摘 要：介绍电力电缆的常见故障的分析、分类方法和电力电缆故障常用的检测手段及常用检测仪器。
关键词 电力电缆故障 分析 分类 检测
迅速准确地以最低的成本发现电缆故障点已成为路灯部门的一个重要的课题。本文从电力电缆的故障分析、分类、国内外常用的电力电缆故障的检测方法和检测仪器等方面作一个简要的综述，供维修测试的同行们参考。
一、电力电缆故障分析
1.电缆故障的发生原因
电缆故障的发生原因是多方面的，现将常见的几种原因归纳如下：
(1)机械损伤：在铺设电缆时由于不小心损伤电缆绝缘层或铺设后靠近电缆路径作业受到机械损伤。这些损伤如果轻微，要在几个月甚至几年后才发展到铠装或绝缘层穿孔，潮气浸入而导致损伤部位彻底崩溃形成故障。
(2)电腐蚀：如果电力电缆埋设在附近有强力地下电场的地面下(如大型行车，电力机车轨道附近)，就会出现电缆外皮腐蚀等情况，导致潮气浸入，绝缘破坏。
(3)化学腐蚀：电缆路径在有酸碱的地区或迈过煤气站的腐蚀性出气管口，就会造成电缆绝缘层大面积、长距离被腐蚀。
(4)地面下沉：此现象往往发生在电缆穿越公路、铁路及高大建筑物时，由于地面的下沉而使电缆垂直受力变形，导致电缆破裂甚至折断。
(5)电缆绝缘物流失：电缆铺设时地面凹凸不平，或处在电杆上的户头，由于电缆的起伏，高低落差悬殊，高处的电缆绝缘油流向低处，而使高处电缆绝缘下降，导致故障发生，这种故障在早期的油纸绝缘电缆中较为常见。
(6)长期超负荷运行：由于超负荷运行，电缆的温度会随之上升，尤其是在炎热的夏季，电缆的温升常常导致电缆的绝缘较薄弱和电缆接头处首先被击穿。一般在夏季电缆故障高的原因正在于此。
(7)震动破坏：铁路轨道下的电缆，由于剧烈的震动导致电缆外皮产生疲劳而破裂形成故障。
(8)拙劣的施工使电缆接头处理不恰当，和不按技术规范敷设电缆，都是形成电缆故障的重要原因。
(9)在潮湿的气候条件下做接头，使接头封装物混入湿气而不能承受应有的试验电压，往往出现闪络性故障。
如果希望快速寻找故障点，应找齐敷设电缆的原始资料，观察电缆的敷设路面情况，再结合可能造成电缆故障的原因，对快速检测故障点会很有好处。
2.电力电缆故障的分类
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二、电缆故障的检测：
检测电力电缆故障的常用方法有电桥检测法、电磁感应检测法、时域反射检测法等。本文就其检测原理和仪器配置逐一简单介绍。
(一)电桥检测法：
电桥法就是用单臂或双臂电桥测出电缆芯线的直流电阻值，再准确测量电缆实际长度，按照电缆长度与电阻的正比例关系，计算出故障点。该方法对于电缆芯线间直接短路或短路点接触电阻小于1降墓收希?卸衔蟛钜话悴淮笥?m，对于故障点接触电阻大于1降墓收希?刹捎眉痈哐股沾┑姆椒ㄊ沟缱杞抵?揭韵拢?侔创朔椒ú饬
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图1、图2
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采用电桥法时应保证测量精度，电桥连接线要尽量短，线径要足够大，与电缆芯线连接要采用压接或焊接，计算过程中小数位数要全部保留。
电桥法测电缆故障时，除单臂或双臂电桥外，而且还需要与兆欧表和万用表等仪器配合使用，以便迅速准确地检测到电缆的故障点。
(二)电磁感应法：
其测试仪器由信号发射机和信号接收机两部分组成，原理是：测试仪器中发射机的振荡器产生一个高频信号(一般为1KHZ左右)，经被测电缆通过大地构成回路。此信号电流在被测系统周围产生磁场，用另一接收探测器在地面上拾取电磁信号，经放大器选频放大后，用耳机监听或用电平表观察，通过接收机的音频信号变化来确定电缆故障的形式及基本位置。
仪器的原理方框图如图3所示：
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图3
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采用电磁感应检测法测量电缆故障时，万用表和兆欧表也是必须的配套测试仪表。
(三)时域反射检测法
其测试仪主机采用的是时域反射(TDR)原理，既对电缆发射一电脉冲，电脉冲将在电缆中匀速传输，当遇到电缆阻抗发生变化的地方(故障点)，电脉冲将产生反射。主机将电脉冲的发射和反射的变化以时域形式通过液晶屏显示出来，通过屏幕可直接显示故障距离。
电力电缆故障一般分为两大类：低阻(短路，断路)或高阻故障。本仪器针对不同性质的故障采用不同的测试方法。
1.低压脉冲法
低压脉冲法用于测量电缆的低阻、开路或短路故障，将脉冲信号自测试端送入被测试电缆，该脉冲将沿电缆传播，当遇到阻抗不匹配点(故障点或中间接头)时，由于阻抗失配形成反射，脉冲返回到测量端并被记录下来。根据脉冲入射到返回所经过的时间△T和电波在电缆中的传播速度V，可以计算出传播路径的长度，进而得到测试点到故障点的距离S。具体计算公式为：S=—×△T×V 注： 以上计算过程由仪器自动完成。
通过反射脉冲的极性可以判断故障的性质。开路故障，发射脉冲与反射脉冲呈同极性；短路或低阻故障，发射脉冲与反射脉冲呈反极性。
由上式可以看出，脉冲在电缆中的传播速度对于准确地计算出故障距离很关键。在不清楚电缆的传播速度的情况下，如已知被测电缆的长度，根据发射脉冲与电缆终端反射脉冲之间的时间△T，可推算出电缆中的波速：V=2×S/△T
2.高压闪络法(冲闪法)
电缆的高阻故障由于故障点的电阻较大(大于10倍的电缆波阻抗)，低压脉冲在故障点没有明显的反射。故不能用低压脉冲法来测量，而只能由高压设备发出高压信号(冲闪时发出脉冲高压)，使故障点产生闪络性放电，从而发生电压设备突跳。这个突跳电压故障点和测试端之间来回反射点的距离。
时域反射检测法电缆故障测试仪主机的原理图如图4所示：
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图4
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当开关K在“脉冲”信号时，仪器内的低压脉冲产生器产生一峰值为250Vpp左右的脉冲信号加到被测电缆上，同时通过输入振幅电位器加到输入电路，此信号通过A/D转换将模拟信号变换成数字信号，此数字信号由计算机从A/D读入存储器，再通过监控程序处理，送往彩色液晶显示器，显示测试波形及其它相关内容。同时用户可通过键盘结合屏幕中文显示对操作过程进行控制。
当开关K在“闪络”位置时，外接高压测试系统产生的直流高压信号加到被测电缆上，使故障点瞬间闪络放电并形成单次闪络测试波形，通过电位器加到仪器的输入电路，测试仪可将这个瞬间的波形存储记忆下来，并通过计算机监控程序处理，送往彩色液晶显示器，屏幕显示波形后可根据屏幕中文提示对波形进行分析处理，并显示出故障距离。也可根据屏幕中文菜单提示完成其它功能，将测试结果打印输出，作为资料永久保存。
低压脉冲法由仪器内部产生触发，而闪络法则由外部高压产生触发。此现象可以在不同情况下按采样键得到反映，在低压脉冲时按采样波形马上显示出来，而高压闪络时按采样键波形并不马上反映出来，而是等外部高压触发打火后才显示出来。
一般来说，采用时域反射检测法，能迅速方便地测试出电缆故障的大致位置。对电缆故障进行精确定位时，往往还需要与电缆故障定位仪配置进行。如果采用高压闪络法(冲闪法)测试电缆故障还须拥有高压试验装置(如高压试验电源、高压球间隙、高压电容等仪器)，这些都是用户在电缆故障测试仪器选型时所值得注意的环节。
参考文献
李海帆《电力电缆工程设计、安装、运行、检修技术实用手册》当代中国音像出版社2004年版