7.2.1.1 电缆线路故障发生的原因及其特征

（1）机械损伤。机械损伤类故障比较常见，所占的故障率最大（约为57%），其故障形式比较容易识别，大多造成停电事故。一般造成机械损伤的原因有以下几种：

1）直接受外力损坏。如进行城市建设，交通运输，地下管线工程施工、打桩、起重、转运等误伤电缆。

2）施工损伤。如机械牵引力过大而拉损电缆；电缆弯曲过度而损伤绝缘层或屏蔽层；在允许施工温度以下的野蛮施工致使绝缘层和保护层损伤；电缆剥切尺寸过大、刀痕过深等损伤。

3）自然损伤。如中间头或终端头的绝缘胶膨胀而胀裂外壳或附近电缆护套；因自由行程而使电缆管口、支架处的电缆外皮擦破；因土地沉降、滑坡等引起的过大拉力而拉断中间接头或电缆本体；因温度太低而冻裂电缆或附件；大型设备或车辆的频繁振动而损坏电缆等。

（2）绝缘受潮。绝缘受潮是电缆故障的又一主要因素，所占的故障率约为13%，绝缘受潮一般可在绝缘电阻和直流耐压试验中发现，表现为绝缘电阻降低，泄漏电流增大。一般造成绝缘受潮的原因有以下几种：

1）电缆中间头或终端头密封工艺不良或密封失效。

2）电缆制造不良，电缆外护层有孔或裂纹。

3）电缆护套被异物刺穿或被腐蚀穿孔。

（3）绝缘老化。电缆绝缘长期在电和热的作用下运行，其物理性能会发生变化，从而导致其绝缘强度降低或介质损耗增大而最终引起绝缘崩溃者为绝缘老化，绝缘老化故障率约为19%。运行时间特别久（30～40年以上）的则称为正常老化。如属于运行不当而在较短年份内发生类似情况者，则认为是绝缘过早老化。引起绝缘过早老化的主要原因有：

1）电缆选型不当，致使电缆长期在过电压下工作。

2）电缆线路周围靠近热源，使电缆局部或整个电缆线路长期受热而过早老化。

3）电缆工作在与电缆绝缘起不良化学反应的环境中而过早老化。

（4）过电压。电力电缆因雷击或其他冲击过电压而损坏的情况在电缆线路上并不多见。因为电缆绝缘在正常运行电压下所承受的电应力，约为新电缆所能承受的击穿试验时承受电应力的十分之一。因此，一般情况下，3～4倍的大气过电压或操作过电压对于绝缘良好的电缆不会有太大的影响。但实际上，电缆线路在遭受雷击时被击穿的情况并不罕见。从现场故障实物的解剖分析可以确认，这些击穿点往往早已存在较为严重的某种缺陷。雷击仅是较早地激发了该缺陷。容易被过电压激发而导致电缆绝缘击穿的缺陷主要有：

1）绝缘层内含有气泡、杂质或绝缘油干枯。

2）电缆内屏蔽层上有节疤或遗漏。

3）电缆绝缘已严重老化。

（5）过热。电缆过热有多方面的因素，从近几年各地运行情况的统计分析上来看，主要有以下原因：

1）电缆长期过负荷工作。

2）火灾或邻近电缆故障的烧伤。

3）靠近其他热源，长期接受热辐射。

过负荷是电缆过热的重要原因。电缆过负荷（在电缆载流量超过允许值或异常运行方式下）运行，未按规定的电缆温升和整个线路情况来考虑时，会使电缆发生过热。例如在电缆比较密集的区域，电缆沟及隧道通风不良处，电缆穿在干燥的管中部分等，都会因电缆本身过热而加速绝缘损坏。橡塑绝缘电缆长期过热后，绝缘材料发生变硬、变色、失去弹性、出现裂纹等物理变化；油纸电缆长期过热后，绝缘干枯、绝缘焦化，甚至一碰就碎。另外，过负荷也会加速电缆铅包晶粒再结晶而造成铅包疲劳损伤；在大截面较长电缆线路中，如若装有灌注式电缆头，因灌注材料与电缆本体材料的热膨胀系数相差较大，容易造成胀裂壳体的严重后果。

对于因火灾或邻近电缆故障的影响等外来的过热损伤，多半可从电缆外护层的灼伤情况加以确认，比较容易识别。由于我们比较重视电缆线路与热力管线接近的情况，并采取一定的措施，因此引起的过热损坏情况极为罕见。

（6）产品质量缺陷。电缆及电缆附件是电缆线路中不可缺少的两种重要材料。它们的质量优劣，直接影响电缆线路的安全运行。由于一些施工单位缺乏必要的专业技术培训，使电缆三头的制作质量存在较大的质量问题。这些产品质量缺陷可归纳为以下几个方面：

1）电缆本体质量缺陷。油纸电缆铅护套存在杂质砂粒、机械损伤及压铅有接缝等；橡塑绝缘电缆主绝缘层偏芯、内含气泡、杂质，内半导电层出现节疤、遗漏，电缆贮运中不封端而导致线芯大量进水等；上述缺陷一般不易发现，往往是在检修或试验中发现其绝缘电阻低、泄漏电流大，甚至耐压击穿。

2）电缆附件质量缺陷。传统三头质量缺陷有：铸铁件有砂眼，瓷件强度不够，组装部分加工粗糙，防水胶圈规格不符或老化等。热缩和冷缩电缆三头质量缺陷有：绝缘管内有气泡、杂质或厚度不均，密封涂胶处有遗漏等。

3）三头制作质量缺陷。传统式三头制作质量缺陷主要有：绝缘层绕包不紧（空隙大）、不洁，密封不严，绝缘胶配比不对等。热缩三头制作质量缺陷主要有：半导电层处理不净，应力管安装位置不当，热缩管收缩不均匀，地线安装不牢等。预制电缆三头安装质量缺陷主要有剥切尺寸不精确，绝缘件套装时剩余应力太大等。

另外，电缆线路中也有一些是拆用旧电缆及附件的情况，这种以旧充新或以旧补旧的做法虽然在利用材料，节省资金方面有好处，但对设备完好率却影响很大，建议各施工与运行单位慎重对待。

（7）设计不良。电力电缆发展到今天，其结构与型式已基本稳定，但电缆中间头和终端头的各种电缆附件却一直在不断地改进。这些新型电缆附件往往在新设备、新材料、新工艺上没有取得足够的运行经验，因此在选用时应慎之又慎，最好根据其运行经验的成熟与否，逐步推广使用，以免造成大面积质量事故。属于设计不良的主要弊病有：

1）防水不严密。

2）选用材料不妥当。

3）工艺程序不合理。

4）机械强度不充足。

7.2.1.2 电缆线路故障的分类

7.2.1.1介绍了电力电缆故障的原因。实际上，电力电缆的故障有些是某一种原因造成的，而大多数则是由几种原因共同作用的结果。因此，电力电缆的故障原因是极其复杂的。电力电缆的故障形式千差万别，为便于电缆故障的诊断与研究，对电力电缆故障的分类显得十分必要。

电缆线路的故障，根据不同部门的需要，可以有不同的分类方式。现分述如下：

（1）电缆线路故障按故障部位分类。

1）电缆本体故障。

2）电缆中间头故障。

3）电缆户内头故障。

4）电缆户外头故障。

（2）电缆线路故障按故障时间分类。

1）运行故障。运行故障是指电缆在运行中因绝缘击穿或导线烧断而引起保护器动作，突然停止供电的故障。

2）试验故障。试验故障是指在预防性试验中绝缘击穿或绝缘不良而必须进行检修后才能恢复供电的故障。

（3）电缆线路故障按故障责任分类。

1）人员过失。电缆选型不当，三头结构设计失误，运行不当，维护不良等。

2）设备缺陷。电缆制造缺陷，电缆三头附件材料缺陷，利旧设备的遗留缺陷，安装方式不当或施工工艺不良等原因造成的三头质量缺陷。

3）自然灾害。雷击、水淹、台风袭击、鸟害、虫害、泥石流、地沉、地震、天体坠落等。(www.daowen.com)

4）正常老化。一般电缆运行30年以上的绝缘老化，户外头运行20年以上的浸潮，垂直敷设的油纸电缆在20年以上的高端干枯等。

5）外力损坏、腐蚀、用户过失及新产品、新技术的试用等。

（4）电缆线路故障按故障性质分类。

1）低阻故障。即低电阻接地或短路故障。电缆一芯或数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于10ZC（ZC为电缆特性阻抗，一般不超过40Ω）时，而导体连续性良好者称为低阻故障。一般常见的低阻故障有单相接地、二相短路或接地等。

说明：这一低阻故障的定义是针对脉冲反射测试原理而定的，其他测试方法中的低阻故障定义与特性阻抗ZC无关。下面介绍的高阻故障亦然。

本书定义的低阻和高阻故障的分界值10ZC不是一个精确的数值，而是一个模糊的概念。因为电缆的特性阻抗随着不同的电缆结构而变化（如240mm2的电缆ZC为10Ω，35mm2的电缆ZC为40Ω），而这样定义的根本原因是为了划分脉冲反射诊断技术中低压脉冲法是否可以测试，也就是说绝缘电阻大约在10ZC以下的电缆故障可用低压脉冲法测试，否则低压脉冲法不能测试。

2）高阻故障。即高电阻接地或短路故障。电缆一芯或数芯对地绝缘电阻或芯与芯之间的绝缘电阻低于正常值很多，但高于10ZC，而导体连续性良好者为高阻故障。一般常见的高阻故障有单相接地、二相短路或接地等。

3）断线故障。电缆各芯绝缘均良好，但有一芯或数芯导体不连续者称为断线故障。

4）断线并接地或短路故障。电缆有一芯或数芯导体不连续，经过（高或低）电阻接地或短路者称之。

5）泄漏性故障。泄漏性故障是高阻故障的一种极端形式。在进行电缆绝缘预防性耐压试验时，其泄漏电流随试验电压的升高而增大，直至超过泄漏电流的允许值（此时试验电压尚未或已经达到额定试验电压），这种高阻故障称为泄漏性故障。泄漏性故障的绝缘电阻可能很高，甚至达到合格标准。

6）闪络性故障。闪络性故障是高阻故障的又一种极端形式。在进行电缆绝缘预防性耐压试验时，泄漏电流小而平稳。但当试验电压升至某一值（尚未或已经达到额定试验电压）时，泄漏电流突然增大并迅速产生闪络击穿，这种高阻故障称为闪络性故障。闪络性故障的绝缘电阻极高，通常都在合格标准以上。具有闪络性故障的电缆，短期内，在较低的电压下（不大于闪络击穿电压），其闪络击穿的现象可能会完全停止并显现较好的电气性能。

实际上，高阻故障的特性可由高阻故障等效电路分析清楚。如图7-2-1-1所示，泄漏电阻Rs和放电间隙Js的相对大小变化，决定了高阻故障的特性是属于泄漏性、闪络性或是二者兼而有之。

图7-2-1-1　故障点等效电路

例如：当Rs很大（近似无穷大）时，故障点Js两端的直流电压可以升至额定试验电压而泄露电流还远达不到额定允许值。在这种情况下，如果Js的击穿电压大于额定试验电压，这个故障点在该试验电压下将不会被发现；如果Js的击穿电压小于或等于额定试验电压，则耐压试验时Js将被击穿，形成闪络性故障。

当Rs较小时，在耐压试验中，由于Rs的存在而产生较大的泄漏电流，同时该泄漏电流将在高压试验电源的内阻上形成较大的压降，从而使试验电压无法升高。欲继续升高试验电压，势必造成泄漏电流的剧增，甚至远远大于允许值，这样的耐压试验一般由人为或试验设备继电器保护动作而终止。在这样的故障点中，由于Js两端电压较低而常常不能被击穿，只表现出泄漏电流过大。这就是泄漏性故障。

当Rs与Js适中时，在耐压试验中可能会出现泄漏电流较大，而试验电压又可以升高（甚至达到额定试验电压），在较高的试验电压下也可能会出现闪络击穿。这就是我们讲的通常意义的高阻故障。

高阻故障中的等效泄漏电阻Rs减小到10ZC以下时，其故障性质就转变为低阻故障。

7.2.1.3 电缆线路故障判断的一般步骤与方法

7.2.1.1和7.2.1.2分别介绍了电力电缆故障形成的原因和故障的不同种类。事实上，若干种电缆故障诱因共同作用的结果，可使电缆产生任何种类的电缆故障。几十年来，人们在各自的生产实践中探索和总结出许多电缆故障测试方法。如经典法中的电阻电桥法、电容电桥法、高压电桥法等。电阻电桥法只能测试单相接地或相间短路的绝缘电阻较低的电缆故障；电容电桥法主要测试电缆的断线性故障；高压电桥法主要测试高阻故障（泄漏性故障和闪络性故障除外）。可见电缆故障诊断技术中的经典法具有一定的局限性，不能满足各种不同类型电缆故障测试的要求。

现代的脉冲反射测试技术包括低压脉冲法、直流高压闪络法和冲击高压闪络法，它们适用于各种不同类型的电缆故障测试。多年的生产实践已经充分证明了，现代的脉冲反射测试技术的适用性和准确性，并已日趋成熟与完善。本书所谈的电缆故障诊断技术，在无特别声明的情况下，均指脉冲反射测试技术。

电力电缆故障的诊断，无论选用哪种测试方法，均需按照一定的程序和步骤进行。现归纳如下。

（1）确定故障性质。当着手对某一故障电缆进行故障测试时，首先要进行的工作是：了解故障电缆的有关情况以确定故障性质。掌握这一故障是接地、短路、断线，还是它们的混合；是单相、两相，还是三相故障；是高阻、低阻，还是泄漏性或闪络性故障。只有确定了故障性质，才可以选择适当的测试方法对电缆故障进行具体的诊断。

（2）粗测距离。当确定了故障电缆的故障性质以后，就可以根据故障性质，选择适当的测试方法测出故障点到测试端或末端的距离，这项工作称为粗测距离。

粗测距离是电缆故障测试过程中最重要的一步，这项工作的优劣，决定着电缆故障测试整个过程的效率和准确性。因此，常常需要具有相当专业技术基础理论知识和丰富实践经验的人员来进行操作。人们在长期的生产实践中探讨和总结出多种故障距离的粗测方法，即经典法（如电桥法及其变形等）和现代法（脉冲反射法）。

随着电力电缆生产质量的提高和新型绝缘材料的采用，使电缆的故障电阻不断提高（达到兆欧级）。据统计，凡预防性试验击穿的故障电阻，不少于90%在兆欧数量级以上；运行故障的75%是高阻故障，其中60%以上的故障电阻达到兆欧级。由此看来电缆故障的绝大部分为高阻故障，那些只能测试低阻故障的经典测试方法显然适用性太差。当遇到高阻故障时，必须经过一个耗时、费力的“烧穿”降阻过程，以求把高阻故障转化为低阻故障，这个漫长的过程需要的设备笨重而繁杂，而新型绝缘材料电缆的故障电阻极难“烧穿”与降阻。现代的脉冲反射测试法可以做到无需经过“烧穿”降阻而直接进行高阻故障的测距。这一发明，无疑是电缆故障诊断技术的重大进步。这种现代法与经典法相比具有下列优点：

1）可以不依赖准确的电缆资料。如长度、截面、接头或分支位置、敷设图等。

2）测试简便。由于不需要“烧穿”降阻，使测试设备得到简化，测试程序变得简单。

3）测试效率高。由于高阻故障无需漫长的“烧穿”降阻过程，缩短了测试时间，使测试效率大为提高。

4）测试更精确。现代的脉冲反射法采用先进的微电子技术，尤其是近几年引入了人工智能技术，无需人工换算使现代法测试结果更加精确。

5）适用范围广。现代的脉冲反射法不像经典法那样具有应用的局限性，无论是哪种电缆故障，都可以通过脉冲反射测试技术得到快速、准确的测试结果，因此具有更加广泛的适用性。

6）适于发展。现代的脉冲反射测试技术具有设备简单、轻便，一机多用（各类故障）、操作方便等优点而成为电缆故障诊断技术的发展方向。人工智能设备的出现，为操作者提供了更快捷、更理想的测试结果。

（3）探测路径或鉴别电缆。

故障电缆经过粗测以后便得出一个故障距离Lx，这个故障距离是由测试端（即首端或称始端）到故障点的距离。从理论上讲，以测试端为圆心，以故障距离Lx为半径划一个圆，圆周上的所有点都满足故障点到测试端的距离为Lx的条件，显然故障点只能是圆周上的某一点，而这一点又必须在电缆上，这是可以借助的另外一个条件。当把电缆路径用线段画出以后，这条线段必将与R=Lx的圆相交于一点，这一点才是欲寻找的故障点。

对于直接埋设在地下的电缆，需要找出电缆线路的实际走向（也可以测出埋设深度），即为探测路径。对于在电缆沟、隧道等处的明敷电缆，则需要从许多电缆中挑选出故障电缆，即鉴别电缆。

探测电缆路径或鉴别电缆，通常是向故障电缆（如有完好线芯，一般加在完好线芯上）加一音频电流信号，然后用探测线圈接收此音频信号，从而找出电缆路径或鉴别电缆。

对于干扰较大的复杂环境，鉴别电缆常用钳形电流表来辅助鉴别。从电缆首端或末端加入一电流信号，并做规律性通断变化，然后用钳形表卡在电缆上观察其电流指示值及通断规律，当电流指示值接近于加入端电流值（由于线路损耗而有所减小），并且通断规律相符时，可以确认该电缆为故障电缆。

（4）精测定点。

精测定点是电缆故障测试工作的最后一步，也是致关重要的一步。在粗测出故障距离并确定了故障电缆路径或鉴别出故障电缆以后，为什么还需要精测定点呢？因为粗测出的故障距离有一定的误差，故障距离的丈量也有误差。因此，在精测定点前只能判断出故障点所处的大概位置，要想准确地定出故障点所在的具体位置，必须经过精测定点。

电缆故障的精测定点一般采用声测定点法、感应定点法和其他特殊方法。95%以上的电缆故障可以通过声测法确定故障点的位置，金属性接地故障需要用感应法或特殊方法定点。

以上是电缆故障诊断的一般步骤。在具体测试工作中，根据具体情况的不同，有些步骤可以省略。例如，电缆线路标志很清楚的不需要测寻电缆路径或鉴别电缆；明敷短电缆的开放性故障（电缆故障点已暴露在外表），可以略去各步而直接精测定点；故障点的可能位置有限（如仅怀疑在某个中间头上）时，也可直接精测定点。

电力电缆故障诊断的一般步骤与方法汇总于表7-2-1-1。

表7-2-1-1　电力电缆故障诊断一般步骤与方法

电缆故障诊断设备产品较多，质量不一，为方便读者的了解与选择，现将中外电缆故障测试仪的主要品种列于表7-2-1-2。

表7-2-1-2　中外电缆故障测试仪主要产品对照表