论高压电力电缆线路故障测距原理与保护措施

论高压电力电缆线路故障测距原理与保护措施

摘要：当前社会经济高速发展，电能作为社会基础能源在消耗和传输上都有了

明显的发展。在输电过程中，电力电缆在当前高消耗、复杂环境等因素的影响下

极易出现各种机械损伤、绝缘、受潮、老化、过电压、过热等多种质量问题，进

而影响电缆出现各种低阻故障、高阻故障、断线、短路故障等。在故障出现时，

抢修部门如何第一时间对故障问题进行应对，保障故障能够高效地予以抢修并被

妥善保护处置都是当前业界探讨的重点问题。

关键词：高压电力电缆；故障检测；保护措施

电力电缆是中低压输配电的主要输电介质，在城市区域被广泛使用。由于电力电

缆多数敷设在地下，一旦发生故障，难以准确定位。因此，快速、准确地对电缆

故障进行测距定位是保证输配电系统可靠运行的重要保障。目前，电缆系统的故

障测距主要方法是脉冲回波/时域反射法和冲击电流/电涌反射法。脉冲电流测距

法是将电缆故障点用直流高压击穿，使用仪器采集并记录下故障点击穿产生的电

流脉冲波形，通过分析故障点放电产生的脉冲电流在测量端与故障点往返一次的

时间，计算故障距离。这种测距方法的基础是行波传播理论。在实际测距操作过

程中，由于电缆分布电容的存在，导致电流行波的波形存在叠加现象，造成波形

较复杂，故障点反射脉冲不明显、不易识别，对测试人员专业水平及经验要求较高，对故障测距精度有较大的影响，这也影响了脉冲电流法在实践中的推广应用。 1电力电缆故障原因

1.1外力破坏造成的电缆损伤

根据电网企业对电缆故障原因的统计，机械施工、掘土、打桩、运输安装损

坏等外力因素引起的电缆故障占电缆总故障类别的比例逐年增大。社会不断发展，城市土地使用异常紧张，地下管线不断增多，通信光纤、燃气管道、自来水管道、配网电缆等管线开挖和顶管施工不断，除此之外，道路和地铁施工也很多，使得

高压电力电缆受到机械外力的概率很高。

1.2产品质量问题

电缆本体和附件公司竞争大，受低价中标的影响，行业出现偷工减料、降低

成本的现象，造成电缆本体和附件的质量下降。如果电缆及电缆附件制造工艺不良，绝缘屏蔽厚度不均匀、绝缘偏心、内外屏蔽间凸起、绝缘内部杂质、导体或

半导电制作不均匀、电缆金属外护套密封不良，以及存在突起、气泡或尖刺等都

会在电缆运行后产生慢性故障。

1.3敷设安装的质量问题

电力电缆线路敷设施工时受工期、地理条件（包括环境条件和天气条件）以

及施工机具和人员素质条件限制，可能出现诸如电缆两端端部进水、电缆外护套

划伤和电缆弯曲半径偏小、电缆金属屏蔽层崩裂或电缆本体机械应力内伤等施工

失误，引发电缆早期运行故障。

1.4规划设计原因

地质、气象等条件不匹配参数，结构选型不合理等规划设计问题也会导致电

缆故障。如电缆敷设的土壤环境差，因受到土壤中酸、碱等化学物质和杂散电流

的影响，埋在地下的电力电缆金属护套受到电腐蚀或化学腐蚀而产生故障；电缆

与热力、煤气、采暖管道临近时如果没有采取有效的隔离措施，也会产生过热现

象，电缆长时间运行在高温条件下，会加速本体的老化速度，使电缆在运行年限

内发生故障。

1.5其他原因

自然灾害，如暴雨引发的洪水冲断电缆线路；动物侵蚀，如白蚁咬蚀损坏了

绝缘电缆，最终导致击穿；受潮，电缆附件由于密封圈设计不当或安装不当导致

受潮，进而导致故障。电缆本体受潮主要发生在运行１０年以上的电缆中发生，

由于电缆的阻水性能较差，在长期浸水的情况下，逐渐引发水树枝，最终导致击穿。

2电缆故障测距方法

电缆故障的发生存在一定的必然性，如何在停电发生后迅速响应和排查故障

发生的位置，是电缆运维检修的重点。其定位一般采取预定位和精确定位结合的

方式。

预定位采用阻抗法和行波法。阻抗法一般分为两类：电桥法和分布参数计算

高阻故障法。已知电缆的长度越长其阻值越大，且阻值与长度的比值恒定，先短

接电缆故障相与正常相，改变R2的阻值，使两桥臂两端平衡，得到R2的值，即

用四臂电桥测出了测量点至故障点的长度与总长度的比列关系，实现了故障的定位。

分布参数计算高阻故障法原理可简述为：判断电力电缆的故障为高阻型后，

给电缆一个高压信号，事故发生点击穿发生闪络产生电弧，由于电弧的电阻性，

通过的电流与两端电压同一相位，这时，只要采集测量端的电压及电流，根据分

布参数理论不难得到电缆各点的电压和电流，从而实现故障查找。行波法。常用

的行波法有四种：低压脉冲反射法、脉冲电压法、脉冲电流法和二次脉冲法。

低压脉冲反射法适用于低阻、短路和断路，测量时，测试仪器沿电缆发射一

个低压脉冲信号，这个信号会在故障点发生反射，此时只需读取发射和返回之间

的时间t，就可得到电缆故障处于测量点的距离，其公式为：

L=vt/2

其中L为故障点到测量点长度，v为脉冲波速。脉冲电压法适用于高阻或闪

络故障。测试仪器发出高压脉冲击穿故障点，观测此信号在发生仪器与绝缘击穿

处之间的来回的时间，即可根据波速求出该段长度，实现排查。

脉冲电流法。用测试仪器产生的高压击穿故障点，再用线性电流耦合器采集

电缆中的电流行波信号，根据此信号在故障处与绝缘击穿处的往返间隔差，即可

估算出距测量点的位置。二次脉冲法适用于多种情况。冲击高压发生器产生高压

脉冲，使得故障点产生弧光，此刻其呈低阻特性，再发射低压脉冲，记录此时波形；待电弧熄灭后第二次发射低压脉冲，取得第二次的波形，将两个波形进行叠加，此时第二次的波形较第一次波形会在故障点发生明显的离散，该离散区间即

为故障点。

精准定位常采取的方法有三种：声测法、声磁同步法、音频感应法。

声测法。对故障相别施加足够的冲击电压，会在绝缘失效处产生放电现象，

同时伴随明显的声波，此时，采用专门的仪器测量声音信号，找到信号的最大点，一般即为故障发生点。声磁同步法。在声测法的基础上，加上故障点放电产生的

电磁波的测量，以排除噪声的干扰。

音频感应法。采用信号源向电缆输进1~15kHz的实验电流，此时其本体会向

周围发送电磁波，只需要跟着电缆路径，用仪器接受此信号，找到信号的最强处，一般即为击穿点。综上，各类测距方法及其特点如表所示。由于每种方法各有优

缺点，所以在时间故障测距中一般采用两种以上方法，通过预定位和精确定位结