高壓交聯聚乙烯電纜外護套故障測尋方法

    交聯聚乙烯（XLPE）電纜以其優越的電氣性能、良好的熱性能和機械性能及
便于敷設等優點得到了廣泛的應用。目前，我國XLPE電纜的用量及電壓等級正在逐年
上升，但因有的電纜敷設現場環境極其惡劣，加上大規模基建開挖地面，因而容易造
成電纜絕緣護套破損現象。而電纜護套一旦破損，一方面會使電纜金屬套（或金屬屏
蔽層）形成接地回路，產生環流，從而使電纜金屬套發熱，降低電纜輸送容量；另一
方面由于破損處空氣及水分的侵入，會加速電纜金屬套腐蝕，而腐蝕處產生的電場集
中，易于產生局部放電和引發電樹枝，對電纜的短期運行安全造成威脅；此外破損處
水分的侵入還會使主絕緣產生水樹老化的幾率增加，嚴重影響電纜壽命。因此對護套
破損處進行及時定位和修補非常重要。
1.外護套絕緣故障的預定位法
    由于電纜結構的特點，其外護套故障不能采用回波反射法原理進行預定位，
因此電纜外護套絕緣破損后，可先用電橋法或壓降比較法來進行預定位。
1.1 直流電橋法
    圖1為直流電橋法預定位原理圖。圖中：R1為電橋的標準電阻，L為電纜長度，x為測量處與故障點的距離。設單位長度
電纜金屬層電阻為R0，調節電阻R2使檢流計指示為0，此時電橋平衡，有：
[ L +（L－x）] R0 / x R0 = R1 / R2                                     
（1）
解得：x = 2L / （1 + R1 / R2 ）                                      
（2）
    電橋法的優點是操作簡單、使用方便；其缺點是需要知道電纜的準確長度等原始技術資料。另外，由于電纜的金屬屏蔽
層單位長度電阻R0 較小，一般為0.01～0.1Ω/km，與接觸電阻相近，因此接觸電阻的大小對故障距離的測量精度有很大影響，
測量時應采取措施以減小接觸電阻，從而提高測量精度。
1.2壓降比較法
    壓降比較法原理如圖2，當測量開關打在“1”時，調節電壓源En，由電流表讀取電流值I，由電壓表讀取電壓值U1。設
單位長度電纜金屬層電阻為R0 ，由測量電路可知，電壓值U1只與回路電阻x R0 有關，即得：
U1 = I R0
x                                                       
（3）
同理，當開關打在“2”時，調節電壓源En，使電流表電流仍為I，由電壓表獲得電壓值U2。U2只與回路電阻（L － x ）R0 有
關，即：
U2 = I R0 （L － x）                                         （4）
聯立式（3）與（4），并消去I R0 ，即得故障點距離：
     x = LU1 /（U1 + U
2）                                            （5）
    應當注意，壓降比較法適用于外護套只有1個故障點時的情況，否則所得結果是多個故障點的平均值；另外，用壓降比
較法進行預定位時，需用絕緣完好的導線作為通路，
2.破損點的精確定位
    破損點精確定位主要有直流沖擊法、跨步電壓法和音頻法等，其定位原理相似，都是在電纜端部金屬屏蔽層接入信號源
（如高壓脈沖放電源、音頻信號源等），然后通過探測在故障處的多頻譜放電信號來對故障點進行精確定位。
2.1直流沖擊法
   直流沖擊法是比較原始的方法，其定位原理如圖3。首先利用球隙放電產生脈沖電壓，該電壓在護套絕緣破損處產生多頻
譜放電電流、聲、光及磁場等放電信號，然后通過現場檢測放電信號來對故障點進行精確定位。該方法的特點是試驗裝置簡
單、操作方便，主要適用于新敷設的電纜，特別適用于尚未填埋的電纜，這時利用裸耳即能聽到故障點放電聲，在深夜效果更
明顯。但由于此法的沖擊電壓及能量較高，長時間放電時對電纜金屬護套及外護套都有破壞性，且會將正常運行時不必處理的
薄弱點擊穿擴大為故障點，因此對已投運的高壓電纜不提倡使用此法。
2.2跨步電壓法
跨步電壓法是目前應用最為廣泛且非常有效的高精度定位方法，其基本裝備為一高壓系列脈沖發生器和一套帶有探針的電位
差計或毫伏表。其原理如圖4（a），在電纜金屬套與地之間施加一高壓脈沖電流，用電位差計沿電纜路徑探測，根據不同的情
況，可分別采用以下2種檢測方法。
（1）當知道電纜走向時，可用探針沿電纜方向探測，在故障點附近時，電位差迅速增加，在故障點前達到最大值；在故障點
正上方，電位差為零；過故障點后，指針反偏且又達最大值，其電位差計沿電纜走向的電位差值分布如圖4（a）。根據電位差
值的這些特征就可對故障點進行定位。
（2）當受電纜長度方向的地面情況限制不易測量時，可利用放電電流在故障點上方環形發散的特點來定位，電位方法如圖4
（b），在不同方向分別尋找2個等電位點，然后找出2組等電位點的垂直平分線的交點，即為故障點。此法在故障較嚴重時使
用效果較好。
跨步電壓法的優點是原理簡單、易操作、抗干擾好、破壞性少、定點直觀準確，適用于敷設于泥土地面內的電纜。其不足之
處有：（1）易受地下金屬管線（如水管、天然氣管等電位體）的干擾，特別在變電站或電纜接頭井周圍的干擾更為嚴重；
（2）在干燥地面或馬路上接受信號很弱，需采取措施，否則可能很難測到信號。
2.3音頻定位法
當地面干燥、水泥路面無法感應信號時，可采用音頻法對電纜護套故障點進行定位。其原理如圖5。將音頻信號發生器一端
與金屬套連接，另一端通過地釬接地，將步進電壓探頭接在音頻接收器上，沿電纜長度方向移動探頭，在故障點附近將會收到
很強的信號，而在故障點處接收到音頻信號最弱，根據此特點，即可找到故障點。
此方法的優點是所用電壓不高，但判別故障點方向時不如跨步電壓法直觀，實際應用時也會受金屬管道干擾。
3.結束語
綜上所述，對于高壓XLPE電纜外護套的絕緣故障，可分兩步進行檢測：先用電橋法或壓降比較法進行定位；然后根據不同
情況，采取不同方法進行精確定位，對于未回填新敷設電纜的外護套故障，可用直流沖擊法進行精確定位；對于已回填電纜和
舊電纜，可采用跨步電壓法和音頻法進行定位。