电缆探伤仪电力电缆故障测试中的应用

   引言  

　　电力传输是电力供应系统的重要环节，而近几年来，由于基础建设的加快和安全供电的需要，地埋电力电缆越
来越多地在广大城乡和工矿企业电力设施中得到广泛应用。但由于电缆埋入地下，且线路较长，所以当电缆发生故
障而影响正常供电时会给故障点的查找带来一定的困难。若无测试设备，单靠人工查找电缆故障点，则不仅浪费人
力、物力，而且会造成难以估量的停电损失。因而，电力电缆的故障测试成为多年来困扰供电部门正常供电的重要
问题之一。近几年，电力电缆故障的测试技术有了较大发展，出现了故障测距的脉冲电流法，路径探测的脉冲磁场
法及利用声音与磁场信号差进行故障定点的声磁同步法。本文采用电桥法，就电缆探伤仪的测试原理，并结合实例
进行分析。  
　  
　　电力电缆的性质、发生故障的原因及故障分类  

　　（ 1 ）电力电缆的性质。电缆绝缘芯线之间、绝缘芯线与护套或屏蔽层之间都是相互绝缘的。  

　　（ 2 ）电力电缆发生故障的原因。 ① 机械损伤，电缆直接受外力损伤，如振动、热涨冷缩等引起铅护套损
坏等； ② 绝缘受潮，因终端头或连接盒施工不当使水分侵入； ③ 绝缘老化； ④ 护层腐蚀； ⑤ 过压、雷击或
其他过压使电缆击穿； ⑥ 过热，过载或散热不良，使电缆绝缘击穿； ⑦ 材料本身缺陷。  

　　(3) 电力电缆故障分类 ( 根据故障电阻与击穿间隙情况分 ) 。 ① 开路故障； ② 高阻故障； ③ 低阻故
障； ④ 闪络故障。  

　　2 QFl—A 电缆探伤仪的测试原理  

　　2．1电桥法的基本原理  

　　当电桥接通电源之后，调节桥臂电阻．使 b 、 d2 个顶点的电位相等，即检流计 (G) 两端的电压为 0 ，则
通过检流计 (G) 的电流 I g = 0 ，这时电桥平衡。由图 1 可以得到如下关系：  

　　U ad = U ab , 即 I a R 1 = I b R 3 , （ 1 ）  

　　U bc = U dc , 即 I c R 2 = I d R 4 , （ 2 ）  

　　由于 I g = 0 ，根据基尔霍夫定律，可得 I a = I c , I b = I d , 代入式 (1) 、 (2) ，并将两式相除，
可得：  

　　R 1 /R 2 = R 3 /R 4 ，即 R 1 ?R 4 = R 2 ?R 3  

　　因此，在由 4 个电阻组成的桥式电路处于平衡状态时，相对两个电阻的乘积相等，若其中任何 3 个电阻为已
知值，则可求得第 4 个电阻值。  

　　2．2电缆芯线对地(或相间)电容的测量（测量范围见表1）  

　　  
表 1 QF1-A 电缆探伤仪可测量电容范围



范 围 zui小分辨率（ % ） 测量误差 备 注  
0 ～ 1000pF 3 10%±10 pF （ 1 ）需扣除零电容（寄于桥路测量原理结构，对象所造成零电容较大）；  
（ 2 ）桥体两端开路时，零电容小于 250 pF 。  
0 ～ 10000pF 0.5 1.5%  
0 ～ 0.1F 0.5 1.5%  
0 ～ 1F 0.5 1.5%  
0 ～ 10F 3 10%  



　　接上 220V 电源，插入耳机，开启电源即可听到 1000Hz 的音频信号，反复调节 R k 、 R H1 ，直至耳机中
无声音为止，此时电桥平衡，则有：  

　　C X 为 = C X ·(R k / R b )  

　　2. 3 电缆芯线开路故障点测量（测量误差见表 2 ）  

　　  
表 2 开路故障时，不同电缆芯线对地（或相间）电容及 QF1-A 电缆探伤仪对测量结果产生的误差  



电缆芯线对地（或相间）电容 测量误差 备 注  
1000 ～ 10000pF 2%±1 （ 1 ）断线处不可对地短路；  
（ 2 ）电缆为同种规格。  
10000 pF ～ 0.1F 2%±1  
0.1 ～ 1F 2%±1  
1 ～ 10F 2%±1  



　　同种规格电缆芯线对地电容与长度成正比， QFl-A 电缆探伤仪采用交流差动电桥法测量两相电缆对地电容比
值，从而确定故障点。  

　　R k 是由 1 个十进制电阻盘和 1 个滑线电阻器组成的可变电阻； A 是故障电缆开路相的一端； B 是故障电
缆完好相的一端。  

　　当电桥平衡时， R k ∶ （ 1―R k ） = C x / (C L + C y ) = L x ∶(2L―L x ), 所以 L x = R k ·2L
已知 。  

　　2.4 电缆芯线接地故障点测量（测量误差见表 3 ）  


表 3 QF1-A 电缆探伤仪对电缆芯线地租故障时的测量误差及范围



电缆芯线回路电阻 故障芯线对地故障 R E （可测范围） / kΩ 测量误差 /m 备 注  
1Ω ～ 10 kΩ ≤100 1%±1 （ 1 ） R E 为 600V 情况下测量；  
（ 2 ）电缆为同种规格。  
0.1 ～ 1Ω ≤10 1%±1  



　　同种规格的电缆芯线的电阻与长度成正比 ( 电缆电阻值见表 4) ，利用电桥法原理测出故障点两边电缆芯线
电阻之比，也就测出了长度之比，从而确定故障点。  


表 4 聚氯乙烯绝缘电缆（ PVC 塑力缆）的参考电阻值



截面 /mm 2  
分类 3×25  
+1×10 3×35  
+1×10 3×50  
+1×16 3×70  
+1×35 3×95  
+1×35 3×120  
+1×35 3×150  
+1×50 3×185  
+1×50  
铜  
芯 20℃ 电阻（ Ω/km ） 0.74 0.53 0.37 0.25 0.19 0.15 0.12 0.1  
允许载流量（ A ） 94 119 149 184 226 260 301 345  
铝  
芯 20℃ 电阻（ Ω/km ） 1.24 0.89 0.62 0.44 0.33 0.29 0.21 0.17  
允许载流量（ A ） 73 92 115 141 174 201 231 266  



　　当电桥平衡时， R k ∶ （ 1―R k ） = L x ∶(2L―L x ), 所以， L x = R k ·2L 已知 ，即为故障点距
离。  

　　3 实践3例  

　　现就近两年的电缆故障定位举 3 个实例。  

　　(1)2004 年 5 月，某单位 l# 变电所至电石厂循环水的低压电力电缆发生故障，该电缆为 PVC 塑力铜芯缆
(3 x 150+1×50) ，全长约 180m ，我们用 500V 低压兆欧表对电缆三相进行绝缘电阻测试： A 相对地为 30M
Ω ， B 相对地为 0 ， C 相对地为 40MΩ ，零线对地为 0 ；再用万用表对 B 相、零线进行测量， B 相与地之间
电阻 500Ω ，零线与地之间电阻 20Ω 。初步判断： B 相为低阻接地，且零线已*接地， A 、 C 相完好。我们
当即用 QFl-A 型电缆探伤仪在电源端 (1# 变电所 ) 测试该故障电缆，测试结果为： R k = 0.444 ，又知 L 已
知 =180m ， 由公式 L x = R k ·2L 已知 得：电源端离故障点的距离 L x = 0.444×2×180=159.84m 。  

　　因此，可断定故障点距离 1# 变电所 159.84m ，此故障点正是一间维修房室内的墙脚边，破开水泥地板后证
实：电缆 B 相和零线的绝缘层已被白蚁咬伤，电缆芯线因受潮引起短路烧坏绝缘，锯掉故障电缆，进行绝缘电阻
测试，电缆绝缘全部合格 (B 相对地绝缘 50MΩ) 。zui后实测得知：电源端离故障点的实际距离为 160.5m ，误差
仅为 +0.66m 。  

　　(2)2004 年 8 月，某单位生活区商住楼 ( 电源侧 ) 至市场 ( 负荷侧 ) 的一根 PVC 塑力铜芯缆 (3×35+1
×10) 发生故障，电缆全长约 268m 。测量电缆的绝缘电阻： A 相对地 15MΩ ， B 相对地 10MΩ ， C 相对地
0 ，零线对地 10MΩ ；进一步用万用表测量： C 相与地之间的电阻值为 200Ω ，据此可推测 C 相对地短路。  

　　我们在负荷侧测试，探伤仪的读数为： R k = 0.003 ，又知 L 已知 = 268m ，由公式 L x = R k ·2L 已
知 得：负荷侧离故障点的距离 L x = 0.003×2×268 = 1.608m 。因此，可确定该电缆的故障点在距负荷侧
1.608m 处，故障原因：老鼠长期在电缆头附近做窝，咬伤电缆绝缘后，其尿液导致电缆发生短路故障。  

　　（ 3 ） 2004 年 8 月 26 日，某水泥厂二变至液化气站电源电缆 (PVC 塑力铜芯缆 3×35+1×10 ，全长约
300m) 发生故障，致使液化气站全部停电，经测量，该故障电缆的绝缘电阻为：零线对地 30MΩ ， A 相对对地
0 ， B 相对地 15MΩ ， C 相对地 1.5MΩ ； B 相对 A 相 155MΩ ， B 相对 C 相 15MΩ 。液化气站负荷虽小．但
不能长时间停电，因此，经研究决定，将零线作为 A 相暂时使用， B 、 C 相不变，将已接地的原 A 相 ( 黄
色 ) 作为零线 ( 该公司生产区的低压系统是保护接零的 ) 使用，供电运行一天后， A 、 C 相发生开路故障，
其绝缘电阻为 15MΩ 。因此，我们采用交流差动电桥法测量 C 相和 B 相对地电容比值，测试方法如图 3 ，在水
泥厂二变端，探伤仪的测量值为 R k =0.273 ，又知 L 已知 =300m ，由公式 L x = R k ·2L 已知 ，可得 L x
= 0.273×2×300=163.8m ，据此推算，电缆的故障点正是在一条马路边，挖出故障点，发现电缆过马路时末穿
管，被外力 ( 车辆 ) 压伤。  

　　4 结束语  

　　(1) 在电力电缆的绝缘故障测试中，不仅要有*可靠的仪器设备和正确的测试方法，更重要的是经验积累和
掌握科学的理论知识。  

　　(2) 在探测故障电缆前，如能提供故障电缆的基础资料 ( 长度，路径、中间接头等 ) ，特别是电缆长度 (L
已知 越接近真实，测量结果越准确 ) ，则可提高探测故障的及时性、准确性、减少工作强度。  

　　(3) 当电缆为高阻接地时，可先对电缆故障芯线施加高压 ( 一般在额定试验电压范围内 ) ，使其故障扩大、
对地击穿成为低阻接地，便于测试。  

　　(4) 电桥法的缺陷是：不能测试闪络性故障的电缆，这种情况应采用冲击高压闪络法进行测试。