路徑測(cè)繪一體化技術(shù)在電纜故障中的應(yīng)用

黃璐璐

【摘 要】電力系統(tǒng)是促進(jìn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)，而電力電纜又在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。隨著電力行業(yè)的飛速發(fā)展，10kV電纜已經(jīng)遍布我國(guó)各個(gè)地區(qū)，以往的測(cè)試手段較為單一，往往是個(gè)人印象來(lái)判斷電纜的走向，或者依靠管線探測(cè)儀來(lái)局部探測(cè)，沒(méi)有做到探測(cè)測(cè)繪一體化，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題我們應(yīng)該研發(fā)出了一種新型的電纜故障快速定位系統(tǒng)，從而滿(mǎn)足日常工作中的電纜維護(hù)和故障處理。該系統(tǒng)能通過(guò)GPS定位裝置繪測(cè)電纜實(shí)際路徑圖，配備的軟件應(yīng)用平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)共享，建立起電纜數(shù)據(jù)庫(kù)。文章主要對(duì)于路徑測(cè)繪一體化技術(shù)在電纜故障中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】路徑測(cè)繪一體化；電纜故障

前言

伴隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域都在實(shí)現(xiàn)高低壓線路的電纜化。電纜線路能否安全運(yùn)行將會(huì)直接影響到人們正常的生活生產(chǎn)，傳統(tǒng)的電纜故障檢測(cè)方法有著諸多缺點(diǎn)與不足，所以對(duì)電纜的故障測(cè)試以及精確定位、查找其發(fā)生故障的位置，也成了保證電力系統(tǒng)安全發(fā)展的重要步驟。

1.傳統(tǒng)電纜故障檢測(cè)和定位方法

目前，我國(guó)的電力電纜在運(yùn)行過(guò)程中常常會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)為：外護(hù)套破損導(dǎo)致進(jìn)水嚴(yán)重、直流耐壓試驗(yàn)導(dǎo)致交聯(lián)電纜的損害、電纜實(shí)際路徑和圖紙并不相符、故障搶修時(shí)間較長(zhǎng)、竣工資料不夠完整、電纜頭有缺陷、缺乏老化評(píng)定技術(shù)、當(dāng)?shù)丨h(huán)境潮濕導(dǎo)致故障預(yù)定位困難等。

電纜故障的測(cè)試一般要經(jīng)過(guò)幾個(gè)步驟：性質(zhì)診斷、故障測(cè)距、精測(cè)定點(diǎn)。性質(zhì)診斷主要是初步判斷故障出現(xiàn)的性質(zhì)，大概確定適當(dāng)?shù)臏y(cè)試方法來(lái)對(duì)電纜故障進(jìn)行判斷；粗測(cè)距離是在出現(xiàn)故障的電纜線上添加測(cè)試信號(hào)，初步確定故障的距離，為后期的精測(cè)定點(diǎn)做好準(zhǔn)備；精測(cè)定點(diǎn)就是在之前粗測(cè)的基礎(chǔ)上，精確的渠道故障點(diǎn)出現(xiàn)的位置，并及時(shí)進(jìn)行修理。

目前，比較常用的電纜故障測(cè)試方法是離線測(cè)距方法，是在出現(xiàn)故障的地點(diǎn)停電后，通過(guò)相關(guān)的設(shè)備離線測(cè)量故障出現(xiàn)的距離的離線測(cè)距方法。這種方法也存在其弊端，比如測(cè)距時(shí)間較長(zhǎng)，另外高壓測(cè)試設(shè)備也會(huì)對(duì)檢修人員造成人身不安全的隱患。離線測(cè)距主要分為阻抗法和行波法。阻抗法是通過(guò)測(cè)量并計(jì)算發(fā)生故障點(diǎn)到測(cè)量端的阻抗，再根據(jù)電力電纜的線路參數(shù)，再通過(guò)一定的計(jì)算得到故障距離。其中最常用的方法是電橋法，此方法簡(jiǎn)單、精度高，但是一般只適用于高阻故障和閃絡(luò)性故障，并且需要提前知道電纜線路的具體參數(shù)，否則會(huì)有誤差較大的現(xiàn)象出現(xiàn)。行波法是通過(guò)確定行波傳播速度后，在測(cè)量行波的傳播時(shí)間來(lái)確定故障發(fā)生的地點(diǎn)。比較常用的有低壓脈沖反射法和脈沖電壓法，低壓脈沖反射法在測(cè)量時(shí)候不需要知道詳細(xì)的電纜參數(shù)，但缺點(diǎn)是不能用于測(cè)量高阻故障和閃絡(luò)性故障。

現(xiàn)如今，發(fā)展最為迅速的是在線測(cè)距，通過(guò)和GIS技術(shù)進(jìn)行結(jié)合能快速準(zhǔn)確的測(cè)量故障發(fā)生點(diǎn)。GIS技術(shù)能把地圖這種獨(dú)特的視覺(jué)化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫(kù)操作集成在一起，比如說(shuō)查詢(xún)、管理和統(tǒng)計(jì)分析等。GIS能得到廣泛的應(yīng)用，就在于它可以區(qū)別于其他的信息系統(tǒng)，可以對(duì)空間信息的存儲(chǔ)進(jìn)行管理分析，也正是因?yàn)檫@個(gè)優(yōu)勢(shì)，GIS可以在廣泛的公眾和個(gè)人企業(yè)事業(yè)單位中發(fā)揮解釋事件、預(yù)測(cè)結(jié)果、規(guī)劃戰(zhàn)略等的重要作用。因此通過(guò)在GIS電力系統(tǒng)中輸入各個(gè)電纜的信息，然后把測(cè)試結(jié)果和GIS數(shù)據(jù)庫(kù)連接到一起，就可以找到故障發(fā)生點(diǎn)和實(shí)際位置相對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確定位，可以方便維修。當(dāng)然這就需要較完善的電纜以及地理信息資料，軟硬件的完美結(jié)合，在線監(jiān)測(cè)的并行應(yīng)用。其中有一種基于高速光電傳感技術(shù)的電纜故障測(cè)距方法，就是利用電纜發(fā)生故障的同時(shí)，會(huì)在故障發(fā)生點(diǎn)向電纜兩端同時(shí)傳播浪涌電流，通過(guò)到達(dá)電纜兩端的時(shí)間差，根據(jù)公式和浪涌電流在電力電纜中的傳播速度，計(jì)算出電纜故障的發(fā)生點(diǎn)，準(zhǔn)確定位故障。

2.電纜故障定位系統(tǒng)構(gòu)建故障類(lèi)型數(shù)據(jù)庫(kù)：

2.1電纜故障數(shù)據(jù)搜集

分析電纜出現(xiàn)的故障實(shí)例，并收集不同類(lèi)型電纜故障報(bào)告，我們發(fā)現(xiàn)電纜出現(xiàn)的故障類(lèi)型主要包括下列幾種：根據(jù)故障的絕緣電阻分為400歐姆以?xún)?nèi)低阻故障，反之稱(chēng)為高阻故障。低阻與高阻故障在單芯和三芯電纜中又分為短路和開(kāi)路故障。外護(hù)套故障：根據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》，外護(hù)套對(duì)地絕緣電阻小于500兆歐姆或5kV直流耐壓試驗(yàn)不能通過(guò)的缺陷或故障。

2.2通過(guò)真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和試驗(yàn)室內(nèi)不同絕緣電阻下的模擬故障波形采集，我們積累了大量的故障類(lèi)型報(bào)告，我們發(fā)現(xiàn)在干燥的環(huán)境下以及在運(yùn)行中擊穿的電纜故障很容易能夠得到故障波形和故障點(diǎn)的距離，但是問(wèn)題是水，交聯(lián)聚乙烯XLPE）。這類(lèi)材料，無(wú)功損耗低和有驚人的絕緣性能。這類(lèi)材料的安裝費(fèi)用低，而使電纜本身的敷設(shè)更容易。但是如干年后，特別是首先送電的聚乙烯電纜開(kāi)始?jí)牡帽雀鼡Q和修復(fù)還要快。作為聚合過(guò)程的殘余物而產(chǎn)生的水，或者外護(hù)層絕緣的機(jī)械損傷而進(jìn)的水。長(zhǎng)時(shí)間之后會(huì)形成水樹(shù)枝，在整個(gè)絕緣的各處有一個(gè)或許多充滿(mǎn)水分的只有幾個(gè)微米寬的狹窄通道。只要不發(fā)生極端情況，這種通道可以長(zhǎng)時(shí)間不發(fā)生問(wèn)題。只要負(fù)荷變化，發(fā)熱等等一旦這個(gè)“通道”變干，水樹(shù)枝通道會(huì)變?yōu)殡姌?shù)枝。這些電樹(shù)枝發(fā)展得比水樹(shù)枝快得多，局部放電（PD）在幾個(gè)星期內(nèi)，電纜就會(huì)擊穿，其時(shí)間取決于負(fù)荷和電場(chǎng)強(qiáng)度。進(jìn)水造成電纜的絕緣整體老化以及電纜接頭的制作工藝不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)惹闆r所最終造成的電纜故障，在整個(gè)故障測(cè)試中難度非常最大。這類(lèi)故障波形采集時(shí)，所發(fā)射出來(lái)高壓脈沖，很容易被水氣所吸收并在各個(gè)電纜接頭中衰減，我們采用專(zhuān)門(mén)的穩(wěn)弧模塊將電纜故障點(diǎn)由于被擊穿產(chǎn)生的燃弧時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，保證故障波形能夠順利的被采集到。

3.結(jié)合GPS、路徑探測(cè)、測(cè)繪一體化

全球定位系統(tǒng)最早應(yīng)用在通信行業(yè)中，近年來(lái)發(fā)展?fàn)顟B(tài)非常迅猛，其應(yīng)用也延伸到各行各業(yè)，電力也不例外。

3.1對(duì)于地下電纜普查，傳統(tǒng)的方法往往采用路徑測(cè)試和測(cè)繪進(jìn)行外業(yè)工作。然后結(jié)合內(nèi)業(yè)工作最終成圖。這種操作模式同樣存在著許多弊端，多次工作標(biāo)識(shí)點(diǎn)被破壞導(dǎo)致重復(fù)作業(yè)，設(shè)備缺陷導(dǎo)致測(cè)繪不準(zhǔn)確。

3.2針對(duì)以上的弊端我們采用彩屏智能數(shù)字管線探測(cè)儀進(jìn)行管線定位，同時(shí)通過(guò)自主定制的通訊模塊與GPS結(jié)合進(jìn)行實(shí)時(shí)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)采集，達(dá)到內(nèi)外業(yè)數(shù)字一體化探測(cè)，數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)在外部GPS手持機(jī)中，免除人工記錄作業(yè)效率大大提高。之后可以將數(shù)據(jù)交于后臺(tái)進(jìn)行修正錄入到GIS系統(tǒng)或者直接通過(guò)免費(fèi)谷歌地圖來(lái)呈現(xiàn)。

3.3系統(tǒng)硬軟件平臺(tái)主要功能。①路徑探測(cè)測(cè)繪一體化。流程：首先確保有一臺(tái)可靠、精確、易操作、抗干擾性強(qiáng)的電纜路徑儀，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)尋電纜位置和具體走向的。其次是在查找電纜路徑的同時(shí)，通過(guò)通訊模塊將路徑儀與GPS高精度手持機(jī)（手機(jī)或者RTK等）同步連接，采集到經(jīng)緯度、高程數(shù)據(jù)，避免再次進(jìn)行路徑坐標(biāo)GPS定位的采集工作。能夠直接繪制出電纜路徑，達(dá)成高精度的繪制目標(biāo)，最終可建立起電纜數(shù)據(jù)路徑庫(kù)。②GIS信息庫(kù)實(shí)時(shí)更新。由于地理信息在實(shí)時(shí)變化，人類(lèi)的活動(dòng)也可能對(duì)電纜造成影響，我們?cè)O(shè)計(jì)出的電纜信息采集設(shè)備要與GIS信息庫(kù)實(shí)時(shí)聯(lián)通，經(jīng)常進(jìn)行路徑的修正，保證自動(dòng)繪制出的電纜路徑與實(shí)際狀況完全一致。

4.結(jié)語(yǔ)

總而言之，電纜的安全運(yùn)行是國(guó)家電力系統(tǒng)的基本要求之一，而綜合電纜故障定位儀器在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了電路路徑探測(cè)、GPS一體化、自動(dòng)生成繪制電纜敷設(shè)路徑，能夠?qū)Χ喾N電路故障進(jìn)行精準(zhǔn)定位，提高整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)作效率，保證電力的安全、持續(xù)的供電，滿(mǎn)足廣大人民的生活和工作需求。

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