电力电缆故障诊断

电力电缆故障诊断

背景及意义

电力电线可以分为电缆线路和架空线路。一般来说，电缆线路比架空线路成本要高。但是，电缆具有传送同等功率损耗少、受外界环境影响小、安全可靠、占地少、优化

线路、改造及美化环境等优点，因此被广泛使用于城镇市区、发电厂、变电站及地下、海底、隧道等复杂环境。特别在城市配电网中，电缆正在逐步取代架空线⑷，成为城

市电网的主力军。

随着电缆广泛使用，面临的电力电统故障诊断的难题也愈加严峻。首先，电缆主要

敷设于隧道、地底甚至海底等环境，敷设的环境复杂隐蔽，导致电缆故障点的查找、

修复较架空线更为困难。其次，我国首批城市电缆大致在九十年代开始使用，逾多年，不少的电缆线路开始进入老年期。部分电缆线路由于投入时间较早，巳经出现绝缘老

化故障。参照故障发展的一般规律，电缆故障出现的概率应该符合洛盆曲线，即在整

个使用寿命的初期和晚期的故障率较高，在中期的故障率较低。可以预见随着电缆使

用年限的进一步增加，我国的电缆线路故障会迈入频发期。众所周知，电缆故障造成

的突发性停电事件会给用户的生命、财产安全带来严重的威胁，甚至会造成恶劣的社

会影响。避免电缆故障带来的损失是众望所归。因此，做好电力电缆故障预警及故障

快速、准确定位时科技界必须担当的职责，客观形式给我国电力科技人员提出了更高

的要求。第二届全国电气设备状态盟测与故障诊断研讨会指出电缆故障诊断的发展趋

势是从电缆现有的“预防性维修转为“预知性维修”，从”到期必修’’和故障维修”转为该修则修，即通过对电缆绝缘在线监控，在提前预知电缆故障隐患的前提下，实

现对故障的及时、准确定位。综上所述，研究基于电缆绝缘在线监控的预警方法，提

前发现电缆故障隐患可以减少停电事故，降低因停电而产生的经济损失，甚至是政治

影响、生命代价。

研究并探寻提高电缆故障定位的精度的方法有着重要的学术意义和实际应用价值。

这一难题的研究攻克在微电子技术，传感器技术、计算机及控制技术高度发展的今天

已经有好的物质基础，一旦突破将有着良好的应用前景。

电缆故障原因及类型

电缆故障的原因众多，电缆故障的形式也千差万别。为了方便进行电缆故障诊断的

研究，需要对电缆故障原因与类型进行合理的分类。按照故障原因的分类，可将故障

分为如下几类如地层变动挤压、人为等外力因素引起的机械损伤，绝缘老化，绝缘受湖，过电压，过热，设计不良和产品质量缺陷。其中，绝大部分故障初期并不会对电

缆的供电造成严重影响，然而一旦故障形成，造成事故，损失就十分惨重。按照绝缘

电阻大小分类，可以将电缆故障类型分为开路故障、短路故障、闪络性故障三类。开

路故障将发生时电缆各相绝缘良好，但电缆线芯存在单相或多相断开。短路故障定义

为电缆各相或相地间的绝缘电阻远低于正常值。按照绝缘电阻的大小，短路故障可以

分为低阻故障和高阻故障。电缆闪络性故障大多是出现在电缆中间接头和终端接头内。但在小于闪络击穿电压下，电缆会表现出较好的电气性能。

电力电缆绝缘监测技术及其发展

统计及试验表明，大多数重大电缆故障的形成，都是一个时间积累和发展的过程，

电缆电气、化学、物理等特性会发生少量渐进性的变化。因此，应用工程中电缆绝缘

做定期检查，以期及早发现运行中电缆的故障，这也成了保障电缆安全运行的重要手段。

然而这种定期检查的方法存在一定的弊端，我国目前最主要的定期检查方法就是预

防性实验。预防性实验存在以下缺陷：第一，预防性实验需要停电进行，而一些重要

电力设备一般不允许停电；第二，随着电缆使用量的增加，对电缆进行预防性实验将

耗费大量的人力物力；第三，预防性实验存在漏检、误检率，部

分电缆在预防性实验中表现良好，然而在后续使用中却出现了故障；第四，预防性实

验过于频繁，将导致电缆加速劣化；第五，预防性实验是周期性的检查，它并不能排

除检查周期之内发生故障的可能，也即这种非实时的预警方法存在的弊端是明显的。

电缆绝缘在线监测方法是近年来快速发展起来的电缆故障预警手段。电缆绝缘在线

监测方法可以归纳为直流分量法、直流叠加法、在线法、交流叠加法、局部放电法等。直流分量法通过检验流过电缆绝缘的直流漏电流的大小来判断电缆绝缘优劣状态，从

而迗到预先警示故障的目的。以市场上常用的电力电缆为交联聚乙稀电缆为例作说明。电缆具有良好的电气、耐压、耐热、化学性能，并且加工工艺简单、安装敷设方便、

易于弯曲口。经统计分析表明运行十五年以上的电缆的绝缘击穿事故呈非线性上升趋势，其主要原因是电缆绝缘层的树枝状劣化树枝状劣化是电缆在运行中，绝缘层在电场、水分、温度作用下产生的树技状裂纹包括电树枝老化和水树枝老化。当电缆绝缘

层内出现树枝状劣化，会导致绝缘层场强不均匀，造成部分区域场强集中，从而发生

树枝状放电现象，这一现象的出现就是电力电缆发生故障的先兆。实践分析表明，水

树枝和铜屏蔽层之间有类似尖板电极的整流作用，电缆线芯、水树枝、金属屏蔽层、

电源之间构成的回路中，会有徵弱的直流电流通过。直流成分的大小与水树枝成正相关，与绝缘层的耐压能力呈逆向相关。即检测到的直流成分越大，电缆绝缘层中的水

树枝越长，绝缘层耐压能力越小，发生故障的概率越高，这也成了预测预警电缆的方法。