10kV 電纜故障模擬裝置設(shè)計(jì)

高旭啟 別士光 周明杰 平 原

（1.國網(wǎng)浙江省電力公司培訓(xùn)中心（湖州校區(qū)），浙江 湖州313000；2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，湖北 武漢430074）

0 引言

隨著我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電力電纜憑借供電可靠性高、美化城市環(huán)境、不受地面/空間建筑物影響、不受惡劣氣候侵害、安全隱蔽耐用等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。電力電纜作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，一旦發(fā)生故障將直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，如果故障發(fā)現(xiàn)和檢修不及時(shí)，可能導(dǎo)致火災(zāi)、大規(guī)模停電等較嚴(yán)重的事故后果，給國民經(jīng)濟(jì)帶來不可估量的損失。因此，準(zhǔn)確定位和快速處理電纜故障是保證電纜安全可靠運(yùn)行的重要手段。

1 電纜故障檢修培訓(xùn)存在的問題

目前，電纜檢修的主要過程如下：將被檢修電纜與系統(tǒng)隔離—按工作票做好安全措施—履行工作許可手續(xù)—故障查找與定點(diǎn)—開挖并確定故障—修復(fù)處理故障點(diǎn)—電氣試驗(yàn)—恢復(fù)送電［1］。

李繼國［2］統(tǒng)計(jì)分析了包頭供電局處理各種電纜故障時(shí)各主要環(huán)節(jié)所需的時(shí)間，指出在處理電纜故障過程中，測尋電纜故障環(huán)節(jié)耗時(shí)最長（平均耗時(shí)309 min），占整個(gè)流程耗時(shí)的70%，測試人員缺乏相關(guān)的理論知識(shí)、對(duì)故障測尋技術(shù)不了解、對(duì)儀器設(shè)備不熟悉，無法準(zhǔn)確分析和判斷故障波形是主要原因。由此可見，電纜故障測尋是實(shí)現(xiàn)快速檢修電纜故障的關(guān)鍵，做好電纜故障測尋技能培訓(xùn)迫在眉睫。

現(xiàn)有的電纜故障檢測培訓(xùn)方式一般是由老師講解測試原理并在電纜實(shí)訓(xùn)場中指導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行測試演練，達(dá)到培訓(xùn)目的。該方式雖然簡單直接，但存在不足：一方面，電纜故障種類較多且波形復(fù)雜，識(shí)別難度大，測試人員需要豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)才能勝任，而電纜實(shí)訓(xùn)場設(shè)置的故障類型有限，難以面面俱到；另一方面，在實(shí)際工作中，電纜發(fā)生故障的幾率較小，部分員工由于長時(shí)間缺乏實(shí)戰(zhàn)演練，難免出現(xiàn)技能生疏、遺忘等現(xiàn)象，以致需要反復(fù)培訓(xùn)，效率低下。

在電纜故障檢測培訓(xùn)中引入電纜故障模擬裝置，采用電子器件模擬電纜故障參數(shù)，并通過PLC自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)多種類型故障之間的快速切換，讓受訓(xùn)學(xué)員直觀觀測各種故障波形，提高測試人員對(duì)波形的辨識(shí)能力，方便培訓(xùn)教學(xué)，提高培訓(xùn)效率，節(jié)約成本，可有效解決上述問題。

2 電纜故障模擬裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 電纜故障模擬裝置的要求

（1）裝置應(yīng)能模擬10kV 電纜故障，包括短路、低阻、斷線開路、閃絡(luò)性高阻故障。

（2）裝置應(yīng)具備故障切換功能，能在上述故障之間進(jìn)行快速、方便的切換，方便教學(xué)。

（3）裝置應(yīng)能模擬故障位于電纜不同部位時(shí)的情形，包括近端故障、遠(yuǎn)端故障、中間距離故障。

（4）模擬出的故障特征應(yīng)穩(wěn)定，參數(shù)應(yīng)與實(shí)際電纜故障一致，能被各種電纜故障檢測儀表按正常的故障探測方法檢測出，模擬故障的測試波形應(yīng)與實(shí)際故障的測試波形一致。

（5）裝置應(yīng)能承受不少于10kV 的電壓，裝置及內(nèi)部部件應(yīng)可靠工作。

（6）裝置應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、外觀優(yōu)美，易于安裝與維護(hù)。

2.2 故障模擬裝置的設(shè)計(jì)

2.2.1 裝置整體設(shè)計(jì)

如圖1所示，電纜故障模擬裝置由模擬柜和操作臺(tái)構(gòu)成，模擬柜整體采用封閉外殼進(jìn)行封裝，便于安裝維護(hù)，采用模塊化結(jié)構(gòu)，裝置上下部位設(shè)有進(jìn)線端和出線端，通過電纜接頭串接于電纜線路中；中上部位為自動(dòng)切換模塊，實(shí)現(xiàn)故障之間的快速切換；中間層為故障模擬模塊，各種故障模擬均由裝置內(nèi)部的特定故障模塊實(shí)現(xiàn)。操作臺(tái)配備觸摸屏，通過PLC對(duì)自動(dòng)切換模塊進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)故障設(shè)置與切換。

圖1 故障模擬裝置

2.2.2 故障模擬設(shè)計(jì)

配電電纜故障模擬由模擬柜的故障模擬模塊實(shí)現(xiàn)，由五大模塊組成，包括正常模塊、短路模塊、斷線開路模塊、低阻模塊、閃絡(luò)性高阻模塊。各模塊設(shè)計(jì)原理如表1所示。

2.2.3 故障設(shè)定與切換設(shè)計(jì)

為方便培訓(xùn)教學(xué)使用，電纜故障模擬裝置進(jìn)行了故障設(shè)置與自動(dòng)切換設(shè)計(jì)，利用PLC控制高壓繼電器對(duì)任意相電纜進(jìn)行上述類型故障的設(shè)定和不同故障之間的切換。如圖2所示，切換系統(tǒng)將30個(gè)繼電器分別串接于三相電纜進(jìn)線端和出線端之間，通過PLC控制系統(tǒng)改變繼電器的通斷組合，可實(shí)現(xiàn)單相、兩相、三相開路，任意兩相短路，低阻、高阻故障設(shè)置。使用時(shí)，由用戶通過操作臺(tái)上的觸摸屏進(jìn)行故障類型參數(shù)設(shè)定，完畢后PLC系統(tǒng)自動(dòng)控制對(duì)應(yīng)的繼電器組分合，實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確設(shè)定，若需要切換故障類型，只需在觸摸屏上重新設(shè)定參數(shù)即可。

表1 故障模塊

圖2 故障切換原理圖

2.2.4 故障位于電纜不同部位的設(shè)計(jì)

根據(jù)故障在整條電纜所處的不同位置，電纜故障可劃分為近端故障、遠(yuǎn)端故障、中間距離故障。選取三段同型號(hào)的電纜，分別長20m、100m、100m，將上述電纜組合，分別與電纜故障模擬裝置的進(jìn)線端、出線端連接，模擬故障發(fā)生于電纜的近端、遠(yuǎn)端和中間（圖3）。

近端故障：將20m 電纜連接于裝置的進(jìn)線端、100m 電纜連接于裝置的出線端，可實(shí)現(xiàn)故障位于電纜近端情形的模擬；

遠(yuǎn)端故障：將100m 電纜連接于裝置的進(jìn)線端、20m 電纜連接于裝置的出線端，可實(shí)現(xiàn)故障位于電纜遠(yuǎn)端情形的模擬；

圖3 模擬故障位于電纜不同部位的示意圖

中間故障：將100 m 電纜連接于裝置的進(jìn)線端、另一條100m電纜連接于裝置的出線端，可實(shí)現(xiàn)故障位于電纜中間情形的模擬，如圖3所示。

2.3 故障模擬裝置的優(yōu)點(diǎn)

采用上述方案，故障模擬裝置能準(zhǔn)確模擬各種典型的電纜故障，并能在各故障之間進(jìn)行快速、自由設(shè)定與轉(zhuǎn)換。將該故障模擬裝置應(yīng)用于電纜故障檢測培訓(xùn)中，具有以下優(yōu)勢：

（1）該裝置可模擬各種典型的電纜故障，有利于學(xué)員熟悉各種故障波形，提高辨別波形和準(zhǔn)確查找故障點(diǎn)的能力。

（2）該裝置可模擬實(shí)際電纜運(yùn)行中出現(xiàn)的近端、中間、遠(yuǎn)端故障，有利于學(xué)員開展電纜故障檢測實(shí)戰(zhàn)演練，豐富電纜故障檢測經(jīng)驗(yàn)。

（3）該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可自由轉(zhuǎn)換多種故障類型，操作簡單，提高了培訓(xùn)學(xué)習(xí)效率。

（4）該裝置減少了電纜長度，節(jié)約了成本。

3 結(jié)語

本文設(shè)計(jì)了一套電纜故障模擬裝置，能安全準(zhǔn)確地模擬各種典型電纜故障，并根據(jù)培訓(xùn)需要在各類型故障間靈活轉(zhuǎn)換、自由設(shè)定，為電纜故障檢測培訓(xùn)提供了一種模擬實(shí)訓(xùn)手段，彌補(bǔ)了現(xiàn)有培訓(xùn)手段的不足，提高了培訓(xùn)效率。

［1］施勝華，董銳.電力電纜線路檢修危險(xiǎn)點(diǎn)分析與防護(hù)探討［C］//2008年中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2008.

［2］李繼國.電纜故障處理耗時(shí)長原因分析及改進(jìn)措施［J］.內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2012，30（6）：110－112.