供電系統(tǒng)電纜故障檢測方法研究

葉建新

寧夏石嘴山供電局，寧夏石嘴山 753000

電纜故障是指電纜在運行中因絕緣擊穿、導線燒斷等使電纜線路停止供電的事件。隨著國家加大對基礎能源設施的投資，電力、能源行業(yè)的發(fā)展，電力電纜廣泛運用在生產(chǎn)生活的各個領域。若電纜發(fā)生故障往往導致大面積停電和電纜燒毀，造成重大的經(jīng)濟損失。由于查找故障點比較困難，當電纜發(fā)生故障后如何快速準確的查找故障點，快速恢復供電，成為日前急需解決的問題。本文綜述了電纜故障的原因，類型及探測方法，列舉了電纜故障探測的傳統(tǒng)方法并分析了傳統(tǒng)方法的不足，并介紹電纜故障探測的新方法及其特點。

1 電纜故障原因

電纜故障的根本原因是絕緣降低而被擊穿。導致該現(xiàn)象的原因有很多，比如外力破壞、電纜運行問題、電纜本身質(zhì)量等?，F(xiàn)簡單介紹如下：

第一，外力破壞。在實際運行中顯示，外力破壞型電纜故障占整個電纜故障中的比例大于50%。在直埋電纜上搞土建施工會直接損壞電纜，造成短路跳閘，損傷不嚴重要一段時間才會導致受損部位徹底擊穿形成故障，形成安全隱患。

第二，電纜的施工質(zhì)量。例如電纜安裝時不規(guī)范施工，給機械損傷提供條件；電纜過淺埋設，導致電纜外露沒有保護；電纜溝內(nèi)雜物積水過多，環(huán)境復雜造成化學腐蝕等。

第三，電纜本身質(zhì)量。電纜接頭是電纜線路中最薄弱的環(huán)節(jié)，若在制作過程中施工不良則造成電纜故障。如電纜接頭在潮濕環(huán)境下制作，會使接頭混入水蒸氣，在電場作用下會逐漸降低絕緣強度而引發(fā)故障。

第四，電纜運行問題。長期的過負荷用電會造成電纜溫度過高，從而加速絕緣枯干老化以至被擊穿，造成電纜故障，嚴重情況下可能引起火災。

第五，電纜本體的正常老化或自然災害等其他原因。

2 電纜故障類型

電纜故障的主要類型分為低阻故障、高阻故障（包括泄露性高阻故障和閃絡性高阻故障）、斷線故障、三相短路故障等幾種類型。高阻故障在實際運行中經(jīng)常發(fā)生。通常用兆歐表搖測芯線間絕緣電阻或芯線對地絕緣電阻.根據(jù)其阻值判定故障類型。

3 電纜故障測尋方法

3.1 電纜故障測距的傳統(tǒng)方法

電橋法：包括電阻電橋法、電容電橋法、高壓電橋法。該方法簡單，是電力電纜的測距的經(jīng)典方法，使用較廣泛。但是測試方法誤差較大，需知電纜長度，且只適用于低阻及短路故障。

脈沖回波法：在電纜中注入低壓脈沖使其傳播，遇到故障點會反射回測量點，查得脈沖傳播速度，根據(jù)儀器記錄的發(fā)射和反射脈沖的時間差即可計算出故障發(fā)生點的距離。該方法利用低壓脈沖反射檢測線路故障，同樣針對低阻與斷路故障，比電橋法簡單直觀，但測距裝置的成本高，且不適用于高阻故障測距。

脈沖電壓法。又稱閃測法。將電纜故障在直流或脈沖高壓信號下?lián)舸鶕?jù)所記錄的放電脈沖往返測量點與故障點一次所需的時間來測距。該方法可用于測量高阻與閃絡故障，測量過程簡單，測試速度快。但該方法安全性差，與高壓回路有電耦合，易損傷機器，并造成人身安全威脅。其次接線復雜，需要串一個電阻或電感以產(chǎn)生電壓信號，故障點不易擊穿。最后，分壓器耦合的電壓波形對故障放電變化不敏銳，不易分辨。

脈沖電流法：該方法包括直閃法和沖閃法。其操作方法是將電纜故障點用高壓擊穿使之產(chǎn)生電流行波信號，使用儀器采集并記錄，根據(jù)電流行波信號在測量端與故障點往返一趟的時間來計算故障距離，最后用互感器將脈沖電流耦合出來，得到的波形簡單，精度較高，計算方便。脈沖電流法由于與高壓回路無直接電路連接，操作安全可靠。

3.2 電纜故障定點的傳統(tǒng)方法

目前常用的方法為聲磁同步法。該方法利用高壓設備擊穿電纜故障點使其放電，由接收器記錄，并用磁場信號對其同步，測試人員通過聽聲及分析聲音波形判斷故障點位置。該方法只可獲得較近的聲音信號，易受故障點環(huán)境因素的干擾，對操作人員的經(jīng)驗要求較高。除此之外，還有音頻法、時差定點法、感應定點法等。

4 電纜故障探測的新方法

4.1 電纜故障測距的新方法

跨步電壓法：由于電纜沿線的土壤中或地面會產(chǎn)生沿電纜走向依次遞減或遞增的“跨步”電壓脈沖，我們在電纜一端施加一個周期的脈沖信號，利用發(fā)光二極管束或指針式表頭指示該電壓脈沖的大小，即可沿電纜走向快速確定故障點的方向和精確確定故障點的位置。該法適合于低壓電纜接地故障或外護套接地故障，尤其是直埋電纜精確定點。相比傳統(tǒng)測距方法，該法具有如下優(yōu)點：1）可以準確確定故障點的方向，節(jié)省時間和資源；2）施加在故障電纜上的中壓脈沖不會對電纜造成損傷；3）測量設備操作簡單、使用方便直觀；4）定位精度高。

小波分析法：小波變換發(fā)展于20世紀80年代，它采用有效的數(shù)字信號處理方法，對不同信號進行干擾分析和抑制、提取信號故障特征參數(shù)，排除在使用脈沖法對電纜故障定位時各種電磁的干擾，實現(xiàn)故障的精確測距。小波變換可實現(xiàn)信噪分離，把混合信號分解成不相同頻率的信號并將其位置、波形和幅值直觀地反映在時域上。小波變換可快速準確地分析信號上奇異點，可用于尋找電纜故障定位中反射脈沖的起始點。小波分析法有較好的應用前景。

在線測距法：目前國外一些公司將GIS與電纜的運行管理故障測試結合起來, 在 GIS中輸入各電纜的信息，一旦出現(xiàn)故障，監(jiān)測系統(tǒng)會測出電纜的故障位置自動發(fā)射給 GPS 全球定位系統(tǒng)，用戶終端即可知道故障實際位置。

因果網(wǎng)：由于Internet的廣泛使用，我們可以建立智能監(jiān)測系統(tǒng)遠程操作、監(jiān)控電纜故障。

4.2 電纜故障定點的新方法

高頻感應法：利用高頻信號發(fā)生器向電纜輸入高頻電流產(chǎn)生高頻電磁波，沿電纜路徑在地面上用探頭接收電纜周圍高頻電磁場，電磁場信號處理后直接顯示在顯示器上，根據(jù)顯示出數(shù)值的大小直接判斷故障點位置。

GPS行波故障定位系統(tǒng)：全球定位系統(tǒng)GPS是近年發(fā)展起來的用于通信系統(tǒng)的新技術。在每個變電站安裝行波波頭記錄儀，與調(diào)度通信構成輸電網(wǎng)GPS行波測量網(wǎng)絡，利用高精度的GPS時鐘、專用行波波頭檢測傳感器及時刻高效存儲行波波頭方法測量故障行波波頭到達各個變電站的準確時刻，由調(diào)度進行故障定位。該方法精度較高，但是需要高新技術，且近距離故障、對發(fā)展性故障測量處理比較困難。

紅外熱象技術：紅外技術在武器裝備中特殊的地位使其迅速發(fā)展。該方法通過監(jiān)測電纜的線芯溫度判斷電纜故障位置。由于電纜過載后線芯的溫度急劇上升，用紅外熱象儀掃描電纜表面，拍攝表面溫度場分布圖象，處理得到溫度場的具體數(shù)值分布。

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