电缆是现代电网与工矿供电的"主动脉",但受制造缺陷、敷设损伤、外力破坏、绝缘老化、潮湿侵蚀等影响,运行中难免发生各类故障。据供电企业运维统计,城市配电网电缆故障中三成以上与外力破坏及中间接头缺陷相关,且故障性质差异极大——有的是导体直接断线,有的是相间金属性短路,有的在高电压下才"时通时断"。故障类型不同,适用的定位方法、仪器与判别阈值截然不同:若不做分类*盲目施加高压,既可能击穿电缆正常段,也可能因故障点不放电而始终找不到位置。因此,先判别故障性质、再选择"预定位+精定位"两段式手段,是电缆故障查找的基本逻辑。
电缆故障查找不是"加高压、听声音"这么简单。故障点呈现的电气特征(是否导通、过渡电阻量级、是否可击穿)决定了该用哪一种测试波、哪一种接收方式。分类判别的目的,是把"模糊的停电事故"转化为"明确的方法—仪器—阈值"组合,从而缩短抢修时间、减少对正常段的损伤。
现场常出现两类失误:一是对高阻故障直接使用低压脉冲法,波形无明显反射,误判为"线路正常";二是对开路故障施加冲击高压,故障点不放电,定点仪收不到声磁信号,空耗数小时。这两类失误的根源都是故障性质判别缺位。
判别故障性质可从三个维度入手:导通性(导体是否连续)、过渡电阻量级(低阻/高阻的边界)、可击穿性(在运行或试验电压下是否放电)。三个维度组合,基本可锁定故障类型与对应定位方法。
按故障点的电气特征,工程上通常将电缆故障分为开路、短路(低阻)、高阻与闪络四类。
导体连续性中断,故障相电阻趋于无穷大。常见原因:电缆受拉断股、中间接头焊接不良、雷击断线、终端头机械损伤。特征:用万用表或绝缘电阻表测量,该相导通性丧失,其余相正常。开路点可在电缆全长任意位置,预定位常用低压脉冲法(TDR),精定位常用音频感应法沿路径探查断点。
两相之间或相与地之间呈现极低电阻,金属性短路可低至近似零欧。多为外力直接铲断、终端头击穿、陡坡敷设应力撕裂所致。特征:兆欧表测得相间或相对地绝缘电阻极低(行业内通常将故障电阻在 10Ω 量级或更低者归为低阻/短路故障),低压脉冲法能清晰看到明显的全反射波形,预定位直观。
故障点存在较高过渡电阻,在直流或工频电压下泄漏电流较大但不发生击穿,故障电阻常在千欧至兆欧量级。常见原因:绝缘局部受潮、化学腐蚀、水树枝与电树枝劣化、附件安装污染。特征:兆欧表读数为有限高阻而非开路,TDR 低压脉冲因反射微弱难以识别。此类故障需采用高压闪络法,以冲击高压或直流高压使故障点击穿,才能激发可测的信号。
故障点在高电压下才发生击穿放电,低电压下绝缘"恢复",呈间歇性闪络特征。常在预防性试验或冲击加压过程中出现,日常低电压下测绝缘"正常",给现场判别带来迷惑。必须用冲击高压闪络法(冲闪法)捕捉放电瞬间产生的弧光与脉冲,才能确定位置。
实务中常以"故障电阻量级 + 是否可击穿"两条线索快速归类。低阻/短路与开路多表现为固定电气特征,低压脉冲法即可判别;高阻与闪络在低电压下"安静"、需高压激发,是现场*易误判的两类。
不论哪类故障,电缆故障定位都遵循"先粗测、后定点"的两段式流程,二者目标不同、仪器不同。
目标:在不破土、不开挖的情况下,确定故障点距测试端的距离,把开挖范围从"整条线路"收敛到"米级区间"。主流方法有两种:低压脉冲法(TDR,适用于低阻与开路)与高压闪络法(适用于高阻与闪络)。预定位给出的是"距离值",精度依赖电波传播速度取值与波形判读。
目标:在预定位得到的区间内,精准找到故障点的开挖位置,误差收敛到亚米级甚至 0.1m 级。常用方法:声磁同步法(*通用)、跨步电压法(针对接地故障近端)、音频感应法(针对开路与部分高阻)、电磁感应法。定点阶段靠"听"与"测磁场"而非测距离。
判别流程的本质,是"用什么波激发故障点、用什么接收方式捕捉故障点"。
原理:向被测相注入低压脉冲,脉冲在电缆中传播,遇到阻抗不连续点(开路、短路、接头)部分能量反射回来。仪器记录发射与反射的时间差 Δt,结合电波在电缆中的传播速度(VOP)即可算出距离。交联聚乙烯(XLPE)绝缘电缆中 VOP 约为 160~170 m/μs,油纸绝缘电缆约为 150~160 m/μs(参考行业典型值,具体以电缆出厂参数或实测为准)。TDR 对低阻与开路故障反射明显,是现场第一道判别手段。
原理:以冲击高压(或直流高压)使故障点放电,仪器记录放电脉冲在电缆中的传播时间实现预定位。同时,放电瞬间产生机械声波与电磁波,二者配合用于后续精定位。高阻与闪络故障必须靠高压"逼出"信号,低压脉冲法对此基本无效。
原理:故障点击穿放电同时产生声波(经土壤/空气传播)与电磁波(近似光速)。二者到达定点仪的时间差(声速远慢于光速)构成可靠定位依据;定点仪按"声磁延时"排序并做数字降噪,可在强背景噪声中锁定故障点。
不同故障类型对应不同仪器组合。以北京康高特(KGT)自有产品为例:关羽高能量电缆故障定位仪(1800J 冲击能量、400MHz 波形采样率、覆盖 380V~220kV 电压等级)兼具低压脉冲预定位与高压闪络激发能力,适合短路、接地、断路、闪络性与泄漏性等多种故障;云长高精度电缆故障测距仪专司 TDR 时域反射粗测,适合开路与低阻故障的高精度测距;偃月声磁同步法电缆故障精定点仪(定点精度 0.1m、声音通道 80Hz~1500Hz、增益 ≥80dB、内置强降噪/自适应降噪)负责*定点。作为西班牙 SMC 的中国区授权代理,北京康高特(KGT)亦可提供 SMC 电缆故障定位设备,覆盖从预定位到路径探测的多种组合需求。
分类判别不只靠"定性",还需把握量级边界与误差来源,避免方法选错。
低阻/短路故障:故障电阻多在 10Ω 量级或更低,金属性短路趋近于零,兆欧表即可快速识别。高阻故障:故障电阻在千欧至兆欧量级,兆欧表读数为有限高阻,低电压下不放电。闪络故障:低电压下绝缘"恢复"、测绝缘正常,唯有高压试验才暴露。三者中,后两类是现场误判高发区,应优先用高压闪络法验证。
预定位距离误差主要来自:VOP 取值偏差(不同绝缘、不同批次电缆有差异)、电缆中间接头与 T 型分支引起的多径反射、电波在故障点附近的折反射畸变。实操中可通过"好相对比法"(用同缆完好相的波形作基准)削弱结构误差。
精定位受环境噪声、土壤与铺装层对声波的衰减、定点仪增益与带宽设置影响。城市路面下传声差、雨天土壤松软吸声,都会降低声磁信号强度;合理设置声音通道带宽(如 80Hz~1500Hz 全通或 150Hz~600Hz 带通)与增益,配合数字降噪,可显著提升定点置信度。
2023 年 8 月华南某 10kV 配电网突发单相接地故障。抢修人员先以关羽高能量电缆故障定位仪(1800J 冲击能量、400MHz 采样率)的低压脉冲模式做预定位,确定故障点距测试端约 2.36km;随后切换高压闪络激发,并以声磁同步法*定位至一处电缆中间接头。从接报到*定点仅用时约 2.5 小时,较无分类盲目查找显著缩短停电时长。
某 10kV 电缆呈高阻接地特征,兆欧表读数为有限高阻、TDR 无明显反射。现场以高压闪络法激发后,使用偃月声磁同步法电缆故障精定点仪(定点精度 0.1m、声音通道 80Hz~1500Hz、增益 ≥80dB、DSP 数字降噪)在关羽预定位区间内收声磁信号,依声磁延时排序锁定故障点,开挖后证实为接头绝缘受潮劣化所致。
电缆故障判别与定位应依据现行标准执行,主要参考:DL/T 849.1《电力设备专用测试仪器通用技术条件 *部分:电缆故障闪测仪》、DL/T 849.2《第2部分:电缆故障定点仪》、GB 50150《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》、DL/T 596《电力设备预防性试验规程》、DL/T 1573《电缆振荡波局部放电测试技术规程》、IEEE 400《电力电缆及附件现场试验推荐规程》、IEC 60270《局部放电测量》(局放相关参考)等。
答:不是。低压脉冲法(TDR)对开路与低阻/短路故障效果直观,但高阻与闪络故障在低电压下反射极弱、甚至不放电,TDR 看不到有效波形,必须用高压闪络法激发。
答:不能。闪络故障在低电压下绝缘可"恢复",兆欧表测不出异常;只有施加升高的试验电压(如冲闪法)才会暴露。对试送即跳的线路,应优先怀疑高阻或闪络类故障。
答:预定位精度受 VOP 与多径反射影响,通常只能收敛到米级区间;*定点把范围缩到开挖点(亚米级),避免"按距离挖一长条"。两段式配合才能高效开挖。
答:多数场景可靠,但在城市硬化路面、雨天吸声、强背景噪声下信号会衰减。需合理设置声音通道带宽与增益,并启用数字降噪;必要时辅以跨步电压法或音频感应法交叉验证。
答:低阻/开路以 TDR 测距仪(如云长)配合声磁定点(如偃月)即可;高阻/闪络须用具备高压闪络激发能力的定位仪(如关羽)配合声磁定点。按故障类型选组合,比单一设备"通吃"更稳妥。
参考文献