高压交联聚乙烯电缆外护套故障测寻方法

    交联聚乙烯（XLPE）电缆以其优越的电气性能、良好的热性能和机械性能及
便于敷设等优点得到了广泛的应用。目前，我国XLPE电缆的用量及电压等级正在逐年
上升，但因有的电缆敷设现场环境极其恶劣，加上大规模基建开挖地面，因而容易造
成电缆绝缘护套破损现象。而电缆护套一旦破损，一方面会使电缆金属套（或金属屏
蔽层）形成接地回路，产生环流，从而使电缆金属套发热，降低电缆输送容量；另一
方面由于破损处空气及水分的侵入，会加速电缆金属套腐蚀，而腐蚀处产生的电场集
中，易于产生局部放电和引发电树枝，对电缆的短期运行安全造成威胁；此外破损处
水分的侵入还会使主绝缘产生水树老化的几率增加，严重影响电缆寿命。因此对护套
破损处进行及时定位和修补非常重要。
1.外护套绝缘故障的预定位法
    由于电缆结构的特点，其外护套故障不能采用回波反射法原理进行预定位，
因此电缆外护套绝缘破损后，可先用电桥法或压降比较法来进行预定位。
1.1 直流电桥法
    图1为直流电桥法预定位原理图。图中：R1为电桥的标准电阻，L为电缆长度，x为测量处与故障点的距离。设单位长度
电缆金属层电阻为R0，调节电阻R2使检流计指示为0，此时电桥平衡，有：
[ L +（L－x）] R0 / x R0 = R1 / R2                                     
（1）
解得：x = 2L / （1 + R1 / R2 ）                                      
（2）
    电桥法的优点是操作简单、使用方便；其缺点是需要知道电缆的准确长度等原始技术资料。另外，由于电缆的金属屏蔽
层单位长度电阻R0 较小，一般为0.01～0.1Ω/km，与接触电阻相近，因此接触电阻的大小对故障距离的测量精度有很大影响，
测量时应采取措施以减小接触电阻，从而提高测量精度。
1.2压降比较法
    压降比较法原理如图2，当测量开关打在“1”时，调节电压源En，由电流表读取电流值I，由电压表读取电压值U1。设
单位长度电缆金属层电阻为R0 ，由测量电路可知，电压值U1只与回路电阻x R0 有关，即得：
U1 = I R0
x                                                       
（3）
同理，当开关打在“2”时，调节电压源En，使电流表电流仍为I，由电压表获得电压值U2。U2只与回路电阻（L － x ）R0 有
关，即：
U2 = I R0 （L － x）                                         （4）
联立式（3）与（4），并消去I R0 ，即得故障点距离：
     x = LU1 /（U1 + U
2）                                            （5）
    应当注意，压降比较法适用于外护套只有1个故障点时的情况，否则所得结果是多个故障点的平均值；另外，用压降比
较法进行预定位时，需用绝缘完好的导线作为通路，
2.破损点的精确定位
    破损点精确定位主要有直流冲击法、跨步电压法和音频法等，其定位原理相似，都是在电缆端部金属屏蔽层接入信号源
（如高压脉冲放电源、音频信号源等），然后通过探测在故障处的多频谱放电信号来对故障点进行精确定位。
2.1直流冲击法
   直流冲击法是比较原始的方法，其定位原理如图3。首先利用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、声、光及磁场等放电信号，然后通过现场检测放电信号来对故障点进行精确定位。该方法的特点是试验装置简
单、操作方便，主要适用于新敷设的电缆，特别适用于尚未填埋的电缆，这时利用裸耳即能听到故障点放电声，在深夜效果更
明显。但由于此法的冲击电压及能量较高，长时间放电时对电缆金属护套及外护套都有破坏性，且会将正常运行时不必处理的
薄弱点击穿扩大为故障点，因此对已投运的高压电缆不提倡使用此法。
2.2跨步电压法
跨步电压法是目前应用最为广泛且非常有效的高精度定位方法，其基本装备为一高压系列脉冲发生器和一套带有探针的电位
差计或毫伏表。其原理如图4（a），在电缆金属套与地之间施加一高压脉冲电流，用电位差计沿电缆路径探测，根据不同的情
况，可分别采用以下2种检测方法。
（1）当知道电缆走向时，可用探针沿电缆方向探测，在故障点附近时，电位差迅速增加，在故障点前达到最大值；在故障点
正上方，电位差为零；过故障点后，指针反偏且又达最大值，其电位差计沿电缆走向的电位差值分布如图4（a）。根据电位差
值的这些特征就可对故障点进行定位。
（2）当受电缆长度方向的地面情况限制不易测量时，可利用放电电流在故障点上方环形发散的特点来定位，电位方法如图4
（b），在不同方向分别寻找2个等电位点，然后找出2组等电位点的垂直平分线的交点，即为故障点。此法在故障较严重时使
用效果较好。
跨步电压法的优点是原理简单、易操作、抗干扰好、破坏性少、定点直观准确，适用于敷设于泥土地面内的电缆。其不足之
处有：（1）易受地下金属管线（如水管、天然气管等电位体）的干扰，特别在变电站或电缆接头井周围的干扰更为严重；
（2）在干燥地面或马路上接受信号很弱，需采取措施，否则可能很难测到信号。
2.3音频定位法
当地面干燥、水泥路面无法感应信号时，可采用音频法对电缆护套故障点进行定位。其原理如图5。将音频信号发生器一端
与金属套连接，另一端通过地钎接地，将步进电压探头接在音频接收器上，沿电缆长度方向移动探头，在故障点附近将会收到
很强的信号，而在故障点处接收到音频信号最弱，根据此特点，即可找到故障点。
此方法的优点是所用电压不高，但判别故障点方向时不如跨步电压法直观，实际应用时也会受金属管道干扰。
3.结束语
综上所述，对于高压XLPE电缆外护套的绝缘故障，可分两步进行检测：先用电桥法或压降比较法进行定位；然后根据不同
情况，采取不同方法进行精确定位，对于未回填新敷设电缆的外护套故障，可用直流冲击法进行精确定位；对于已回填电缆和
旧电缆，可采用跨步电压法和音频法进行定位。