜的長度、波速度和識別定位電纜的中間頭、T形接頭等。 2測壓原理 測試時，從測試端向電纜中輸入一個低壓脈沖信號，該脈沖信號沿著電纜傳播，當

9、遇到電纜中的阻抗不匹配點時，如開路點、短路點、低阻故障點和接頭點等，會產生折反射，反射波傳播向測試端，被儀器記錄下來，如圖5-2所示。5、低壓脈沖法圖5-2 低壓脈沖反射原理5、低壓脈沖法 設從儀器發射出發射脈沖到儀器接受到反射脈沖的時間差為t ，也就是脈沖信號從測試端到阻抗不匹配點往返一次的時間為t ，同時如果已知脈沖電磁波在電纜中傳播的速度是v，那么根據公式L= v t/2 即可計算出阻抗不匹配點距測端的距離L的數值。5、低壓脈沖法 3對低壓脈沖反射波形的理解 （1）開路故障波形。開路故障的反射脈沖與發射脈沖極性相同，如圖5-3所示。5、低壓脈沖法圖5-3 開路故障波形 當電纜近距離開路故

10、障或儀器選擇的測量范圍為幾倍的開路故障距離時，儀器就會顯示多次反射波形，每個反射脈沖波形的極性都和發射脈沖相同，而且反射波間距相等，如圖5-4所示。5、低壓脈沖法圖5-4 開路故障波形多次反射 （2）短路或低阻接地故障波形。短路和低阻故障的發射脈沖與發射脈沖極性相反，如圖5-5所示。5、低壓脈沖法圖5-5 短路或低阻接地故障波形 （3）低壓脈沖方式比較測量法。在實際測量時，電纜線路可能比較復雜，存在著中間接頭、接地不良、不同性質電纜對接等情況，更使得脈沖反射波形不太容易理解，波形起始點不好標。 實際上電力電纜三相均有故障的可能性很小，絕大部分情況下有良好的線芯存在。操作人員可以通過比較電纜良好

11、線芯與故障線芯脈沖反射波形的差異處，來尋找故障點，避免了理解復雜的脈沖反射波形的困難，使故障點容易準確、快速識別。5、低壓脈沖法 如圖5-6（a）所示，這是一條帶中間接頭的電纜，發生了單相低阻接地故障。首先通過故障線芯對地測量得一低壓脈沖反射波形，如圖5-6（b）所示；然后在測量范圍與波形增益都不變的情況下，再用良好的線芯對地測得一個低壓脈沖反射波形，如圖5-6（c）所示；然后，把兩個波形進行比較，在比較后的波形上會出現了一個明顯的差異點，這是由于故障點反射脈沖所造成的，如圖5-6（d）所示，該點所表示的距離即是故障點位置。5、低壓脈沖法5、低壓脈沖法圖5-6 低壓脈沖方式比較測量法測試單相對

12、地故障 直流高壓閃絡法（簡稱直閃法）用于測量閃絡擊穿性故障，即故障點電阻極高，在用高壓試驗設備把電壓升到一定值時就產生閃絡擊穿的故障。 圖5-7中, T1為調壓器、 T2為高壓試驗變壓器，容量為0.51.0KVA，輸出電壓為3060KV；C為儲能電容器；L為線性電流耦合器（取樣器）。 采用如圖5-7所示的接線進行測試。在電纜的一端加上直流高壓，當電壓達某一值時，電纜被擊穿而形成短路電弧，使故障點電壓瞬間突變到零，產生一個與所加直流負高壓極性相反的正突跳電壓波。此突跳電壓波在測試端至故障點間來回傳播反射。6、直流高壓閃絡法圖5-7 直流高壓閃絡法測量接線6、直流高壓閃絡法圖5-8，就是遠距離故障

13、直閃脈沖電流波形圖。圖5-8 遠距離故障直閃脈沖電流波形6、直流高壓閃絡法 簡稱沖閃法，這種方法用于測量高阻接地或短路故障。其測量時的接線如圖5-9所示，它與直閃法接線（見圖5-7）基本相同，不同的是在儲能電容C與電纜之間串入一球形間隙G。首先，通過調節調壓升壓器對電容C充電，當電容C上電壓足夠高時，球形間隙G擊穿，電容C對電纜放電，這一過程相當于把直流電源電壓突然加到電纜上去。7、沖擊高壓閃絡法圖5-9 沖擊高壓閃絡法測量接線7、沖擊高壓閃絡法 基本原理：通過高壓發生器給存在高阻或閃絡性故障的電纜施加高壓脈沖，使故障點出現弧光放電。由于弧光電阻很小，在燃弧期間原本高阻或閃絡性的故障就變成了低阻短路故障。此時，通過耦合裝置向故障電纜中注入一個低壓脈沖信號，記錄下此時的低壓脈沖反射