10kV配電系統(tǒng)中電纜故障的測定方法和故障選線研究

林韶文

摘 要：電力電纜廣泛應(yīng)用于10 kV配電系統(tǒng)中，受直接接入用戶端、多敷設(shè)于地下、運(yùn)行環(huán)境較為惡劣等因素影響，10 kV配電系統(tǒng)中，電力電纜的故障幾率較高。為了提升配電網(wǎng)自動化水平，研究10 kV配電系統(tǒng)中電纜故障發(fā)生的原因和類型，進(jìn)行電纜故障的測定方法和故障選線方法研究，有利于降低電纜故障率，提升電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平。

關(guān)鍵詞：10 kV配電系統(tǒng)；電纜故障；測定方法；故障選線

中圖分類號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）18-0083-02

隨著我國建設(shè)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略推進(jìn)，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對10 kV配電系統(tǒng)的升級改造不斷增多，電纜線路因其供電可靠、安全、占地少等優(yōu)點(diǎn)，逐漸代替架空線路成為中低壓配電網(wǎng)輸送電能的主要形式。然而，由于電纜一般敷設(shè)于地下，給電纜故障時的測定和故障選線帶來難度，使得10 kV配電系統(tǒng)的電纜故障檢測方法成為研究熱點(diǎn)。

1 10 kV配電系統(tǒng)的電纜故障

10 kV配電系統(tǒng)由于直接接入用戶端，所以配電網(wǎng)絡(luò)的安全可靠運(yùn)行與用戶用電質(zhì)量有著密切聯(lián)系。10 kV電纜由于多埋設(shè)于地下，一旦不能及時排除，可能給用戶帶來較大的停電損失。

所以，了解10 kV配電系統(tǒng)電纜故障的發(fā)生原因，熟悉10 kV配電系統(tǒng)常見故障的排除方法，探索其故障測定和選線的新技術(shù)，對10 kV配電系統(tǒng)運(yùn)行水平的提高具有重要意義。

1.1 10 kV配電系統(tǒng)電纜故障的產(chǎn)生

10 kV配電系統(tǒng)電纜故障的發(fā)生多由外力引起，大致可以分為以下幾個方面：

①機(jī)械損傷。機(jī)械損傷是導(dǎo)致電纜故障的最常見原因，外界施工、安裝不慎、車輛碾壓、土地沉降等，都有可能導(dǎo)致電纜的硬性損傷，從而引起電纜故障。

②絕緣受損。絕緣受損的原因是多方面的，可能是電纜密封不嚴(yán)導(dǎo)致受潮，或是包裝工藝不佳，金屬外套在施工時輕微受損，電纜敷設(shè)進(jìn)入地下后，受到各類環(huán)境因素影響，日久天長絕緣老化，導(dǎo)致電纜腐蝕，最終發(fā)展成為故障。

③天氣原因。例如雷擊過電壓導(dǎo)致的電纜絕緣擊穿，雨雪天氣導(dǎo)致的電纜腐蝕，特殊化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致的電纜腐蝕等。

④制造缺陷。電纜線路質(zhì)量監(jiān)管不嚴(yán)，導(dǎo)致劣質(zhì)電纜線路在工程中應(yīng)用，加之后期的維護(hù)和管理不當(dāng)，導(dǎo)致電纜故障。

1.2 10 kV配電系統(tǒng)電纜故障的常見故障類型

對10 kV以上的高壓電纜，電纜故障以高阻故障較多，而對10 kV配電系統(tǒng)的電纜故障，常見故障類型為開路故障、低阻故障、高阻故障四種。

①開路故障。發(fā)生開路故障時，電纜相間或相對地的絕緣電阻為正無窮，此時，工作電壓已經(jīng)不能傳送到終端，電纜的負(fù)載能力很低，斷路故障就是典型的開路故障。

②低阻故障。低阻故障是指電纜的相間絕緣或相對地絕緣破壞，此時測量到的阻抗低于10Z0（Z0為電纜的波阻抗，一般在10～40Ω左右）。當(dāng)測量到的電阻為0時，就是短路故障。

③高阻故障。高阻故障時，測量到的阻抗大于10Z0，高阻故障又可以分為泄露性高阻故障和閃絡(luò)性高阻故障兩種。其中，泄露性高阻故障表現(xiàn)為隨試驗(yàn)電壓升高而泄露電流增大，而閃絡(luò)性高阻故障多發(fā)生在耐壓試驗(yàn)時，出現(xiàn)擊穿，此時泄露電流突然增大。

2 10 kV配電系統(tǒng)電纜故障的選線和測距方法

發(fā)生電纜故障時，一般的故障測定方法為：先使用阻抗測量工具（兆歐表或萬用表）測量相間和相對地的絕緣電阻，根據(jù)絕緣電阻來定位故障性質(zhì)；再進(jìn)行故障測距檢測，初步定位故障點(diǎn)；最后進(jìn)行故障點(diǎn)的精確定位，并對故障進(jìn)行處理。

2.1 10 kV配電系統(tǒng)電纜故障的選線方法研究

10 kV配電系統(tǒng)通常有多條出線，且多為非直接接地系統(tǒng)，常用的電纜故障選線方法主要有：

①穩(wěn)態(tài)分量法。穩(wěn)態(tài)分量法是指利用故障電流中的穩(wěn)態(tài)分量來進(jìn)行故障的選線判別，零序電流是最常用的穩(wěn)態(tài)分量，故障線路中的零序電流幅值明顯大于非故障線路，且零序電流的方向也與非故障線路相反。此外，零序電流的有功分量也大于非故障線路，所以，幅值、方向和有功分量可以共同使用，用來進(jìn)行簡單的故障選線。

②諧波分量法。發(fā)生故障時，受線路的非線性元件影響，系統(tǒng)中會產(chǎn)生以5次諧波為主的諧波分量，所以，故障線路的5次諧波較為豐富，大于非故障線路，且方向與非故障線路相反。

③暫態(tài)分量法。利用線路故障時暫態(tài)分量較大的特點(diǎn)，提取故障線路中的暫態(tài)分量，可以結(jié)合暫態(tài)分量的幅值、方向來進(jìn)行故障選線。其中，PRONY算法是最常用于計算高頻分量和直流分量的方法。

此外，隨著計算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，利用信號注入、Bayes理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)選線等技術(shù)進(jìn)行故障選線也獲得了應(yīng)用，但尚未普及。

2.2 10 kV配電系統(tǒng)電纜故障的故障測定方法研究

2.2.1 阻抗法

電纜故障的測定方法與架空線路類似，阻抗法主要是以線路的集中參數(shù)為基礎(chǔ)，計算測量地與故障點(diǎn)之間的阻抗，通過解故障測距方程來進(jìn)行故障點(diǎn)定位。其中，電橋法是最常用的以阻抗為原理的測量方法。圖1為電橋法進(jìn)行故障測定的原理圖。

如上圖1所示，X為故障點(diǎn)的距離，R為電纜線路實(shí)際長度，R1為電橋的固定臂讀數(shù)，R2為電橋可變臂讀數(shù)。

根據(jù)惠斯登電橋原理，構(gòu)建雙臂電橋，使電橋的兩臂分別為故障相和非故障相，電橋平衡后，計算出故障點(diǎn)距離為：

電橋法的優(yōu)點(diǎn)是簡單、易計算，且精確度較高，因而普遍適用于低阻故障的測定中，但電橋法不能反映高阻故障和閃絡(luò)性故障，也不能反映三相短路故障。另外，電橋法需要掌握包括電纜長度在內(nèi)的準(zhǔn)確資料，目前在現(xiàn)場中的應(yīng)用日漸減少。

2.2.2 行波法

行波測距已經(jīng)廣泛應(yīng)用于包括架空線路和電纜線路的故障測距中，它根據(jù)行波理論，測量行波從測定點(diǎn)到故障點(diǎn)的時間，來確定故障的位置。行波測距根據(jù)實(shí)際計算的不同，又可以分為A、B、C三型。

A型故障測距是計算行波從測量點(diǎn)到故障點(diǎn)之間往返一次的時間，來定位故障點(diǎn)。A型故障測距又可以分為脈沖電壓法和脈沖電流法兩種。其中，脈沖電壓法是測定放電脈沖從測量點(diǎn)到故障點(diǎn)往返一次的時間，適用于高阻故障和閃絡(luò)故障。脈沖電流法是使用線性電流耦合器測量電流脈沖信號，實(shí)現(xiàn)了測試設(shè)備與電路的電耦合。

B型測距是計算故障時第一個行波的波頭信號從測量點(diǎn)到故障點(diǎn)之間往返一次的時間，來定位故障點(diǎn)。C型測距則借助了脈沖發(fā)射裝置，通過測量發(fā)射的高頻脈沖從測量點(diǎn)到故障點(diǎn)之間往返一次的時間來進(jìn)行故障點(diǎn)定位。C型測距可以分為低壓脈沖反射法和二次脈沖法兩種，在此不再贅述。

2.2.3 測聲法

測聲法也是一種常用的10 kV配電系統(tǒng)電纜故障的故障點(diǎn)查找方法，主要用來配合其它方法來進(jìn)行故障點(diǎn)的精確定位。測聲法主要依靠直流耐壓試驗(yàn)機(jī)根據(jù)電纜放電的聲音來查找故障，將專門的側(cè)聲工具貼著地下敷設(shè)電纜的走向緩慢移動，當(dāng)放電的“滋滋”聲最大時，確認(rèn)為故障點(diǎn)。

此外，近年來還涌現(xiàn)出了不少進(jìn)行電纜故障測定和故障測距的新方法，主要有：卡爾曼濾波技術(shù)、模式識別技術(shù)、概率和統(tǒng)計決策、模糊理論和光纖測距、模擬退火算法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，也都取得了一定的進(jìn)展。

3 結(jié) 語

10 kV配電系統(tǒng)電纜的故障一般較難排除，因電纜故障帶來的停電損失往往給人民生產(chǎn)生活帶來較大影響。對電纜測定方法與故障選線的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，有利于配電網(wǎng)供電可靠性和自動化水平的提高。

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