電纜故障快速定位研究

何毅峰

從化供電局

社會的進(jìn)步人類的發(fā)展對電力需求正在漸漸上升，電力的輸送依賴電纜線路的正常運行。因此快速可靠的電纜故障測試設(shè)備是電纜維護(hù)的重要工具。在電纜路徑已經(jīng)明確的前提下本文對慣常出現(xiàn)的故障，予以辨識并解析，摸索出故障快速定位可靠的技術(shù)路徑。

調(diào)研得來的數(shù)值表明：建設(shè)高壓輸電網(wǎng)絡(luò)和改造城鄉(xiāng)電網(wǎng)，在電力系統(tǒng)運行中將很多400V 到500KV 的電力電纜進(jìn)行了應(yīng)用，因為電纜工程施工、附件安裝、外力影響和國內(nèi)電纜制造等方面的原因，造成經(jīng)常有故障出現(xiàn)在電力電纜中，對電網(wǎng)公司供電可靠性上帶來了一定的影響。按照國際報道一級電力部門中每年每個電力用戶平均停電時間僅為2min，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中國電網(wǎng)公司最好水平。如何以最快的速度準(zhǔn)確定位電纜故障，靠近國際一流電力企業(yè)水平，是國內(nèi)電力系統(tǒng)最迫切需要改進(jìn)的技術(shù)和管理課題。若要提高搶修的速率，提升供電時段中的穩(wěn)定性，就應(yīng)快速辨識帶有故障的部位，提高電纜接頭質(zhì)量，以便降低潛藏著的事故概率。針對細(xì)分出來的故障類別，采納不同特性的定位方式。依循擬定好的這些模式，建構(gòu)了硬件架構(gòu)下的定位平臺。

明辨故障根源

故障產(chǎn)生的原因

1.外力破壞、制造原因、中間接頭工藝（冷縮、熱縮）暫且不論。

2.絕緣老化：在國內(nèi)尤其是配電電纜不重視電纜的外護(hù)套的絕緣狀態(tài)，在電纜交接中忽視護(hù)層耐壓試驗（10KV、1 分鐘直流耐壓測試）。在潮濕的環(huán)境中容易產(chǎn)生水樹枝，由于電場強(qiáng)度的變化隨著年限的增加再形成電樹枝最終到電纜擊穿。

圖1 電纜接頭熱縮未到位有空隙

3.其他范疇的根源。

其他范疇以內(nèi)的電纜事故，包含慣常見到的雷擊事故、電網(wǎng)架構(gòu)之內(nèi)的過壓事故。偏長線路運轉(zhuǎn)接地狀況不良，會造成敷設(shè)好的線路產(chǎn)生渦流偏熱等等。

定位依托的多樣模式

電纜故障性質(zhì)的細(xì)分簡單來說通過萬用表和搖表（高阻計），來進(jìn)行絕緣電阻測量，用搖表、萬用表分別測量線芯對地絕緣電阻和相間絕緣電阻；從而判斷出電纜故障屬于高阻還是低阻故障。

1.結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)的電纜故障預(yù)定位技術(shù)

（1）電橋法

惠斯通/Murray 電橋法，由直流發(fā)生器與橋體、檢流計組成。測試出故障點兩側(cè)的電纜線芯電阻與比例電阻構(gòu)成惠斯通/Murray 電橋，從而在已知電纜長度的前提下通過百分比計算出電纜故障的長度。

圖2 電纜外護(hù)套進(jìn)水最終造成電纜故障

圖3 電橋法示意圖

圖4 低壓脈沖波形

圖5 高壓脈沖下的故障波形

圖6 多檔位電容串并聯(lián)

（2）高壓沖擊結(jié)合脈沖反射

根據(jù)雷達(dá)原理，脈沖發(fā)射裝置發(fā)射脈沖信號，脈沖沿電纜路徑傳播，在電纜故障點（阻抗變化）處反射回來脈沖信號（可能是接頭、終端、開路、短路點），利用脈沖反射法原理得到反射波形。

當(dāng)故障點的絕緣電阻大于1000 歐姆時，使用低壓脈沖已經(jīng)無法得到電纜故障波形，因此我們需要使用一套高壓裝置對故障點沖擊放電，同時得到故障波形。

2.集成架構(gòu)中的硬件平臺

由于廣東地區(qū)進(jìn)水型電纜故障和接頭故障是近10年來嚴(yán)重影響配電電纜搶修的共同難題。進(jìn)水型故障難的表現(xiàn)是無論采用多高的測試電壓，都無法采集到有效波形，在全長超過1000m 的故障電纜時非常耗時。為了弄清進(jìn)水型電纜高阻故障的原因及應(yīng)對方案，我局研究了進(jìn)水型故障的特征、由于電纜敷設(shè)在土壤、電纜溝等地下后，較多的配電電纜是泡在水中運行，一旦發(fā)生故障，故障點很容易被周圍水所包圍。由于當(dāng)前的波反射法高壓預(yù)定位都是在電弧作用下，協(xié)調(diào)脈沖反射儀發(fā)射低壓脈沖，才能得到故障波形。而進(jìn)水型高阻在一般預(yù)定位技術(shù)下，電弧剛剛起弧時，故障點周圍的水和潮氣將電弧熄滅，使采樣脈沖到達(dá)故障點時仍是未擊穿的高阻，測試波形總是參考波形和故障波形幾乎重合，看不到故障點的分叉現(xiàn)象，這是進(jìn)水型高阻難的實質(zhì)。因此我局采取不同的定位模式，通過數(shù)據(jù)分析和不同的硬件模塊來達(dá)到電纜故障定點的準(zhǔn)確判斷。

具體來說著重解決高壓沖擊的大能量和波形采樣選用電感式濾波器。

（1）測試電容模塊：為解決高低壓電纜故障，高壓沖擊單元采用多檔位設(shè)計，保障在不同電壓基礎(chǔ)上產(chǎn)生最大的放電能量。

增加電容才能得到更大的沖擊能量來滿足大埋深、套管故障的需要，但是同時也帶來很多的弊端，例如體積大、運輸不便利，安全可靠性不高等隱患。通過大量的實踐和研究，我們將電容在不同的電壓等級下轉(zhuǎn)換成串并聯(lián)的方式可以輕易得到小電壓大電容的特性，特別是針對電纜頭多能量衰減快的電纜更為實用。

（2）濾波器銜接著的模塊。通過LC 架構(gòu)的濾波器，和穩(wěn)弧裝置能延展故障點慣常的燃弧時間，提升原有的波形采樣的精準(zhǔn)性。

結(jié)束語

10KV 架構(gòu)下的電纜線路，若要明辨故障點，就應(yīng)考量周邊范疇內(nèi)的多重要素，包含特有的環(huán)境要素。選出來的測試途徑，也應(yīng)帶有多樣化這樣的特性?？焖俣ㄎ贿@一需求，要求電纜查驗及檢修這樣的人員，能提升現(xiàn)有的素養(yǎng)水準(zhǔn)。經(jīng)由長時段的經(jīng)驗累積，明晰精準(zhǔn)特性的事故部位。創(chuàng)設(shè)配套架構(gòu)下的硬件模型，為后續(xù)時段的定位及修護(hù)，提供充分的保障。