探討探測技術(shù)在電力電纜故障中的應(yīng)用分析

鮑鵬飛，姚寒冰，江定宇，魏恩偉

（1.深圳供電局有限公司，深圳 518001；2.深圳市康拓普信息技術(shù)有限公司，深圳 518034）

目前，電力電纜已經(jīng)廣泛應(yīng)用到電力系統(tǒng)中。隨著電力電纜的大幅度應(yīng)用，電力電纜故障呈現(xiàn)出頻繁的現(xiàn)象。故障的存在導(dǎo)致企業(yè)在經(jīng)營發(fā)展期間，可能會(huì)因電力電纜故障的影響，而受到限制。針對當(dāng)前存在的電力電纜故障，快速、及時(shí)的發(fā)現(xiàn)電纜故障點(diǎn)，并對故障進(jìn)行及時(shí)的維修是尤為重要的。因此，目前，越來越多的企業(yè)在增加用電量的同時(shí)，將先進(jìn)的探測技術(shù)應(yīng)用到電力故障中。從某種角度而言，探測技術(shù)在電力電纜故障中的應(yīng)用，不僅能夠有效實(shí)現(xiàn)對故障的探查，同時(shí)也能夠?yàn)榻鉀Q故障的措施提供科學(xué)依據(jù)。因此，本文分析電力電纜故障中的探測技術(shù)，是具有實(shí)踐性應(yīng)用價(jià)值的。

1 電力電纜故障種類分析

1.1 開路故障分析

在城市進(jìn)程加快的的趨勢下，電力電纜的故障頻發(fā)[1]。為了有效解決電力電纜故障問題，明確當(dāng)前常見的電力電纜故障種類是極為重要的。首先，開路故障是電力電纜常見的故障之一。如圖1所示為開電力電纜故障示意圖。根據(jù)圖1中相關(guān)信息顯示，電纜相間或是相對地絕緣電阻，在應(yīng)用時(shí)達(dá)到了相應(yīng)規(guī)定的范圍值，其工作電壓將無法快速、及時(shí)的傳輸?shù)浇K端。此種現(xiàn)象，雖然終端有一定對電壓，但是其電壓的負(fù)載能力相對較差。根據(jù)圖中的顯示，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)A與A點(diǎn)之間存在電阻時(shí)，且電阻Rk為∞時(shí)，則表明其屬于斷線故障。換句話而言，其也屬于電力電纜開路故障的表現(xiàn)。

圖1 電力電纜故障示意圖

1.2 低阻、高阻及閃絡(luò)性故障分析

在分析電力電纜故障時(shí)，不僅包括開路故障，同時(shí)也包括低阻、高阻及閃絡(luò)性故障[2]。在低阻故障中，其主要從電纜相間或是相對地絕緣受到相應(yīng)的破損，其絕緣電阻相對較小，且能夠采用低壓脈沖探測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對此類把故障的測量和改善。此種故障被稱之為低阻故障。同樣如圖1所示，當(dāng)B與B點(diǎn)之間存在電阻時(shí)，其電阻Rg為0時(shí)，則表明其屬于短路故障。換句話而言，其也屬于電力電纜低阻故障的表現(xiàn)。在高阻故障中，其主要從電纜相間或是相對地絕緣受到相應(yīng)的破損，其絕緣電阻相對較大，無法用低壓脈沖技術(shù)實(shí)現(xiàn)對此類故障的測量。從某種角度而言，高阻是相對于低阻而言的，通常包括高閃絡(luò)性高阻故障和泄漏性高阻故障。通常情況下，低阻故障與高阻故障在區(qū)分方面，其界限多是從電纜本身阻抗的10倍左右。閃絡(luò)性電纜故障，其電阻相對較高，在給故障電纜施加電壓，使其電壓達(dá)到相應(yīng)臨界數(shù)值時(shí)，其故障點(diǎn)會(huì)呈現(xiàn)出就閃絡(luò)擊穿的現(xiàn)象。

2 電力電纜故障中探測技術(shù)的應(yīng)用探討

2.1 沖擊放電法的應(yīng)用

在電力電纜故障中，采用先進(jìn)的探測技術(shù)，對于電力電纜故障的檢測和清除，是十分重要的。目前，沖擊放電探測方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到電力電纜故障中。通過對該技術(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)其具有實(shí)用性價(jià)值。沖擊放電法在電力電纜故障中的應(yīng)用，通常是對具體的某一條電纜進(jìn)行探測，對電纜的高阻接地或是短路故障，進(jìn)行綜合的探查效果作為顯著。一般來說，該探測技術(shù)在應(yīng)用中多選用電壓相同的高壓脈沖設(shè)備，通過對電纜故障點(diǎn)的沖擊，使故障點(diǎn)在電力的作用下被擊穿且放電，放電期間所產(chǎn)生的機(jī)械性振動(dòng)，會(huì)傳到地面。相關(guān)的操作人員會(huì)聽到錘擊聲音，通過對錘擊聲音的尋找，能夠及時(shí)、迅速的判斷出電力電纜故障點(diǎn)的具體位置和情況。該技術(shù)由于操作簡單、方便快捷，在電力電纜故障中得到了普遍的應(yīng)用[3]。但是，該探測技術(shù)在電力電纜故障中加以應(yīng)用，也需要注意放電問題。探測時(shí)應(yīng)多次放電，以避免多次的反復(fù)沖擊放電，導(dǎo)致絕緣較好的電纜被電壞。因此，在將沖擊放電法應(yīng)用于電纜故障中時(shí)，需要加強(qiáng)對放電的關(guān)注。

2.2 脈沖電壓法的應(yīng)用

脈沖電壓法是電力電纜故障探測技術(shù)中，屬于重要的探測技術(shù)方法[4]。該探測技術(shù)發(fā)展于上世紀(jì)七十年代。在電力電纜故障探測中，多被應(yīng)用于高阻和閃絡(luò)故障的探測和檢查。通過對脈沖電壓法的分析，明確在使用該技術(shù)方法時(shí)，通常是將電纜故障安波路在直流電或是脈沖高壓信號(hào)下，對其實(shí)施放電擊穿，隨后對放電脈沖在故障點(diǎn)與測量點(diǎn)之間的距離進(jìn)行觀察和測量，對所觀察和測量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的記錄。根據(jù)高阻電力電纜的故障類型，可以將脈沖電壓法分為沖擊高壓閃絡(luò)探測法和直流高壓閃絡(luò)探測法。上述兩種方法，在電力電纜故障中主要是針對高閃絡(luò)性高阻故障和泄漏性高阻故障而言的。脈沖電壓法在電力電纜故障中的應(yīng)用，最突出電壓優(yōu)點(diǎn)是在采用放電擊穿時(shí)，不會(huì)將閃絡(luò)性故障和高阻性故障擊穿。而是在放電期間，可以通過對故障擊穿瞬間產(chǎn)生的脈沖信號(hào)，進(jìn)行直接性利用，從而達(dá)到故障探測的目的。此種探測技術(shù)在應(yīng)用中，具有探測流程簡化、探測速度快等優(yōu)勢，是電纜故障探測技術(shù)的重要組成部分。

2.3 低壓脈沖反射法的應(yīng)用

抵押脈沖反射法是電力電纜他故障探測技術(shù)中的關(guān)鍵性探測技術(shù)之一[5]。通過對抵押脈沖法的分析，明確在應(yīng)用該方法時(shí)，主要是分析電纜的實(shí)際結(jié)構(gòu)，并在該結(jié)構(gòu)上對所產(chǎn)生的脈沖與發(fā)社會(huì)脈沖時(shí)間差進(jìn)行改變，并將改變后的時(shí)間差完整的記錄下來，將其與特性的圖形相比較，從而掌握電力電纜的具體故障，為故障的探測通過科學(xué)依據(jù)。如圖2所示為低壓脈沖反射法的原理示意圖，根據(jù)圖中相關(guān)信息能夠了解到，低壓脈沖反射法在測試時(shí)，根據(jù)電纜的故障情況向被探測的電纜中輸入相應(yīng)的低壓脈沖，該脈沖應(yīng)順著電纜傳播的方向，阻抗不匹配點(diǎn)，比如短路電纜點(diǎn)和斷路電纜點(diǎn)等。脈沖電壓在發(fā)生反射時(shí)，又將會(huì)被送回到原測量點(diǎn)部位，并由相應(yīng)的探測儀器將探測結(jié)果記錄下來。如圖2顯示，將波形上發(fā)射與反射的脈沖時(shí)間差，設(shè)置為△t，主要體現(xiàn)為脈沖在測量點(diǎn)與阻抗不配點(diǎn)的時(shí)間。脈沖在電纜中的波速記錄為V，其阻抗不匹配點(diǎn)的距離為：L=V*△t/2。從某種角度而言，低壓脈沖反射法在電力電纜故障中的應(yīng)用，是對低阻故障、斷路故障和短路故障中，最具有效果的探測技術(shù)方法。

圖2 低壓脈沖反射法的原理示意圖

2.4 音頻感應(yīng)法的應(yīng)用

在電力電纜故障探測中，音頻感應(yīng)法也是重要的探測技術(shù)[6]。通常情況下，在電力電纜發(fā)生短路接地的故障時(shí)，其所發(fā)生的電阻低于10Ω的低阻故障現(xiàn)象較為普遍。在低阻故障發(fā)生期間，受諸多因素的影響，其故障點(diǎn)所表現(xiàn)的放電聲音相對較小，采用沖擊放電法或是低壓脈沖反射法，無法有效的對故障點(diǎn)進(jìn)行有效和精準(zhǔn)的判斷。尤其是在金屬性連接的電纜短路接地，更不會(huì)出現(xiàn)一點(diǎn)放電聲音，可能因無法判斷故障點(diǎn)而影響電纜的使用。在此種情況下，通常會(huì)采用音頻感應(yīng)法實(shí)現(xiàn)對電力電纜故障的有效探測。通過對音頻感應(yīng)法的分析，明確其通常是對兩相短路并接地，或是三相短路并接地的方式進(jìn)行探測。在探測期間，主要借助1kHz的音頻信號(hào)，根據(jù)電纜的情況，將音頻電流有效的輸入到被測電纜的短路線芯中。如圖3所示為音頻感應(yīng)法探測短路故障示意圖。由此，使被測電纜線芯的周圍能夠產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，在地面上平行放置接收線圈，實(shí)現(xiàn)對電纜信號(hào)的接收，在接收信號(hào)后直接將其送入到接收機(jī)并放大。同時(shí)，地面上的磁場通常是在兩個(gè)通電導(dǎo)體的作用下，產(chǎn)生相應(yīng)的電流，隨著電力路的扭轉(zhuǎn)而不斷變化。接收線圈沿著電纜的路徑走向進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，會(huì)聽到有規(guī)則的電路聲響，接收線圈距離故障點(diǎn)越近，所聽到的聲響就會(huì)越大。由此可以證明，根據(jù)聲響的強(qiáng)弱變化可以有效識(shí)別電纜故障點(diǎn)。

圖3 音頻感應(yīng)法探測短路故障示意圖

3 不同探測技術(shù)在電力電纜故障中應(yīng)用的注意事項(xiàng)

近年來，在科學(xué)技術(shù)日益更新的社會(huì)中，各種電力電纜故障探測技術(shù)都得到創(chuàng)新性發(fā)展。與此同時(shí)，多種關(guān)電纜故障探測技術(shù)被廣泛應(yīng)用到電力電纜故障檢測中[7]。多樣的探測技術(shù)包括沖擊放電法、脈沖電壓法、低壓脈沖反射法、音頻感應(yīng)法等，不同的探測技術(shù)方法在應(yīng)用中，其特點(diǎn)、需要的時(shí)間和應(yīng)注意的事項(xiàng)不盡相同。因此，將探測技術(shù)應(yīng)用于電力電纜故障中，應(yīng)根據(jù)企業(yè)電力電纜故障的實(shí)際情況，選擇合理的故障測試設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對各種探測技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用。通常來說，在電力電纜故障中采用探測技術(shù)時(shí)，會(huì)在不同程度上存在誤差。因此，為了減少工作量和誤差，提高探測結(jié)果的準(zhǔn)確性，可以根據(jù)電力電纜故障的實(shí)際情況，選擇合理的探測技術(shù)。一般情況下，可以利用聲測定位法、脈沖信號(hào)法，實(shí)現(xiàn)對電纜故障中信號(hào)的有效接收，通過對其信號(hào)的接收和分析，實(shí)現(xiàn)對故障的探測[8]。在聲測法中，是借助高壓設(shè)備對電纜故障點(diǎn)進(jìn)行擊穿放電。在采用不同的探測技術(shù)時(shí)，應(yīng)首先掌握各種技術(shù)的應(yīng)用方法，明確其在應(yīng)用中存在的差異性和注意的事項(xiàng)。由此，結(jié)合電力電纜故障信息系統(tǒng)，有效實(shí)現(xiàn)對電纜故障點(diǎn)的定位和檢測，提高故障點(diǎn)的檢測水平。

4 結(jié)束語

信息化時(shí)代下，無論是個(gè)人還是單位，都在一定程度上增加了對電力能源的需求。在此發(fā)展形勢下，因大幅度用點(diǎn)導(dǎo)致電力電纜出現(xiàn)故障，也逐漸成為普遍的趨勢。為了能夠有效提高店里能源的使用效率，采用先進(jìn)的探測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對電力電纜故障的探測，提出具體解決故障的對策十分重要。針對當(dāng)前電力電纜故障現(xiàn)狀，本文在研究中主要從沖擊放電法、脈沖電壓法、低壓脈沖反射法、音頻感應(yīng)法等方面，展開對電力電纜故障中探測技術(shù)的應(yīng)用研究。希望在本次關(guān)于電力電纜故障和探測技術(shù)的探究下，能夠?yàn)槿蘸筇嵘綔y技術(shù)在電力電纜故障中的應(yīng)用水平，提供寶貴的建議。

[1] 王軍，周偉民，段發(fā)強(qiáng)，等.電力電纜故障分析及探測技術(shù)研究[J].智富時(shí)代，2015，02（5X）：167-168.

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[6] 張繼偉.配網(wǎng)電力電纜故障分析及探測[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017，02（6）：221-221.

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[8] 廖濤，蘇小波，劉翠云等.電力電纜故障原因分析及探測方法探討[J].河南電力技術(shù)，2015，03（1）：19-20.