电缆故障检测方法

　　在机电设备安装工程的施工及维护过程中，将会面对各种原因造成的电缆故障。所以必须具有适用的理论及方法来解决各类故障，本文就传统的检测方法进行了阐述，

　　对于电缆的故障点检测一般都要经过故障类型的诊断、故障点测距、定点三个主要步骤。故障类型诊断主要是确定电缆故障点的故障相别，属于高阻接地或者低阻接地，以便于测试人员选择适当的检测方法。故障点测距也叫预定位，故障电缆芯线上施加测试信号或者在线测量、分析故障信息，初步确定故障的距离，尽量缩小故障范围，以方便定点的进行。

　　预定位方法一般可归纳为两大类，即经典法，如电桥法等;现代法，如低压脉冲法、高压闪络法等。定点是预定位距离的基础上，地确定故障点所在实际位置。定点方法主要有声测定点法、感应定点法、时差定点法以及同步定点法等。

　　电缆故障的传统检测方法

　　电缆敷设为机电安装施工中经济价值的分项施工，同时也是保证设备正常运行重要设施，在实际施工及维护运行过程中，往往因敷设方式设计不合理、施工人员操作不当、虫鼠等小动物的破坏等各种因数的影响，造成电缆的损坏而引起故障。在大量的工程实践中我们发现电缆故障为高阻电流泄露故障（电阻值大于等于1Ω），其原因往往为因绝缘层破坏而造成的。低电阻故障一般为相间或对地短路经常出现在电缆分歧头位置，是由于施工时绝缘手段未充分引起的，但出现的几率很小，主要是预防为主，在施工阶段就严把质量关减少事故的出现。

　　电缆故障可能出现在配电线路施工、调试、维护等任何阶段，施工、除了少量的电缆故障出现在施工、调试阶段外，更多的电缆故障出现在维护运行期间，这类故障一般随着整个配线系统的老化而逐渐显现，造成设备频频跳闸给用户带来困扰。因此使用单位必须熟练的掌握电缆检测方法。

　　在电缆故障检测过程中因采用高压或低压手段分为高压检测或低压检测两类，其中高压检测使用于低阻、断路、高阻等各种情况的电缆故障，低压检测方式只适用于低阻、断路情况，因此实际检测中多采用高压检测方法。

　　电缆故障的常用检测方法

　　电桥法，电桥法是一种较为传统的电路故障检测方式而且效果较佳。优点是简单、方便、度高。其缺点是不适用于检测高阻与闪络性故障，因为故障电阻很高的情况下，电桥的电流很小，一般灵敏度的仪表很难探测的。

　　此外，电桥法检测时，需要知道电缆的准确长度等原始资料，当电缆线路由不同截面的电缆组成时，还需要进行换算，电桥法也不能测量三相短路或断路故障。但是其也存在一定弊端，因为电桥的电压以及检流计灵敏性相对较差，因此其仅仅只适合于直流电阻低于100K、电阻相对较低的电缆故障。而对于高电阻设备、断路故障电流泄露等问题则不能使用这种方法。

　　低压脉冲检测法，使用低压脉冲反射电缆故障检测法时应在具体运作中对损害线路注射低压脉冲。当脉冲沿着电缆线路传输到故障点即电流运输过程中所遇到的阻抗不符合的时候，将反射脉冲显示到检测设备上，通过设备反映数据记录，计算出发射和反射脉冲来回时间差值以及其在电缆中的波速度运算，从而得到故障点距离测试点的实际距离。这种方法是较为简便，测试结果直观而显著，在无法确定故障资料的情况下可以直接进行检测。但是其也有弊端即必须在了解电缆设置走向，对于高阻抗以及闪络性电缆故障则不能适用。

　　脉冲电压法及脉冲电流法，脉冲电压法包括直流高压闪络法，与冲击高压闪络法。脉冲电压法的基本原理是，利用直流（或冲击）高压信号击穿电缆的故障点，记录放电电压脉冲在测试点与故障点间的往返时间，依此计算故障点的位置。脉冲电压法的优点在于由于是直接利用故障击穿产生的瞬间脉冲信号，测试速度较快。其缺点在于，在故障放电时，尤其是冲击闪络测试时，通过电容（电阻）分压器测量电压脉冲信号，分压器耦合的电压波形难以分辨。脉冲电流法的基本原理是，将电缆的故障点击穿，测量击穿时产生的电流行波信号，根据电流行波在测试点与故障点间的往返时间来计算故障点的位置。

　　脉冲电流法的局限性在于它是用互感器将脉冲电流耦合出来，其波形比较复杂，由于线芯绝缘介质损耗引起的行波信号衰减及中间接头等的反射和其他干扰因素，故障波形往往误差很大。

　　电缆短路速查法

　　如有电缆短路，可用机械式万用表确定此段电缆短路两段的电阻值。阻值大的一端为首端A，阻值为RA；另一端为B，阻值为RB；设电缆总长为L，短路点至首端的距离为LA，短路点至尾端的距离为LB，为此得出：

　　（RA+RB）/RB=（LA+LB）/LB，从上式可导出 LB=（ LA+LB）*RB/（RA+RB） （1）

　　例：某厂配电室至泵房的电缆线经检查有短路故障。此段电缆长约400m。万用表测电缆两段阻值分别为l0Ω和4Ω。

　　将两阻值带入（1）式可得：LB=400&mes;4/（10+4） =1 600/14≈114m。

　　这种方法只使用低阻故障的明敷电缆，优点是不依赖设备和经验，普通电工都能熟练掌握。在渝怀铁路园梁山隧道照明工程的施工中，我单位负责对园梁山隧道及平导的照明线路进行施工及维护，由于施工作业现场空气中湿度很大，因此缆分歧接头制作时绝缘效果受到了影响，在长期使用后多处出现了短路跳闸故障。作业现场由于处于运行中的铁路隧道或着浸泡在水中的平导，长度达11公里，维修中无法利用车辆设备，只能依赖步行的方法进入故障位置负重能力受到限制，因此电缆短路速查法为理想的检测方法。

　　直流冲击法（冲击闪络法）

　　直流冲击法利用直流电压通过球隙放电产生脉冲电压，该电压在护套绝缘破损处产生多频谱放电电流及声、光和磁场，利用在现场检测放电信号即可获得故障点的定位。放电强度取决于滤波电容器储存电荷量的多少，而储存的电荷量与直流电压和电容量成正比，即Q=CU。该方法试验装置结构简单，操作简便。检测示意图见图5。主要适用于新敷设电缆，特别适于尚未填埋的电缆，利用裸耳即能听到故障点放电声，在深夜效果明显。对于已填埋电缆需配备声磁法或声磁异步法测试仪进行测量定位。在任何情况下都配备音频放大器并用耳机监听放电声。

　　在广州新光隧道机电安装工程，工程调试期间电工发现水泵存在经常跳闸的情况，但用万用表检测发现电缆未发生低阻故障，电缆阻值、绝缘电阻均在正常范围中，在此情况下，通过简易的自制滤波电容装置对故障电缆进行不停的供电，电工在填埋位置沿线听放电声，终于在变电房外40米处听到明显的脉冲声，做好标记后范围。然后开挖故障位置，检查电缆发现电缆表皮有明显的破损，修复后未再发生故障。

　　此类方法的优点是使用方法简单，通过简单培训普通电工能熟练掌握，是在电缆短路速查法无效外的。

　　跨步电压法

　　跨步电压法是目前应用为广泛、有效的高定位方法，用于对埋地电缆故障点的判断。检测时使用的设备主要为为1台高压系列波脉冲发生器和1套带有探针的电位差计或毫伏表。

　　其中，系列波脉冲发生器可由直流冲击法电源改装而成。其检测方法有2种：一是利用故障点正上方跨步电压为零、在故障点两侧沿电缆走向跨步电压极性相反且达值的特征来对故障点定位，图2为电位差计沿电缆走向的电位差值分布示意图；二是利用放电电流在故障点上方环形发散的特征，在不同方向分别寻找2个等电位点，故障点必然位于2组等位点连线的垂直平分线交叉点上，图3中AA‘和BB’分别为2组等位点连线。

　　此方法主要是争对埋地电缆的故障的判断，对故障能够有效的高定位。方法一较易掌握，在广州克山人防工程的工程维护过程中，埋地电缆出现高阻泄露故障，工程技术人员采用该法撅开地面发现因为老鼠啃外表皮从而造成故障

　　音频信号法

　　当地面干燥、水泥路面无法感应信号时，可采用音频信号法对电缆护套故障点进行定位。在电缆端部接入音频信号发生器，采用高灵敏度音频探头沿线路查找，当信号增至，然后又消失时所对应的位置即为电缆护套故障位置，其沿线信号强度分布如图4所示。音频发生器的容量和接收器（定位仪）的灵敏度是测试成败的关键指标。

　　此法使用与各种条件下的电缆故障，特别对于收费站、地面市政照明工程非常适用，在地下埋设电缆过多的情况下跨步电压法检测易受到干扰和迷惑，排除故障效率不好，因此应选用音频信号法。

　　新的检测手段和发展方向

　　传统的检测手段虽然能查找出大部分的电缆故障，但由于其检测工序复杂、速度慢且对实际施作经验要求较高，越来越受到电力工作者的诟病。针对这一情况，各仪表厂纷纷推出各自的智能检测仪表，由于其操作简便，对初学者也能轻易上手，因此受到市场的欢迎。

　　检测仪表的工作原理

　　仪器根据电波在电缆传播过程中，遇到电缆的特性阻抗发生变化的地方会产生反射波的原理对电缆故障进行测试。再根据电波在电缆中的传播速度和两次反射波的特征拐点代表的时间，可测出故障点到测试端的距离为：

　　S=VT/2

　　S代表故障点距测试端的距离 V代表电波在电缆中的传播速度

　　T代表电波在电缆中来回传播所需要的时间 这样，在V和T已测定的情况下，就可计算出S，即故障点距测试端的距离，这一切只需稍加人工干预，就可由单片机进行自动操作完成，测试故

　　作为机电工程人员应熟练掌握着电缆检测方法，能根据不同的施工条件和工具情况及时有效的排除电缆故障。随着社会发展，智能仪表的使用必然将全面实现，因此电力工作人员必须加予关注和了解。