電力電纜故障探測

白宏偉

【摘要】隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高和電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電能已經(jīng)成為人們生產(chǎn)和生活中一種必不可少的能源。而隨著人們對城市環(huán)境和美觀程度的要求越來越高，柱上設(shè)備和配電架空線路已經(jīng)不能夠滿足人們對城市電網(wǎng)系統(tǒng)美觀性的要求。電力電纜的產(chǎn)生能夠在保證人們的用電需求的同時，保持環(huán)境的整潔，在現(xiàn)代的供電系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。然而，要保證電力電纜能夠有效運行，必須采取有效的措施對電力電纜故障進行及時的探測。本文將總結(jié)電力電纜故障的探測方式，為實際電力電纜故障探測提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】電力電纜；故障；探測

隨著我國經(jīng)濟的逐漸發(fā)展和城市電網(wǎng)的逐漸完善，電力電纜在我國的工礦企業(yè)、事業(yè)單位等企業(yè)得到的重要的應(yīng)用。在電力電纜的應(yīng)用過程中，電纜的質(zhì)量和狀態(tài)會在很大程度上影響電網(wǎng)系統(tǒng)安全可靠的運行。一些電網(wǎng)的設(shè)計不符合規(guī)范、電纜的質(zhì)量存在缺陷或者電纜在工作的過程中過熱的原因以導致電纜出現(xiàn)故障，而在電纜出現(xiàn)故障時，及時準確的對故障進行探測和定位能夠減少電網(wǎng)故障而引起的重大經(jīng)濟損失。

1.常見電力電纜故障

電力電纜從鋪設(shè)安裝到運行維護的整個過程，電力電纜故障具有不同的特點，所以，在進行電力電纜故障探測的過程中，應(yīng)把握不同階段電纜故障的特點，從而能夠及時準確找到電力電纜的故障。

1.1電力電纜安裝環(huán)節(jié)易出現(xiàn)問題

在電纜鋪設(shè)的過程中，由于選址不當?shù)葐栴}，導致電纜旁邊的土壤影響電纜，從而使電纜產(chǎn)生位移，電纜附件的安全性得不到保障。在鋪設(shè)排管的過程中，由于橫向約束的影響，導致電纜易出現(xiàn)彎曲變形等問題，電纜的金屬保護套產(chǎn)生疲勞應(yīng)變，產(chǎn)生安全隱患。在進行地溝敷設(shè)的過程中，一些鋪設(shè)工作不能夠牢固固定電纜，一出現(xiàn)斜面的滑落問題。此外，在斜井敷設(shè)電纜過程中，不能夠準確衡量井位的跨度，使電纜在使用的過程中受到自身重力或者熱機械力的影響，在很大程度上減少電纜的壽命。電纜故障或者壽命受到影響除了受到電纜敷設(shè)不當?shù)挠绊懼?，還受到外力因素的影響，其中最易受到機械損傷。機械損傷主要是由于在電纜鋪設(shè)完成之后，進行道路綠化、園林建設(shè)或者建筑施工等，導致電纜鋪設(shè)的標示樁被破壞或者丟失，從而使電纜受到外力的破壞造成故障。

1.2電纜運行維護過程中易出現(xiàn)問題

電力電纜系統(tǒng)在運行的過程中，由于自身性質(zhì)特點和敷設(shè)過程中的敷設(shè)方式問題；在運行過程中外界環(huán)境的影響導致電纜運行出現(xiàn)故障問題。其中電纜運行過程中易出現(xiàn)的故障主要分為絕緣性問題和接頭問題。其中絕緣性問題產(chǎn)生主要是由于電纜的材料性質(zhì)和鋪設(shè)問題引起的。我國目前電纜鋪設(shè)采用的主要的絕緣材料為橡皮絕緣材料、塑料絕緣材料、氣體絕緣材料以及油浸紙絕緣材料。在鋪設(shè)的過程中可能因為造型不當、制作不良或者使用的過程中長期過載、靠近熱源等多種原因，導致電纜易受到化學腐蝕和受潮，導致電纜在運行的過程中會時常出現(xiàn)絕緣、老化或者受潮等問題，造成電纜故障。關(guān)于接頭問題主要是因為電纜鋪設(shè)的密封失效、連接不良、封鉛漏水或者在運行過程中長期過負荷運行等原因造成的。電纜接頭的故障主要表現(xiàn)為電纜的終端頭或者中間接頭處發(fā)生爆炸。

2.電纜故障探測的傳統(tǒng)方法

2.1電纜故障測距的傳統(tǒng)方法

目前我國關(guān)于電纜故障測距的傳統(tǒng)方法主要有測量電阻電橋法、低壓脈沖反射法、脈沖電壓取樣法、脈沖電流取樣法和二次脈沖法五種。其中，測量電阻電橋法在被稱之為經(jīng)典方法。這種方法能夠有效地測量短路和低阻故障。進行故障探測的主要原理是利用電橋平衡，對應(yīng)的橋臂電阻的乘積相等，電阻與電纜長度成正比的。測量電阻電橋法具有操作簡單方便、測量精度高的優(yōu)點。但是也具有測試局限性較高的缺點。在測量100千歐以下的短路或者接地電阻進行相間短路、單相接地、二相接地或者三相短路等故障的測量的測試誤差能夠保持在0.3%-0.5%之間。而當電阻的超過100千歐時，電橋的回路電流很小，導致一般電橋不能夠準確測量和判斷電橋的平衡。低壓脈沖法主要用于測量電纜的低阻和斷路故障。而電纜運行過程中低阻和斷路故障約占電纜運行故障的百分之十左右。除此之外，低壓脈沖法還用于測量電纜的長度，檢查電纜的斷路和短路點，以及測量電纜接頭和附件的位置和數(shù)量。低壓脈沖法故障探測的原理是將低壓脈沖在短時間內(nèi)沿著電纜進行傳送，當脈沖遇到中間接頭、終端頭、斷點或者短路點時，脈沖將會發(fā)生反射，之后使用脈沖之間的時間差來進行測量差距。而這種探測方式的局限性在于不能用于測量高阻性和閃絡(luò)性故障。脈沖電壓取樣方法主要包括直流高壓閃絡(luò)法和沖擊高壓閃絡(luò)法。這種方法主要用來測量閃絡(luò)性故障和高祖泄露。主要的探測原理是用直流或者高壓脈沖信號將電纜的故障擊穿，只夠記錄下測量點與故障點之間高壓脈沖的往返時間。脈沖電流取樣法的故障探測原理是采用高壓將故障點擊穿，在這個過程中，陡度較大的高壓直流電流遇到故障點之后會瞬間放電，同時伴隨著放電聲音、放電火花與放電脈沖波。該方法就是利用放電脈沖波在測量點與故障點之間往返時間的測量，從而計算出故障點的位置。二次脈沖法是采用高壓發(fā)生器沖擊閃絡(luò)技術(shù)，對故障點進行測量的一種方式。這種方式測量故障點的始端或者近始端的波形較為復雜，而且存在一定的盲區(qū)，導致測量誤差較大。

2.2電纜故障定點的傳統(tǒng)方法

電纜故障定點的傳統(tǒng)方法主要包括聲測法、聲磁同步法和音頻感應(yīng)法三種。其中聲測法主要是利用在故障被擊穿時產(chǎn)生的放電聲音進行測量。聲磁同步法是結(jié)合直流高壓沖擊故障產(chǎn)生的脈沖磁場和放電聲音。當聲測定點中接收到的脈沖磁場即可認為是故障點發(fā)出。音頻感應(yīng)法主要用于測量電阻小于10歐的低阻故障。

3.新型電纜故障探測方法

3.1新型電纜故障測距方法

結(jié)合計算機技術(shù)產(chǎn)生的新型電纜故障探測方式主要有：實時專家系統(tǒng)、因果網(wǎng)電纜故障定位和小波變換電纜故障定位等方法。其中實時專家系統(tǒng)是將利用計算機技術(shù)在電纜故障探測領(lǐng)域能夠使用人的思維來解決復雜的問題。為了能夠?qū)崿F(xiàn)人類專家的思維，要有包含大量專家知識的數(shù)據(jù)庫，并采用一系列新的規(guī)則來維護數(shù)據(jù)庫的正常運行。因果網(wǎng)主要包括四類節(jié)點：征兆、狀態(tài)、假設(shè)和起始原因。其中狀態(tài)節(jié)點表示電網(wǎng)中某個節(jié)點的狀態(tài)。征兆節(jié)點是狀態(tài)節(jié)點的征兆。假設(shè)節(jié)點是系統(tǒng)對故障進行的診斷假設(shè)，起始原因節(jié)點表示的是使故障產(chǎn)生的最終原因。因果網(wǎng)能夠詳細地描述繼電器、開關(guān)和故障元件之間的關(guān)系，但并不涉及到部件的內(nèi)部細節(jié)，從而能夠更加直觀、簡潔地描述故障發(fā)生的原因。小波變換電纜故障探測方式是由數(shù)學知識分支來的故障探測方式，是電纜故障探測的先進算法，能夠有效應(yīng)用于電纜故障的暫態(tài)信號分析中。

3.2新型電纜故障定點方法

新型的電纜故障定點方法主要包括：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、全球定位系統(tǒng)的行波故障定位以及分布式光纖溫度傳感器。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過將節(jié)點比作神經(jīng)元，之后進行神經(jīng)元之間輸入和輸出達到信號處理目的的一種方式。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要用于故障模式的識別和故障的征兆的預測。全球定位系統(tǒng)的行波故障定位主要是為了彌補傳統(tǒng)阻抗算法對于阻抗接地、直流輸電線和多端電源線路故障探測不準確的問題。分布式光纖溫度傳感器是通過檢測電纜故障點的溫度變化來對電纜故障點進行定位的方法。該方法具有操作簡便，定位速度快以及不受電磁干擾等優(yōu)點。

4.總結(jié)

隨著科學技術(shù)的進步和人們對電力電纜要求的逐步提升，電纜故障的探測應(yīng)結(jié)合先進的科學技術(shù)，從而能夠滿足人們的需求。

【參考文獻】

[1] 馬麗莉.試論電力電纜故障探測和定位方法[J].機電信息，2013，（33）：105-106.