隨著城市建設(shè)的發(fā)展，電力電纜在城網(wǎng)供電中所占的份量也越來越重，在一些城市的市區(qū)逐步取代架空輸電線路；同時隨著電纜數(shù)量的增多及運行時間的延長，電纜的故障也越來越頻繁。由于電纜線路的隱蔽性、個別運行單位的運行資料不完善以及測試設(shè)備的局限性等原因，使電纜故障的查找非常困難；另一方面，隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代檢測技術(shù)與電子計算機(jī)結(jié)合應(yīng)用，各種測量方法及儀器的精度也得到進(jìn)一步提高，國內(nèi)外眾多的測試設(shè)備及技術(shù)并存。如何合理地選擇故障測試設(shè)備，準(zhǔn)確、快速地查找電纜故障，縮短故障停電時間，就成了電纜運行人員非常關(guān)心且值得探討和交流的焦點。

　　鑒于我局1997年“12.5”110kV珠蘭電纜故障的測尋教訓(xùn)（花了6天時間），1998年，我們購買了全套進(jìn)口車載精密電纜故障測試儀，使得我們能有機(jī)會接觸到國內(nèi)外先進(jìn)的電纜故障測試設(shè)備，并先后參加了德國Seba及Hagenuk公司，奧地利Baur公司的以及國內(nèi)的山東科匯等公司的電纜故障測試技術(shù)培訓(xùn)班學(xué)習(xí)。本文主要概述目前國內(nèi)外新近的電纜故障測試技術(shù)及應(yīng)用情況，并結(jié)合本局電纜故障測試設(shè)備的具體使用情況進(jìn)行分析總結(jié)。

　　1. 電力電纜故障測試的方法及應(yīng)用

　　1.1 電力電纜故障分類

　　電力電纜故障按性質(zhì)可分為串聯(lián)（斷線）故障及并聯(lián)（短路）故障兩種，后者按絕緣外是否有金屬護(hù)套或屏蔽可分為主絕緣故障（外有金屬屏蔽），外皮（外護(hù)套）故障（無金屬屏蔽）的故障。主絕緣故障根據(jù)測試方法不同，按故障點的絕緣電阻Rf大小可分為①金屬性短路（低阻）故障，其中Rf不同儀器及方法選擇各不同，一般Rf<10Z0（Z0為電纜波阻抗）,②高阻故障, ③間歇（閃絡(luò)）故障三種。三者之間沒有絕對的界限，主要由現(xiàn)場試驗方法區(qū)分，與設(shè)備的容量及內(nèi)阻有關(guān)。

　　1.2 電纜故障的測試方法比較

　　根據(jù)上述電纜故障的分類，目前國內(nèi)外有各種不同的測試方法，但測試步驟均相同，即：①進(jìn)行故障診斷②根據(jù)診斷結(jié)果進(jìn)行故障預(yù)定位③進(jìn)行故障定點（精定位）。對于各種故障及其相應(yīng)的方法如下表所示：

　　故障類型

　　預(yù)定位方法

　　精定位方法

　　斷線故障

　　●低壓脈沖反射法

　　▲電橋法

　　●聲磁同步法

　　主絕緣 故障

　　低阻故障

　　●低壓脈沖反射法

　　▲電橋法

　　★音頻感應(yīng)法

　　★聲磁同步法

　　電流方向法

　　高阻故障

　　●二次脈沖法（SIM）

　　▲沖閃法（電流法，電壓法） ★高壓電橋法［燃燒降阻法+低壓反射法］

　　聲響法 聲磁同步法

　　間歇性故障（閃絡(luò)）

　　●二次脈沖法（直流耐壓擊穿后用）

　　▲衰減法

　　▲直流閃測法（電流法、電壓法）

　　聲磁同步法

　　外護(hù)套故障

　　高壓電橋法

　　壓降法

　　▲聲磁同步法

　　●跨步電壓法

　　●推薦使用 ★有條件限制 ▲可用方法 ［?。莶煌扑]使用

　　1.3 電力電纜測試方法的發(fā)展

　　20世紀(jì)70年代前，世界上廣泛使用電橋法及低壓脈沖反射法進(jìn)行電力電纜故障測試，兩者對低阻故障很準(zhǔn)確，但對高阻故障不適用，故常常結(jié)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(dá)到可以使用電橋法或低壓脈沖法測量的目的。燒穿方法對電纜主絕緣有不良影響，現(xiàn)已很少使用。之后出現(xiàn)了直流閃測法和沖擊閃測法，分別測試間歇故障及高阻故障，兩者都均可分為電流閃測法和電壓閃測法，取樣參數(shù)不同，各有優(yōu)缺點。電壓取樣法可測率高，波形清晰易判，盲區(qū)比電流法少一倍，但接線復(fù)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(qū)大。 兩種方法目前是國產(chǎn)高阻故障測試儀的主流方法，主要有西安四方、山東科匯、武漢高壓所等產(chǎn)品。高壓電流、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(yīng)用十分廣泛，且應(yīng)用十分豐富經(jīng)驗，但儀器有盲區(qū)，且波形有時不夠明顯，靠人為判斷，有時未能成功，儀器的精度及誤差相對較大。

　　到了90年代，發(fā)明了二次脈沖法測試技術(shù): 因為低壓脈沖準(zhǔn)確易用，結(jié)合高壓發(fā)生器發(fā)射沖擊閃絡(luò)技術(shù)，在故障點起弧的瞬間通過內(nèi)部裝置觸發(fā)發(fā)射一低壓脈沖，此脈沖在故障點閃絡(luò)處（電弧的電阻值很低）發(fā)生短路反射，并將波形記憶在儀器中，電弧熄滅后，復(fù)發(fā)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(chǎn)生通路，直接到達(dá)電纜末端，并在電纜末端發(fā)生開路反射，將兩次低壓脈沖波形進(jìn)行對比，非常容易判斷故障點（擊穿點）位置，典型的波型如圖1所示。儀器可自動匹配，自動判斷計算

　　圖1 二次脈沖法波形圖

　　出故障點距離。二次脈沖法的出現(xiàn)，使得電纜高阻故障測試變得十分簡單，成為最先進(jìn)的測試方法，但國內(nèi)尚未見到新方法的設(shè)備。對于二次脈沖法，無論是奧地利的Baur公司，還是德國Seba公司的產(chǎn)品原理是一樣的，只是在實現(xiàn)上有差異：前者強調(diào)起弧與觸發(fā)脈沖配合，由內(nèi)部通信裝置對沖擊電流進(jìn)行阻尼，同時也增加了沖擊電流的沖擊寬度來實現(xiàn)；而后者則采用專門穩(wěn)弧儀，強調(diào)延長電弧時間，保證低壓脈沖在起弧期間到達(dá)。以本局購置的全套Baur公司車載精密電纜故障測試預(yù)定位系統(tǒng)為例，原理如圖2所示。該設(shè)備與國

　　圖2 二次脈沖原理圖

　　內(nèi)生產(chǎn)高壓電流或電壓法測試儀相比具有以下優(yōu)點：

　?。?）一體化設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊（compact），只要接入電源，接好地線，連接被測電纜即可進(jìn)行各種測試方法的操作，接線簡單，切換容易，安全可靠；

　?。?）自動化程度高，實現(xiàn)自動匹配、自動保護(hù)、自動判斷、自動計算，并可以進(jìn)行打印或?qū)D形存入軟盤，在計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；

　?。?）無盲區(qū)問題：考慮到儀器本身的饋線以及外接的高壓電纜引線長度，因此進(jìn)行儀器調(diào)試時，引入“tm”測試，首先測試每種方法中的脈沖波經(jīng)過儀器到達(dá)引線末端所經(jīng)歷的時間“tm”值，并輸入記憶的系統(tǒng)中；測試電纜時，儀器會自動將原點（起點）定在該方法的“tm”時刻處，因“tm”為定值與波速度選擇無關(guān)，無論波速度選多少，同一種方法中脈沖在儀器本身及引線所經(jīng)歷的時間“tm”是不變的；所測波形中tm時刻點即為所測電纜的始端，詳見圖1中“tm”點，因此測量時沒有盲區(qū)的概念。

　?。?）精度高：我局1998年購買Baur公司IRG300回波儀采樣頻率已達(dá)200MHz，以波速為 =160m/us計算，精確度可達(dá)0.4m。由于這套儀器的自動化程度高、精確，操作簡單，克服了電流、電壓沖擊法的不足，有效解決了高阻故障測試的困難，只要波速度選擇正確，測量結(jié)果非常準(zhǔn)確。

　　國內(nèi)的故障測試儀器在技術(shù)上已達(dá)到較高的水平，但儀器的精度以及全套系統(tǒng)整體細(xì)致設(shè)計均未及進(jìn)口設(shè)備，特別是簡單的機(jī)械質(zhì)量（接線、焊接、表面工藝粗糙）方面未能令人滿意。

　　1.4 其它測試設(shè)備

　　為能應(yīng)付所有可能出現(xiàn)的電纜故障，電纜故障測試單位應(yīng)配備全套的電纜故障測試設(shè)備，如電纜識別儀、電纜路徑測試議、預(yù)定位設(shè)備（含電橋、回波反射儀以及配套的高壓裝置及信號發(fā)生器）、精定位儀（跨步電壓法、聲磁同步法、音頻定位儀）等等。特別是對于不知路徑的直埋電纜故障若沒有路徑測試儀，根本無法測試，除非將整條電纜挖出來。對于普通的路徑測試儀，在實際測試中受地下平行金屬管線干擾較大，甚至誤導(dǎo)。Seba公司新開發(fā)的專利產(chǎn)品能很好解決干擾問題，主要是通過雙感應(yīng)線圈將最大法波最小法的倒轉(zhuǎn)波進(jìn)行疊加處理，有效解決了干擾問題。

　　1.5 電力電纜故障測試的發(fā)展起勢

　　1.5.1 目前國外一些公司在不斷開發(fā)新的測試方法同時引入了計算機(jī)技術(shù)，將電纜的運行管理，故障測試與GIS（地信息系統(tǒng)）結(jié)合起來。在GIS中已輸入各電纜的資料信息，在故障測試時，將測試結(jié)果與GIS數(shù)據(jù)庫相連，儀器所測的故障點位置自動在GIS系統(tǒng)中顯示出來，GIS將通過全球定位系統(tǒng)（GPS）將故障點位置與實際位置對應(yīng)起來實現(xiàn)故障自動定位，但這必須有非常完善的基礎(chǔ)資料以及軟硬件支持。

　　1.5.2 目前日本部分重要的電纜線路裝有自動監(jiān)測及故障測試系統(tǒng)，一旦出故障，監(jiān)測系統(tǒng)會測出電纜的故障位置自動發(fā)射給GPS全球定位系統(tǒng)，用戶終端即可知道故障實際位置。實現(xiàn)全自動化管理這對硬件要求更高。

　　1.5.3 在線監(jiān)測及全自動測試是未來電纜故障測試的發(fā)展趨勢。

　　包括對電纜狀態(tài)及與運行時出故障的自動定位測試將電纜的GIS與GPS聯(lián)合應(yīng)用，實現(xiàn)實時、動態(tài)的監(jiān)測測試及將是未來的發(fā)展趨勢。

　　1.6 電纜故障測試中人的因素

　　現(xiàn)場測試人員形象地形容電纜故障測試“三分靠人，七分靠儀器”。測試人員的理論知識，實踐經(jīng)驗，電纜運行管理的到位，電纜運行資料（長度、路徑、接頭位置兩端是否預(yù)留等）的完善，對電纜故障測試是事半功倍的，上海就是一個很好的例子。上海的同行主要使用國產(chǎn)儀器，包括電橋法等，也一樣可以很快找出故障點，同樣可以管理好6000km長的電纜線路。究其原因，主要是上海電纜的運行管理基礎(chǔ)好，電纜資料齊備，且其測試人員有豐富的故障測試經(jīng)驗，精通測試?yán)碚?，設(shè)備使用熟煉，由此可見人因素的重要性。

　　1.7 對電纜故障測試設(shè)備選擇配置的幾點意見:

　　(1) 高壓沖擊發(fā)生器中的電容量C與電纜測試的關(guān)系。國外的儀器制造商多采用2uF或4uF的電容，他們認(rèn)為4uF已足夠，我們認(rèn)為對于較長的電纜線路，或間歇故障，或絕緣電阻特別大，或以及低壓電纜故障測試，在實際的測試中常常得不到波形。沖擊能量W=CU2，電壓U受到儀器體積限制且不能過大，不應(yīng)超過預(yù)試電壓的50~70%，只要考慮到故障點可能由末端反射電壓疊加后才造成擊穿，疊加電壓過大對主絕緣有不利影響。因此當(dāng)U一定時，W與C是成正比關(guān)系，電容量越大，沖擊能量也越大，故障點起弧時間越長，放電越徹底，越容易得到測試波形，對于低壓電纜尤為突出。國外儀器主要實現(xiàn)了自動延弧裝置或加寬沖擊脈沖延長起弧時間功能，且觸發(fā)脈沖配合較好。因此進(jìn)行設(shè)備配置選擇時最好選擇較大的電容，以適應(yīng)不同電纜故障測試的需要，當(dāng)然，增大電容將會增大設(shè)備的重量及體積，使儀器顯得笨重，且還要改變儀器匹配。

　　（2）采樣頻率與儀器精度有關(guān)

　　如Baur的IRG300的采樣頻率為200MHz，以波速度V=160m/us為例，波形每采樣點代表距離

　　m，

　　即該儀器精度為0.4m。而一些國產(chǎn)儀器的采樣頻率為20MHZ，

　　4m,則精度為4m，誤差可想而知，為減少測試誤差，應(yīng)

　　可能選擇大的采樣頻率。

　　（3）對于110kV高壓電纜以上的故障測試，由于電纜電容量大，且擊穿電壓可能高，應(yīng)選擇更高電壓等級設(shè)備，我局為此配置了70kV的衰減（decay）法，以適合高壓電纜測試的需要。

　　2、幾起典型的電纜故障測試實例：

　　以下是我們對近30多次電纜的故障測試中幾起較為典型且有借鑒意義的測試實例，均采用車載精密電纜故障測試儀（Baur公司產(chǎn)品）測試。

　　實例I：

　　時間

　　2000年3月24日

　　地點

　　深圳石巖

　　電纜型號

　　10kV XLPE三芯電纜

　　故障性質(zhì)

　　兩相低阻接地

　　分別采用二次脈法測試波形見圖1及低壓脈沖法測試，結(jié)果相同，由于廠方提供了電纜的準(zhǔn)確長度407米，根據(jù)完好相波形及總長可計算出該電纜波速為160m/us，與經(jīng)驗值168m/us相差較大，兩個值分別測得的故障點距離為187.2m及196.6m，測量后發(fā)現(xiàn)正好在20米管的鐵管中，如圖3的C、D點，在管口兩端后挖開四米，加周期高壓沖擊信號，

　　圖3 測試現(xiàn)場示意圖

　　聽不到響聲，可能是由于低阻故障聲沒法聽到聲音，判斷故障可能在管中，但施工方認(rèn)為是不可能的。因無法精定位，且已近天黑，于是再進(jìn)行一次仔細(xì)的預(yù)定位，并將1#塔下的預(yù)留圈挖出進(jìn)行仔細(xì)量度長度，按160m/us波速，測得故障點應(yīng)在管口2..7米C點處，按168m/us計為管中11.9m處D點，決定在B 點將電纜鋸斷通過，測量絕緣電阻確認(rèn)B點到2#塔段的電纜是完好的，再在A處將電纜從管中拉出，加沖擊電壓，感覺電纜離管約2.7米處有微小振動，發(fā)現(xiàn)其下部被人用鐵釘釘入電纜（人為被壞造成兩相短路）。

　　這次測試說明了①電纜資料的準(zhǔn)確提供是非常重要的，這也是唯一一次采用V/2=80m/us測試的10kV XLPE電纜，結(jié)果非常準(zhǔn)確。②若不是儀器精確度高，對所測結(jié)果沒信心，就下不了決心鋸斷電纜，也就沒法定點。這也提供了一種處理方法：遇到管中電纜低阻故障，先在管的另一端將電纜鋸斷，拉出電纜查找，因為在管中的故障點修復(fù)也只能鋸斷電纜重新在管兩端做接頭，這需要確認(rèn)預(yù)定位的準(zhǔn)確性，因為鋸斷電纜查找是迫不得已方法。

　　實例Ⅱ：

　　時間

　　1999.6.17

　　地點

　　珠海拱北

　　型號

　　10kVXLPE三芯電纜

　　故障類型

　　單相高壓接地0.2MΩ

　　此電纜非常特殊,已停運近兩年，且沒有任何資料。這是對電纜故障測試儀器及經(jīng)驗的一次考驗，我們首先使用電纜路徑測試儀探測出電纜路徑及深度，發(fā)現(xiàn)這電纜埋深達(dá)2~3米，且部分在商鋪底下，接著采用二次脈沖法進(jìn)行預(yù)定位并采用經(jīng)驗波速度V/2=84m/us，測得電纜總長783m，故障點距離為336.0m，按所測路徑量至336m，剛好在一石材店內(nèi)，最后加沖擊電壓信號，采用聲磁同步法定出故障點的位置為336.4m處，非常準(zhǔn)確。

　　本次測試是對我們?nèi)诇y試設(shè)備檢驗，對我們也是一次很好的培訓(xùn)，進(jìn)一步驗證了10kVXLPE電纜的經(jīng)驗值V/2=84m/us是的準(zhǔn)確性，這也說明了在故障測試中，運行資料的重要性，全套儀器加上完善的資料是實現(xiàn)準(zhǔn)確定位的雙重保證。

　　實例Ⅲ ：

　　時間

　　2000年5月26日

　　電纜型號

　　10kV單芯XLPE電纜

　　地點

　　110kV蘭埔變電站

　　故障性質(zhì)

　　閃絡(luò)性高阻故障35MΩ

　　10kV僑光線改造完成后，試驗發(fā)現(xiàn)一相絕緣電阻為35MΩ，泄漏較大，送電3分鐘后保護(hù)跳閘，第二天測得該絕緣電阻為4MΩ，采用二次脈沖法加壓10kV（4uF）沒有擊穿，加至15kV時得到一次擊穿波形，再也沒有測得到波形，加至20kV的仍沒有結(jié)果，根據(jù)第一次測試結(jié)果在1070m處，量度后沒有發(fā)現(xiàn)異常，午餐后再測，發(fā)覺加至5kV已擊穿，到1070m現(xiàn)場聽到前面有響聲，測得距離在1101m處，發(fā)現(xiàn)波速度為V/2=86m/us非常準(zhǔn)。現(xiàn)場打開電纜溝蓋板發(fā)現(xiàn)有水跡，故障點就在接頭處，周圍電纜已熏黑。調(diào)查后發(fā)現(xiàn)該處電纜溝冒煙，被保安淋了一桶水，正是午餐時間。經(jīng)分析認(rèn)為由于電纜溝較為干燥，沖擊電壓將接頭處水份慢慢蒸干，擊穿點絕緣電阻由小變大，并著火冒煙，被淋濕后，絕緣電阻下降，故可以測出波形。做好接頭后，耐壓試驗又發(fā)現(xiàn)故障，這次用V/2=86m/us測試，結(jié)果非常準(zhǔn)確。

　　由此可知XLPE電纜與油紙電纜不同，油紙電纜擊穿越多次，形成的炭跡就越大，絕緣電阻越低。而XLPE電纜則不同，擊穿后故障處水分很快會被蒸干，由于沖擊的電弧吹力作用將通道清干，使絕緣電阻升高，但過一段時間受潮后絕緣電阻又將下降。因此應(yīng)特別珍惜前幾次擊穿波形。

　　實例Ⅳ：

　　時間

　　2000年6月

　　電纜

　　10KVXLPE三芯

　　地點

　　格力漆包線廠

　　故障性質(zhì)

　　未擊穿（4MΩ）泄漏電流過大

　　格力漆包線廠在做10kV電纜預(yù)試時發(fā)現(xiàn)C相絕緣電阻僅為5 MΩ，且泄漏電流非常大，要求我局協(xié)助找出弱薄點并處理。我們采用10kV到20kV的沖擊電壓進(jìn)行測試均沒有發(fā)生擊穿，加至25kV也沒發(fā)生擊穿，后來按規(guī)程進(jìn)行直流耐壓試驗，加37kV直流電壓至2分鐘時泄漏電流突然增大，說明已發(fā)生擊穿，再采用二次脈沖法加15kV的沖擊電壓很快得到波形，結(jié)果很準(zhǔn)確，正好在電纜接頭上。

　　本次實例說明對于間歇性故障采用沖擊電壓不能擊穿時，可進(jìn)行常規(guī)的直流耐壓試驗使其擊穿。同時對電纜故障測試設(shè)備提出要求：應(yīng)能進(jìn)行中壓電纜的耐壓試驗（37kV）以利于故障的快捷查找。

　　3、電纜故障測試應(yīng)用的總結(jié)

　　我局1998年購進(jìn)全套進(jìn)口電纜故障測試設(shè)備，包括Baur公司的車載精密預(yù)定位測試儀（Syscompact S300）以及Seba公司的精定位SWE 90，外皮故障測試儀MFM5-1，路徑測試儀FLS500-4，電纜識別儀AL60-1等，在近30次的絕緣故障測試中，成功率達(dá)100%，且都在半天內(nèi)定出故障點。對于電纜故障測試我們有如下幾點體會：

　　電纜故障測試給電纜運行管理提出要求，因此在驗收時必須嚴(yán)格把關(guān)，即要求提供完善的電纜資料（長度、路徑是否預(yù)留、接頭位置等），資料齊全，故障測試也就事半功倍。

　　對于進(jìn)口與國產(chǎn)儀器的問題，我們認(rèn)為進(jìn)口設(shè)備性能及質(zhì)量好，價格較高是物有所值，而當(dāng)所轄電纜達(dá)到一定規(guī)模時，停電的損失與儀器的價格是不可比的。

　　幾點應(yīng)用心得：

　?、?根據(jù)多次測試的驗證，在沒有得到準(zhǔn)確的電纜長度時，波速度經(jīng)驗值選取是測試能否準(zhǔn)確的關(guān)鍵，以下幾組波速度值是經(jīng)過多次實踐的測試檢驗的，但非絕對,實例1就是特殊的例子，根據(jù)電纜的準(zhǔn)確總長及完好相的反射波去計算出該電纜的波速度的才是準(zhǔn)確的。

　　電纜類型

　　V/2（m/us）

　　XLPE三芯電纜

　　84

　　XLPE單芯電纜

　　86

　　PVC

　　75-80

　　油紙電纜

　　78-85

　?、?主絕緣故障的預(yù)定位較容易實現(xiàn)，但精定位卻很困難；相反，外護(hù)套故障的預(yù)定位較困難，精定位（跨步電壓法）卻非常準(zhǔn)確、容易。在特殊情況下，兩者是可以結(jié)合使用（當(dāng)絕緣及外護(hù)套故障共點時）的，不妨一試。

　?、?全套電纜故障測試設(shè)備應(yīng)具有測試所有電纜故障測試的功能，對于間歇性故障或高壓電纜故障可采用decay（衰減法）進(jìn)行測試。

　　④.對于低壓電纜測試因接頭施工時地線連接不規(guī)范，應(yīng)測試時注意電纜地線與接地分開，當(dāng)電纜一端測不到明顯波形時，可在另一側(cè)測試，總可得到較好的波型。

　　⑤.進(jìn)行預(yù)位時的誤差包括a、儀器本身誤差（不變）b、量度誤差c、波速度法取值不當(dāng)誤差，d、波形判斷誤差。其中a由儀器本身決定，b對預(yù)定位影響較大，量度時應(yīng)特別注意兩端電纜是否有預(yù)留圈，c最好根據(jù)已知準(zhǔn)確長度計算，d取決于儀器的性能及測試者的經(jīng)驗。

　?、?預(yù)定位時當(dāng)電所測電纜較長時測不出波形，可加大沖擊電壓或適當(dāng)調(diào)節(jié)觸發(fā)延時時間得到波形。