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摘要：浅析电缆故障产生原因、性质、测试方法、波形分析及准确定位。
关键词：电缆；故障；检测技术
中图分类号：V448.15+1
1 引言
电缆在煤矿使用量较多，特别是井下。长时间运行的电缆，故障也容易出现故障，且越来越多。鉴于电缆线路的隐蔽性及其测试设备的局限性等原因，使得故障的查找也非常困难。如何合理地选择故障测试设备，做到准确、快速地查找故障，缩短故障停电时间，减少损失与事故，是值得研究的问题。
2 故障原因
①机械损伤。这是电缆故障的主要原因，包括电缆受震动或冲击性负荷等影响造成电缆的铅（铝）包绝缘等裂损，有时即使轻微的损伤也会造成故障。②绝缘老化变质。由于电热化学作用或地下酸碱腐蚀、杂散电流的影响，电缆绝缘整体下降；铅包外皮受腐后出现的麻点、开裂或穿孔，造成故障。③施工拙劣电缆接头。不按操作程序施工或不按安全要求敷设电缆。④过压作用。大气或内部过压作用，使绝缘击穿，形成故障。
3 故障性质
电缆故障点可用图1所示的电路等效来表示。图中：Rf为绝缘电阻，G是击穿电压为Vf的击穿间隙，Cf局部分布电容。Rf、G、Cf值随不同的故障情况变化很大，且互相无必然联系。间隙击穿电压Vf的大小取决于放电通道的距离。电阻Rf的大小取决于电缆介质的碳化程度。Cf值很小，一般可忽略。根据故障电阻与击穿间隙情况，可分开路、低阻、高阻与闪络性故障。
4 故障测试
1）测试步骤。测试步骤一般为：①确定故障性质；②粗测—测出故障点到电缆任意一端的距离；③精测—确定故障点的精确位置。
2）测距方法。70年代之前，通常使用电桥法和低压脉冲反射法测试电力电缆故障。①电桥法：将被测电缆的故障相与一根非故障相在电缆终端处短接，在电缆始端用单臂电桥接至故障相与被短接的非故障相，测得非故障相的电阻加上故障相故障点后的电阻之和与故障相故障点之前电阻之比，根据长度就可算出终端至故障点的距离。②低压脉冲反射法：测试时向电缆的故障相注入低压脉冲，沿电缆传播到阻抗不匹配点（故障点）时，产生反射回波送测试点由仪器记录下来。根据发射脉冲与反射脉冲的往返时间差和脉冲在电缆中传播的波速度，可算出故障点离测试点的距离。该二法对低阻故障很准确，对高阻故障不适用。而后用直流闪测法和冲击闪测法，测试间歇故障和高阻故障，均可用电流与电压闪测法。电压法可测率高，波形清晰易判，盲区比电流法少一倍，但接线复杂，分压过大时对人及仪器有危险；电流法则相反。该两种方法为国产高阻故障測试的主流，基本解决了电缆高阻故障测试问题。但仪器也有盲区，且波形有时不够明显，需人为判断，误差相对较大。
3）国外进展。国外的二次脉冲法，即结合高压发生器冲击闪络技术，在故障点起弧的瞬间通过内部装置触发，发射一低压脉冲。在故障点闪络处发生短路反射，并记忆在仪器中。电弧熄灭后，复发测量脉冲通过故障处直达电缆末端并发生开路反射，比较两次低压脉冲波形可非常容易地判断故障点位置。如奥地利Baur公司和德国Seba公司的产品等。
5 故障定位
电缆故障点的定位可采用声磁法或音频感应法：①声磁法：用脉冲高压使电缆故障点击穿放电，利用故障间隙放电产生机械声音对发生高阻故障和闪络故障的电缆定位。②音频感应法：对电缆短路故障，由于无放电声就不能采用声磁法，只能采用音频感应法对故障点进行准确定位。在电缆故障点附近的地面上用探头沿被测走向接收电磁场变化的信号，放大后送人耳机或指示仪表检测信号的变化情况，直至信号消失。
6 波形分析
1）波形分析。①理想故障波形似如低压脉冲击法测得的电缆波形（见图2③）变化明显，且波形呈水平。应用闪测法，波形将随故障类型、加压高低、电容量大小、测量电路组成和波衰减而变化。②直闪法波形（见图2②）。闪络性故障采用直闪法，即直流高压闪络法进行测量。测试中仪器通过直流高压电路对故障点逐步升压，当外加电压升至一定值时，故障点被击穿而产生电压突变，产生一个极性相反的电压波沿电缆向测试端传播，从而形成在测试端与故障点之间来回反射，直至损耗衰减。③冲闪法波形。基本所有故障电缆都可用冲闪法，即冲击高压闪络法进行测量。其波形随加压高低、电容量大小、取波方法、故障性质和部位而不同。常用的是电感冲闪法，能在不太高的电压下，使故障点击穿放电，且易读取波形（图2③）。
2）特殊故障分析。可用贮能示波管观测波形，能清楚地显示故障点是否击穿，便于分析判断。就故障波形分析：①故障点在测试端附近。故障波形出现紧密的余弦振荡衰减波形（见图2④），要从故障波形中精确地读取故障点的距离非常困难。但此波形说明故障点在测试端附近，由于距离较近，产生一次反射的时间也很短，只能用数微秒内的周期数测算。一般需将测试设备移至另一端而进行，这可避免因球间隙放电声影响定位。②故障点在终端附近。从实测故障波形（图2⑤）可看出，在第1个正脉冲前还有1个负脉冲，这是因为故障点的击穿放电有一段延迟时间△t所造成。即在故障点放电之前，冲击电压波已越过故障点达到终端被反射，且反射波反射回后也越过故障点移向测试端，在此之后故障点才被击穿放电。这可采用延长终端跨接线的方法消除终端反射波的影响，使读取更准确。③低压脉冲波形。利用低压脉冲对电缆每一相测量全长，作为粗测的第一步；保证测试精确度，从每一相低压脉冲波形的微小变化进行测试故障点。如图2⑥所示的实例低压脉冲波形，全长为ad间距。但在全长波形中，出现b、c两点波形的变化，现场测量验证得b点为中间接头，c点为故障点。产生如此现象是由于低压脉冲波对导体阻抗敏感性高，闪测法的高压冲击波对波阻抗敏感性高所致。
3）测试经验。①测试需提供电缆完整的资料。②主绝缘故障预定位较易，精定位很难；外护套故障预定位较难，精定位非常准确、容易。③低压电缆接头施工时地线连接不规范，测试时应分开。一端测不到明显波形时，换另一端。④所测电缆较长预定位测不出波形时，可加大冲击电压或调节触发时延以得到波形。
7 结语
在电缆故障准确定位上，既需要一定技术设备，又需要理论探索、摸索经验试。国内的电缆故障诊断仪器和技术，与国外相比，还有一定的差距。随着科学技术的不断发展，此差距逐步在缩小。
参考文献
[1]于将.电力电缆故障检测波形分析.中国电力，1998，131：27-30
关键词：电缆；故障；检测技术
中图分类号：V448.15+1
1 引言
电缆在煤矿使用量较多，特别是井下。长时间运行的电缆，故障也容易出现故障，且越来越多。鉴于电缆线路的隐蔽性及其测试设备的局限性等原因，使得故障的查找也非常困难。如何合理地选择故障测试设备，做到准确、快速地查找故障，缩短故障停电时间，减少损失与事故，是值得研究的问题。
2 故障原因
①机械损伤。这是电缆故障的主要原因，包括电缆受震动或冲击性负荷等影响造成电缆的铅（铝）包绝缘等裂损，有时即使轻微的损伤也会造成故障。②绝缘老化变质。由于电热化学作用或地下酸碱腐蚀、杂散电流的影响，电缆绝缘整体下降；铅包外皮受腐后出现的麻点、开裂或穿孔，造成故障。③施工拙劣电缆接头。不按操作程序施工或不按安全要求敷设电缆。④过压作用。大气或内部过压作用，使绝缘击穿，形成故障。
3 故障性质
电缆故障点可用图1所示的电路等效来表示。图中：Rf为绝缘电阻，G是击穿电压为Vf的击穿间隙，Cf局部分布电容。Rf、G、Cf值随不同的故障情况变化很大，且互相无必然联系。间隙击穿电压Vf的大小取决于放电通道的距离。电阻Rf的大小取决于电缆介质的碳化程度。Cf值很小，一般可忽略。根据故障电阻与击穿间隙情况，可分开路、低阻、高阻与闪络性故障。
4 故障测试
1）测试步骤。测试步骤一般为：①确定故障性质；②粗测—测出故障点到电缆任意一端的距离；③精测—确定故障点的精确位置。
2）测距方法。70年代之前，通常使用电桥法和低压脉冲反射法测试电力电缆故障。①电桥法：将被测电缆的故障相与一根非故障相在电缆终端处短接，在电缆始端用单臂电桥接至故障相与被短接的非故障相，测得非故障相的电阻加上故障相故障点后的电阻之和与故障相故障点之前电阻之比，根据长度就可算出终端至故障点的距离。②低压脉冲反射法：测试时向电缆的故障相注入低压脉冲，沿电缆传播到阻抗不匹配点（故障点）时，产生反射回波送测试点由仪器记录下来。根据发射脉冲与反射脉冲的往返时间差和脉冲在电缆中传播的波速度，可算出故障点离测试点的距离。该二法对低阻故障很准确，对高阻故障不适用。而后用直流闪测法和冲击闪测法，测试间歇故障和高阻故障，均可用电流与电压闪测法。电压法可测率高，波形清晰易判，盲区比电流法少一倍，但接线复杂，分压过大时对人及仪器有危险；电流法则相反。该两种方法为国产高阻故障測试的主流，基本解决了电缆高阻故障测试问题。但仪器也有盲区，且波形有时不够明显，需人为判断，误差相对较大。
3）国外进展。国外的二次脉冲法，即结合高压发生器冲击闪络技术，在故障点起弧的瞬间通过内部装置触发，发射一低压脉冲。在故障点闪络处发生短路反射，并记忆在仪器中。电弧熄灭后，复发测量脉冲通过故障处直达电缆末端并发生开路反射，比较两次低压脉冲波形可非常容易地判断故障点位置。如奥地利Baur公司和德国Seba公司的产品等。
5 故障定位
电缆故障点的定位可采用声磁法或音频感应法：①声磁法：用脉冲高压使电缆故障点击穿放电，利用故障间隙放电产生机械声音对发生高阻故障和闪络故障的电缆定位。②音频感应法：对电缆短路故障，由于无放电声就不能采用声磁法，只能采用音频感应法对故障点进行准确定位。在电缆故障点附近的地面上用探头沿被测走向接收电磁场变化的信号，放大后送人耳机或指示仪表检测信号的变化情况，直至信号消失。
6 波形分析
1）波形分析。①理想故障波形似如低压脉冲击法测得的电缆波形（见图2③）变化明显，且波形呈水平。应用闪测法，波形将随故障类型、加压高低、电容量大小、测量电路组成和波衰减而变化。②直闪法波形（见图2②）。闪络性故障采用直闪法，即直流高压闪络法进行测量。测试中仪器通过直流高压电路对故障点逐步升压，当外加电压升至一定值时，故障点被击穿而产生电压突变，产生一个极性相反的电压波沿电缆向测试端传播，从而形成在测试端与故障点之间来回反射，直至损耗衰减。③冲闪法波形。基本所有故障电缆都可用冲闪法，即冲击高压闪络法进行测量。其波形随加压高低、电容量大小、取波方法、故障性质和部位而不同。常用的是电感冲闪法，能在不太高的电压下，使故障点击穿放电，且易读取波形（图2③）。
2）特殊故障分析。可用贮能示波管观测波形，能清楚地显示故障点是否击穿，便于分析判断。就故障波形分析：①故障点在测试端附近。故障波形出现紧密的余弦振荡衰减波形（见图2④），要从故障波形中精确地读取故障点的距离非常困难。但此波形说明故障点在测试端附近，由于距离较近，产生一次反射的时间也很短，只能用数微秒内的周期数测算。一般需将测试设备移至另一端而进行，这可避免因球间隙放电声影响定位。②故障点在终端附近。从实测故障波形（图2⑤）可看出，在第1个正脉冲前还有1个负脉冲，这是因为故障点的击穿放电有一段延迟时间△t所造成。即在故障点放电之前，冲击电压波已越过故障点达到终端被反射，且反射波反射回后也越过故障点移向测试端，在此之后故障点才被击穿放电。这可采用延长终端跨接线的方法消除终端反射波的影响，使读取更准确。③低压脉冲波形。利用低压脉冲对电缆每一相测量全长，作为粗测的第一步；保证测试精确度，从每一相低压脉冲波形的微小变化进行测试故障点。如图2⑥所示的实例低压脉冲波形，全长为ad间距。但在全长波形中，出现b、c两点波形的变化，现场测量验证得b点为中间接头，c点为故障点。产生如此现象是由于低压脉冲波对导体阻抗敏感性高，闪测法的高压冲击波对波阻抗敏感性高所致。
3）测试经验。①测试需提供电缆完整的资料。②主绝缘故障预定位较易，精定位很难；外护套故障预定位较难，精定位非常准确、容易。③低压电缆接头施工时地线连接不规范，测试时应分开。一端测不到明显波形时，换另一端。④所测电缆较长预定位测不出波形时，可加大冲击电压或调节触发时延以得到波形。
7 结语
在电缆故障准确定位上，既需要一定技术设备，又需要理论探索、摸索经验试。国内的电缆故障诊断仪器和技术，与国外相比，还有一定的差距。随着科学技术的不断发展，此差距逐步在缩小。
参考文献
[1]于将.电力电缆故障检测波形分析.中国电力，1998，131：27-30