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1、电 力 电 缆 故 障 探 测 技 术 朱 启 林 电缆的基本结构 1线芯 2内半导体层 3交联聚乙烯 绝缘层 4外半导体层 5填料 6铜屏蔽层 7金属护层 （铠装） 8外绝缘护层 三芯交联聚乙烯电缆 电缆的基本结构 单芯电缆的基本结构 1线芯 2绝缘层 3护层 电力电缆故障探测的特点 减少停电时间，提高供电可靠性的关键技术。 对技术与经验的要求较高。 (如医生看病） 七分仪器，三分人。 测试的精度要高、速度要快,不能挖开试试看。 测试烦琐、复杂、耗时,过程曲折，但充满乐趣 ，有收获感。 必须按步骤开展工作。欲速则不达。 了解电缆故障原因，有利于尽快地找到故障点。 要注意电缆敷设、维护资料的整
2、理与保存。 主要故障原因： 机械损伤(外力破坏)：占58%。当时不一定 损坏 附件制造质量的原因：占27%。接头的制作 敷设施工质量的原因：占12%。 电缆本体的原因：占3%。电缆的制作工艺 与绝缘老化。 电缆故障产生的的原因 一、按故障电阻与芯线情况分类 1、开路故障 2、短路（低阻）故障 3、高阻（泄漏性）故障 4、高阻（闪络闪络 性）故障 二、按表面现象分类 1、开放性故障 2、封闭闭性故障 故 障 分 类 三、按接地现象分类 1、单单相接地故障 2、相间间故障 3、多相接地混合性故障 四、按故障位置分类 1、接头头故障 2、电缆电缆 本体故障 故 障 分 类 故障探测的基本步骤 一、故
3、障诊断就是用万用表、兆欧表测量电缆的故障 电阻，并根据故障电阻的大小，判断电缆的故障性质； 了解故障性质、故障原因、敷设环境、运行情况等。 主要有测试准备与故障性质诊断两个阶段组成。 二、故障测距在电缆一端用仪器测定故障点的距离。 三、故障定点根据测距结果，在一定范围内精确测定 故障点的具体位置。 主要有路径探测与故障精确定位两个阶段组成。 诊 断测 距定 点 诊断结果： A相对地绝缘下降 L=360m 测距结果 L=360m 定点结论： 地面正下方 电缆故障探测三步骤 电缆故障测试前的准备工作 一、测试设备准备 首先我们要把测试用的各种仪器仪表带全，检查是否拥有 足够的电力；把电工工具带全；
4、提前把变电站或接线箱上的钥 匙带好；同时带上电源线和可能用到的接地线等！ 二、人员准备抢修人员要齐整，分工明确，服从指挥 三、安全保证 到现场后把电缆两端孤立起来使电缆各相之间和对其他地 方留有足够的距离；测试时两端要留人看守以确保安全！ 四、了解电缆情况 全长、绝缘性质、接头、耐压等级、路径与何处施过工等 。 u 转 到 探 测 流 程 图 故障性质诊断分类与测试方法选择 故障性质质发发生概率测测距方法选择选择定点方法选择选择 开路故障几乎不发 生 低压脉冲法/或按闪络 故障测试 按闪络 故障测试 短路（低阻） 故障 低压电缆 发生较多 低压脉冲法/脉冲电流 法 声磁同步法/金属性短 路故障
5、用音频信号法 定位 高 阻 故 障 100K欧 以下 80%以上 二次脉冲法/脉冲电流 法/电桥 法 声磁同步法 100K欧 以上 二次脉冲/脉冲电流法声磁同步法 闪络 故障很小二次脉冲/脉冲电流法声磁同步法 电缆故障测试设备的基本形式 一、便携式 电缆故障测距仪 电缆故障定点仪 高压信号发生器（含分体的和一体化的） 音频信号发生器（单频、多频） 路径仪音频信号接收器 电缆识别仪 二、组合式 电缆测试车 把上述设备有机的装到车上并加入电缆管理系统和发电 机、耐压设备等 电缆故障探测经常遇到的困难 便携式仪器接线复杂，现场易发生接线错误，并 已引起安全性问题； 测距波形不太容易分析，得不到正确的
6、故障距离 ； 路径太复杂或不知道路径； 故障定点时干扰太大（车声、人的脚步声及其他 突然地引起地面震动的声音）或故障电缆的敷设情 况不利于声波的传导； 电缆发生了没有放电声音的金属性短路故障。 电力电缆主绝缘故障测距方法 电缆故障测距方法 一、阻抗法 1、传统直流电桥 2、压降比较法 3、直流电阻法（科汇主要把它用于护层故障的探测） 二、行波法（脉冲法） 1、低压脉冲法 2、脉冲电压法 3、脉冲电流法 4、二次脉冲法 关 于 行 波 行波就是以一定速度在线路中传播的电压、电 流波。分为： 电压行波与电流行波; 电压行波与电流行波是伴生的、同时存在的; 行波又分为稳态行波和暂态行波。 行波法故障
7、测距是利用线路中突然出现的暂态 行波在线路中的往返传播测量故障距离。其中： 低压脉冲法与二次脉冲法测量的是测距设备向 线路中输入暂态的电压行波；而脉冲电流法测量的 则是故障点放电产生的电流行波。 测距方法之一低压脉冲法 适用范围： 低阻短路故障（绝缘故障电阻小于几百欧的故 障）、开路故障。据统计这类故障约占电缆故障的 10%。 低压脉冲法还可用于测量电缆的长度、电磁波 在电缆中的传播速度，还可用于区分电缆的中间头 、T型接头与终端头等。 低压脉冲法工作原理 L=Vt/2 V是电缆的波速度 关 于 波 速 度 低压脉冲测试原理的测试公式L=Vt/2中的V就是电 磁波在电缆中传播的速度，我们简称为
8、波速度；理论分析 表明波速度与电缆的绝缘介质有关，与电缆芯线的线径及 芯线的材料无关，也就是说不管线径是多少线芯是铜芯的 还是铝芯的，只要电缆的绝缘介质一样，波速度就一样。 现在大部分电缆都是交联聚乙烯或油浸纸电缆，它们的参 考数椐是：交联聚乙烯电缆的波速是170-172m/s、油浸纸 电缆的波速为160 m/s。 纵然电缆的绝缘介质相同，不同厂家的、不同批次 的电缆波速度也不完全相同，如果知道电缆全长，根据 V=2Lt，就可以推算出电缆的波速度。 关 于 阻 抗 电缆的波阻抗 电力电缆的波阻抗值一般在10-40欧左右， XLPE绝缘电缆的波阻抗一般在20欧左右。 行波在波阻抗不匹配点处产生反
9、射 低压脉冲反射波的极性 开路（断线）反射：反射脉冲与发射脉冲同极性 短路（低阻）反射：反射脉冲与发射脉冲反极性 发射 脉冲 反射 脉冲 发射 脉冲 反射 脉冲 发射脉冲 接头反射 低阻故障反射 远端开路反射 典型的低压脉冲反射波形 低阻故障波形断线故障波形 带中间接头的断线故障波形 标定反射脉冲的起始点得到故障距离 接头反射发射脉冲 开路反射 光标 实测低压脉冲反射波形 低压脉冲反射波形的比较法 故障电缆 良好导体测量波形 故障导体测量波形 测量波形比较 电缆接头反射波形 低压脉冲比较法实测低阻故障波形 低压脉冲比较法实测波形 测试示例 低压脉冲全长测量接线图 电缆全长波形图 低压脉冲方式测
10、试故障距离时的操作步骤 根 据 全 长 校 正 波 速 度 测试示例 低压脉冲故障测距接线图 低压脉冲故障波形图 低压脉冲法测量开路距离 测试示例 低压脉冲故障测距接线图 低压脉冲故障波形图 低压脉冲法测量短路距离 测试示例 用低压脉冲法比较法测量电缆B、C相对地的故障距离 低压脉冲测良好相波形图 低压脉冲故障测试比较波形图 低压脉冲故障测试比较波形图 测试示例 低压脉冲故障测试比较波形图 测距方法之二脉冲电流法 适用范围： 脉冲电缆法可测量向故障电缆施加高压后， 故障点能击穿放电的故障。含有：高阻泄漏性故 障、高阻闪络性故障与低阻故障等。 据统计这类故障约占电缆故障的90%以上。 线性电流耦
11、合器的应用 地线中的电流 线性耦合器输出 脉冲电流法工作原理 将电缆故障点用高电压击穿，用仪器采集并记录下故 障点击穿产生的电流行波信号，通过分析判断电流行波信 号在测量端与故障点往返一趟的时间来计算出故障距离。 脉冲电流波形及测量原理 脉冲电流直流闪络测试法 线性电流藕合器的输出 适用于闪络 型故障的测试 。 给故障电缆 施加直流高电 压信号，使故 障点击穿，根 据故障点放电 脉冲在测量端 及故障点往返 一躺的时间计 算故障距离。 脉冲电流冲击闪络测试法 高阻故障如果使用直闪法测试，电压会大量泄到发 生器的内阻上，容易损害高压发生器；同时加到电缆 上的电压很小，不利于故障点的击穿。对于高阻故
12、障 ，需要使用冲闪法，在给脉冲电容充电后再加到故障 上去，脉冲高电压使故障点击穿放电。 典型的冲闪法脉冲电流波形 1 2 34 5 6 7 直接击穿的脉冲电流冲闪波形 1-高压发生器的发射脉冲 3-故障点的放电脉冲 2-零点实光标 4-虚光标 5-放电脉冲的一次反射 6-故障距离 7-放电脉冲的二次反射 远端开路波形 电缆全长 远端反射击穿的脉冲电流冲闪波形 远端开路 二次反射波形 远端开路波形 长放电延时的故障波形 近距离故障波形 常见低压电缆故障波形 故障点泡在水中的电缆故障波形 电缆进水泄漏较大故障点较远的故障波形 无放电弧光的金属性短路故障波形 实测脉冲电流法故障波形实测脉冲电流法故障
13、波形 如何使故障点充分放电 Q=1/2CV2 提高施加到电缆上的电压，可使故障点容易击穿。 提高储能电容的容量，加大了高压设备供给电缆的 能量，实际上也增加了电缆上电压持续时间，有利于 故障点的击穿。 进行冲闪测试时，多次用高电压冲击故障电缆， 利用“累积效应”，故障点被进一步破坏，会使得击穿 电压降低，放电延时缩短。 故障点击穿与否的判断 通过高压信号发生器电流表或电压表摆动的幅度 判断； 通过仪器记录的波形判断 通过球间隙放电的声音判断 测试示例 故障电缆示意图 脉冲电流冲闪法测试故障距离时的操作步骤 测试示例 脉 冲 电 流 测 试 接 线 图 测试示例脉冲电流故障波形图 测距方法之三二
14、次脉冲法 适用范围： 二次脉冲法可测量向故障电缆施加高压使故 障点击穿放电后，放电电弧能长时间存在的故障。 含有：高阻泄漏性故障、高阻闪络性故障等。 据统计这类故障约占电缆故障的60%左右。 二次脉冲法工作原理（如低压脉冲比较法） 结合低压脉冲法的波形简单与脉冲电流法可以测量 高阻故障的优点 用高压脉冲击穿故障，并用稳弧器延长故障电弧持 续时间 故障电弧持续时间内，向故障点发射低压脉冲，获 得脉冲反射波形，称为电弧脉冲反射波形。 将电弧脉冲反射波形与电缆不带电（故障点不击穿 波形比较），波形上开始有明显差异的点即故障点。 二次脉冲测试原理 二次脉冲法工作原理（如低压脉冲比较法） 二次脉冲测试设
15、备接线图 二次脉冲法工作原理（如低压脉冲比较法） 实测二次脉冲波形 二次脉冲故障波形图 故障电缆示意图 测试示例 二次脉冲法测距的操作步骤 测试示例二 次 脉 冲 测 试 接 线 图 测试示例 二次脉冲故障波形图 评 价 二次脉冲反射波形简单，易于识别故障点。 设备接线复杂，体积大。 故障击穿机会较脉冲电流法减少 电力电缆故障定点方法 电缆故障定点方法 1、声测法 2、声磁同步接收法 3、音频信号感应法 4、跨步电压法 定点方法之一声磁同步接收法 应用范围： 施加高电压使故障点击穿后，故障点能 产生放电声音的故障。 对部分穿管电缆不适用。 声磁同步接收法的工作原理 1、向故障电缆中施加高压脉冲信号，使故障点放电。 2、在故障点放电时，电缆周围就会产生脉冲磁场信号 ，同时故障点处就会发出放电声音信号。 3、磁场信号传播的极快，声音信号传播的比较慢。 4、在地面上用仪器的探头同步接收故障点放电产生的 脉冲磁场信号和声音信号，由于电缆有一定的埋深， 这两个信
