電纜故障快速定位系統(tǒng)的研究及綜合應(yīng)用

摘 要 本文簡(jiǎn)述了現(xiàn)行各種電纜故障定位技術(shù)的發(fā)展情況和正在研制的電纜故障快速定位系統(tǒng)所采用的最先進(jìn)八次脈沖測(cè)試技術(shù)。其次，對(duì)于正在研制的電纜故障快速定位系統(tǒng)主要組成部分的功能作了全面描述，并就一次現(xiàn)場(chǎng)電纜故障的成功應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)介紹。

關(guān)鍵詞 電纜故障快速定位系統(tǒng)；低壓脈沖測(cè)距法；二次脈沖測(cè)距法；多次脈沖法；聲磁同步定點(diǎn)儀；電纜故障快速定位系統(tǒng)的專家?guī)椭到y(tǒng)

中圖分類號(hào) TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-(2012)062-0140-03

電力的傳輸線路包括架空線路和電纜線路兩種。電纜傳輸方式具有地下敷設(shè)、不占地面空間，線間絕緣距離小、占地少，不受周圍環(huán)境污染的影響，送電可靠性高，利于城市美觀且安全可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，

為解決運(yùn)維中出現(xiàn)的困難，滿足電力供應(yīng)質(zhì)量的需求，促進(jìn)電力事業(yè)的發(fā)展，本文研制一種技術(shù)先進(jìn)、測(cè)試效率高的電纜故障快速定位系統(tǒng)。

1 電纜故障快速定位系統(tǒng)與傳統(tǒng)電纜故障測(cè)試方法的比較

在電纜發(fā)生故障時(shí)，檢測(cè)電纜故障的方法主要包括高壓電橋法、低壓脈沖測(cè)距法、沖擊高壓閃絡(luò)法、二次脈沖測(cè)距法等，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，下面對(duì)各方法進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1.1 高壓電橋法

高壓電橋法是通過(guò)測(cè)量和計(jì)算故障點(diǎn)到測(cè)量端的阻抗，然后根據(jù)線路參數(shù)，根據(jù)電橋平衡原理求解故障點(diǎn)方程，求得故障距離。早期在實(shí)際的電纜低阻故障測(cè)距中。對(duì)于高阻泄露故障，一般都是應(yīng)用高壓電橋法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

電橋法具有原理簡(jiǎn)單、測(cè)量精確度較高的優(yōu)點(diǎn)，但它的缺點(diǎn)是適用范圍小，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1）受故障電阻影響大。一般的高阻性故障和閃絡(luò)性故障由于故障電阻值大，電橋電流很小，受檢流計(jì)靈敏度限制，不易探測(cè)而使電橋法失效。2）電纜的準(zhǔn)確長(zhǎng)度必須已知，當(dāng)電纜線路內(nèi)由導(dǎo)體材料或截面不同的電纜組成時(shí)，需要進(jìn)行換算。3）電橋法無(wú)法用于檢測(cè)三相短路故障和斷路故障。

1.2 低壓脈沖測(cè)距法

低壓脈沖測(cè)距法又名波反射法，由傳輸線理論分析知，電纜中波阻抗發(fā)生變化的地方會(huì)有能量反射（反射波）。脈沖測(cè)距法的基本原理是根據(jù)發(fā)送脈沖和回波脈沖之間的時(shí)間差和電纜中波速計(jì)算出實(shí)際故障距離。計(jì)算公式為：

（1）

式中：v——波速；

t——發(fā)送與回波間的時(shí)間差值。

通過(guò)故障測(cè)試波形可直觀地判斷電纜故障是短路還是開(kāi)路故障性質(zhì)。

1.3 沖擊高壓閃絡(luò)電流取樣法

此法是可靠對(duì)付電纜的各種常見(jiàn)故障現(xiàn)象的一種適應(yīng)性非常強(qiáng)的故障測(cè)尋手段。

基本原理是在故障電纜的始端施加一個(gè)沖擊高壓，將故障點(diǎn)電弧擊穿，故障點(diǎn)產(chǎn)生突變的階躍電壓，此突變電壓在故障點(diǎn)和測(cè)試端來(lái)回反射，只要根據(jù)此信號(hào)往返一次的時(shí)間差和本電纜的波速就能計(jì)算出故障點(diǎn)距測(cè)試端的距離來(lái)。

測(cè)試波形的取得是利用電磁感應(yīng)原理，電流互感器放在電纜與儲(chǔ)能電容接地線旁，以便獲得電纜中的電波電流反射信號(hào)。沖擊高壓閃絡(luò)電流取樣法的電原理線路如1所示。

1.4 二次脈沖測(cè)距法

由于電流取樣法的測(cè)試波形較為復(fù)雜，不同類型、不同長(zhǎng)度、不同故障距離、不同的沖擊高壓所得的波形千變?nèi)f化，與標(biāo)準(zhǔn)波形相差甚遠(yuǎn)，不易掌握波形變化規(guī)律，致使發(fā)生誤判。二次脈沖測(cè)距法利用沖擊高壓在故障點(diǎn)產(chǎn)生的短路電弧時(shí)的低壓脈沖測(cè)試法實(shí)現(xiàn)電纜故障回波呈短路故障波形進(jìn)行預(yù)定位而有效克服了這一缺點(diǎn)。這是電纜故障測(cè)試技術(shù)的一次質(zhì)的飛躍。

二次脈沖測(cè)距法的基本原理是結(jié)合高壓發(fā)生器發(fā)射沖擊閃絡(luò)技術(shù)，沖擊高壓產(chǎn)生后故障點(diǎn)電弧短路瞬間發(fā)射一低壓測(cè)試脈沖，在故障點(diǎn)發(fā)生短路反射，形成低壓脈沖典型短路故障波形，并存儲(chǔ)在儀器中。待電弧熄滅，再發(fā)送一個(gè)低壓脈沖獲得電纜的開(kāi)路全長(zhǎng)波形。將兩次測(cè)得的波形同時(shí)顯示在屏幕上。開(kāi)路全長(zhǎng)波形與發(fā)射脈沖同極性，故障反射波形的極性與發(fā)射脈沖極性相反，且一定在全長(zhǎng)距離以內(nèi)。

采用二次脈沖測(cè)距法的電纜故障測(cè)試系統(tǒng)接線圖如2所示。

二次脈沖測(cè)距法的典型測(cè)試波形如3所示。

由圖3可知，二次脈沖測(cè)距法的先進(jìn)之處，在于將沖擊高壓閃絡(luò)法中的復(fù)雜波形變成極其簡(jiǎn)單最易掌握的低壓脈沖測(cè)距法短路故障測(cè)試波形，回波拐點(diǎn)易于識(shí)別，便于用戶快速準(zhǔn)確測(cè)得故障距離。

2 八次脈沖測(cè)距法

多次脈沖法（八次脈沖測(cè)距法）是在二次脈沖測(cè)距法采樣技術(shù)的一次飛躍。其波形完全和二次脈沖測(cè)距法的波形一樣，在屏幕上按時(shí)序排列記錄下八組波形?？梢詮膹倪@八組故障波形中任意選擇一組故障反射波形進(jìn)行分析。利用分析低壓脈沖測(cè)距法的短路故障波形的方法就能方便地讀出故障距離，而且不會(huì)誤判錯(cuò)判。八次脈沖測(cè)距法（多次脈沖法）是目前國(guó)際公認(rèn)的最好的電纜故障測(cè)試方法。

采用八次脈沖測(cè)距法的電纜故障測(cè)試系統(tǒng)全套儀器包括可以產(chǎn)生單次沖擊高壓的“一體化高壓發(fā)生器”、“八次脈沖產(chǎn)生器”、“八次脈沖自動(dòng)觸發(fā)裝置”和測(cè)試波形分析處理軟件的“八次脈沖電纜故障測(cè)試儀”。圖4是典型的八次脈沖測(cè)距法測(cè)試波形。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中，可以將測(cè)試波形按圖4方框選中的波形進(jìn)行展寬，如5所示。

為了精確判斷故障距離而將上下兩波形重疊，如圖6所示，觀察兩波形的離散點(diǎn)，以便用游標(biāo)卡在發(fā)射脈沖前沿拐點(diǎn)和離散分叉點(diǎn)，并顯示出故障距離數(shù)值。

不同的沖擊高壓、不同的電纜長(zhǎng)度、不同的電纜故障距離、余弦大振蕩的周期和持續(xù)時(shí)間差異非常大，單純的二次脈沖測(cè)距法所采集的波形往往因發(fā)送遲延時(shí)間不夠而受到余弦大振蕩的干擾，導(dǎo)致波形較亂、分析困難，只有靠調(diào)整測(cè)試脈沖的延遲發(fā)射時(shí)間或采用中壓延弧裝置來(lái)保障，無(wú)形中增加了操作難度和設(shè)備重量及成本。

由于八次脈沖測(cè)距法測(cè)試電纜故障時(shí)，從軟件設(shè)計(jì)上已經(jīng)考慮到預(yù)先將第一個(gè)發(fā)射脈沖進(jìn)行了足夠的延時(shí)，一般情況下第一個(gè)故障回波已經(jīng)避開(kāi)了電纜固有的余弦大振蕩，以后的七個(gè)故障測(cè)試脈沖完全是平直的。所以，采用八次脈沖測(cè)距法測(cè)試電纜故障使發(fā)送的低壓測(cè)試脈沖有效避開(kāi)故障電纜在沖擊高壓作用的瞬間出現(xiàn)的余弦大振蕩干擾，在故障點(diǎn)短路電弧相對(duì)平穩(wěn)期間得到標(biāo)準(zhǔn)清晰的類似短路故障的回波，并有較多的理想測(cè)試波形選擇余地，從而大大簡(jiǎn)化了測(cè)試手續(xù)。

3 電纜故障快速定位系統(tǒng)中的其它配套設(shè)備

3.1 聲磁同步電纜故障定位儀

為解決復(fù)雜環(huán)境下電纜故障點(diǎn)快速精確定位這一難題，本文提出利用聲磁同步電纜故障定位儀進(jìn)行精確電纜故障點(diǎn)定位，基本原理是利用定點(diǎn)儀接收機(jī)在故障點(diǎn)接收到的沖擊高壓作用下的地震波與同時(shí)接受到的空間傳來(lái)的沖擊高壓電磁波之間的時(shí)間差來(lái)進(jìn)行精確定位。

3.2 路徑信號(hào)產(chǎn)生器

路徑信號(hào)產(chǎn)生器用以配合聲磁同步電纜故障定位儀的路徑探測(cè)接收機(jī)，可靠探測(cè)各類埋地電纜的埋設(shè)路徑及埋設(shè)深度。

由于采用了幅度調(diào)制技術(shù)，不僅適用于傳統(tǒng)的差拍式接收機(jī)，也適用于直放式倍壓檢波路徑接收機(jī)，其大于60瓦的大功率輸出信號(hào)可以使所探測(cè)的路徑距離達(dá)10 Km以上。而且斷續(xù)的幅度調(diào)制15KHz正弦信號(hào)，在探測(cè)埋地電纜的路徑走向及埋設(shè)深度時(shí)，有效地抑制工頻干擾，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)效率。

4 電纜故障快速定位系統(tǒng)的專家?guī)椭到y(tǒng)

此系統(tǒng)含兩部分：一是遠(yuǎn)程專家操控系統(tǒng)，一是隨機(jī)專家?guī)椭治鱿到y(tǒng)。

遠(yuǎn)程專家超控系統(tǒng)支持最新開(kāi)通的3G通信終端或無(wú)線上網(wǎng)卡，專用3G通信軟件可實(shí)現(xiàn)專家遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)試技術(shù)服務(wù)。由產(chǎn)品公司的專家遠(yuǎn)程操控用戶主機(jī)，給用戶現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試提供及時(shí)、準(zhǔn)確波形分析和交流指導(dǎo)。

為了完成和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程專家操控，每一臺(tái)電纜故障測(cè)試儀都提供了一個(gè)專用號(hào)碼的無(wú)線上網(wǎng)卡。用戶在現(xiàn)場(chǎng)用該卡通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)與公司的遠(yuǎn)程操控中心取得聯(lián)系后，輸入相應(yīng)密碼雙方溝通即可實(shí)現(xiàn)異地操控現(xiàn)場(chǎng)的電纜故障測(cè)試儀，及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的方法步驟、采樣波形進(jìn)行分析和處理。

在確有困難的情況下再借助遠(yuǎn)程專家操控系統(tǒng)，通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)使用無(wú)線上網(wǎng)卡與公司的遠(yuǎn)程操控中心取得聯(lián)系，由公司的工程技術(shù)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的電纜故障測(cè)試儀進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作，給用戶現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試提供及時(shí)、準(zhǔn)確波形分析和交流指導(dǎo)。

5 結(jié)束語(yǔ)

電纜故障快速定位系統(tǒng)由于具備有世界先進(jìn)水平的八次脈沖電纜故障定位儀、波形顯示的聲磁同步定點(diǎn)儀和超輕型的大功率沖擊高壓發(fā)生器等配套設(shè)備，使該系統(tǒng)確實(shí)成為目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的電纜故障快速定位系統(tǒng)。較之電纜故障測(cè)試車和國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的其它電纜故障測(cè)試設(shè)備，具有更為機(jī)動(dòng)方便，效率更高的電纜故障快速定位系統(tǒng)。

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作者簡(jiǎn)介

黃曙（1979—），男，碩士，廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)及自動(dòng)化的研究及技術(shù)管理工作；談樹(shù)峰（1985-），男，碩士，助理工程師，廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，從事電力系統(tǒng)及自動(dòng)化研究工作。

張棟國(guó)（1942—），男，高級(jí)工程師，西安電子科技大學(xué)理學(xué)院。研究方向?yàn)槲⒉ā⒋髿怆姴▊鞑ヌ匦匝芯考半娏﹄娎|故障測(cè)試方法與設(shè)備的

研究。

樊永山（1953—），男，高級(jí)工程師，西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院。研究方向?yàn)槲⒉夹g(shù)與通信的研究。