電力電纜故障定位裝置研制

【摘 要】本文針對(duì)低壓電力電纜領(lǐng)域，探討其故障定位查找的新方法，采用正弦波頻率調(diào)制編碼、直接數(shù)字頻率合成等技術(shù)產(chǎn)生特征識(shí)別信息，故障測(cè)距和沿線手持定位器定位，實(shí)現(xiàn)了電纜故障的零誤差定位。

【關(guān)鍵詞】低壓電力電纜 故障定位 故障測(cè)距 手持定位器

1、引言

隨著社會(huì)的發(fā)展，電纜的維護(hù)變得越來(lái)越重要。電纜無(wú)論采取何種結(jié)構(gòu)形式，都處于自然環(huán)境之中，由于受氣候、周?chē)h(huán)境、外力影響以及逐年腐蝕、老化等原因，線路特性會(huì)發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)斷線、接地等故障，使線路中斷，給人們的日常工作、生活帶來(lái)不便，保障電纜線路的安全運(yùn)行是系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求，這就要求對(duì)于電纜故障及時(shí)進(jìn)行處理，但電纜線路的故障檢測(cè)比架空輸電線路故障檢測(cè)任務(wù)要艱巨很多，因?yàn)殡娎|線路一般位于溝槽中或埋于地下，不像架空線路那樣具有直接可觀測(cè)性。

筆者根據(jù)長(zhǎng)期從事供電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合專(zhuān)業(yè)技術(shù)理論和施工組織管理實(shí)踐，初步形成了關(guān)于電纜故障查找與定位的一些認(rèn)識(shí)和體會(huì)，融合各種電纜故障測(cè)距定位原理，考慮到使用的實(shí)用性，設(shè)計(jì)了低壓電纜故障定位裝置，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用的需求。

2、電纜故障定位現(xiàn)狀

目前電纜故障定位的方法較多，主要有：直流電橋法、低壓脈沖反射法、脈沖電壓法（沖閃法）、脈沖電流法、聲測(cè)法等等，相對(duì)來(lái)說(shuō)，電力電纜故障測(cè)試中粗測(cè)距離是很容易的。目前使用的電力電纜故障點(diǎn)測(cè)距裝置，一般只要數(shù)分鐘便可測(cè)出電力電纜故障點(diǎn)至測(cè)試端的粗略距離，而且粗測(cè)誤差一般不會(huì)超過(guò)幾十米，因此，電力電纜故障粗測(cè)距離已不是電纜尋測(cè)故障的主要矛盾。大量電力電纜故障測(cè)試實(shí)踐證明：電力電纜故障精確定位已成為快速尋測(cè)電力電纜故障的主要問(wèn)題。如果電纜故障點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際故障相差較大，那么也就失去了意義。所以，電纜故障檢測(cè)要求精確度更高的方法。

另外，單一檢測(cè)方法往往具有局限性，電橋法及低壓脈沖反射法對(duì)斷線故障和低阻故障很準(zhǔn)確，但對(duì)高阻故障不適用。直流閃測(cè)法和沖擊閃測(cè)法，分別測(cè)試間歇故障及高阻故障，兩者都均可分為電流和電壓閃測(cè)法。電壓法可測(cè)率高，波形清晰易判，盲區(qū)比電流法少一倍，但接線復(fù)雜，分壓過(guò)大時(shí)對(duì)人和儀器有危險(xiǎn)；電流法則相反。目前這兩種方法是國(guó)產(chǎn)高阻故障測(cè)試儀的主要方法，基本上解決了電纜高阻故障測(cè)試問(wèn)題。但儀器有盲區(qū)，且波形有時(shí)不夠明顯，靠人為判斷，儀器誤差相對(duì)較大。而采用聲測(cè)法時(shí)，由于部分電纜故障為封閉故障，十幾米甚至幾十米遠(yuǎn)的電纜故障點(diǎn)放電聲幾乎一樣大，這給電纜故障定位帶來(lái)了較大的困難，另外在實(shí)際電纜故障定點(diǎn)中，由于測(cè)試人遠(yuǎn)離測(cè)試端，當(dāng)尚未聽(tīng)到由電纜故障點(diǎn)傳出的聲波時(shí)，心情往往會(huì)急燥起來(lái)，甚至?xí)岩筛邏悍烹娫O(shè)備沒(méi)有工作，有時(shí)在有脈沖聲源的干擾背景中，往往需要知道自己聽(tīng)到的聲波是否與放電設(shè)備的放電周期同步，否則就無(wú)法作出最后的判斷。

有鑒于此，需要研究能夠達(dá)到更精度、更準(zhǔn)確的電纜故障定位新方法、理論和實(shí)現(xiàn)方式、裝置結(jié)構(gòu)。

3、主要技術(shù)方案

整套裝置由發(fā)送器、接收器和手持式查線器組成，待查線纜兩端分別接發(fā)送器和接收器，具體裝置組成如圖1所示。待查線纜兩端分別接發(fā)送器和接收器，發(fā)送器將特征信號(hào)耦合到線纜，接收器在末端檢出該特征信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)線、尋線、故障測(cè)距等功能。發(fā)送器的主要任務(wù)是產(chǎn)生并發(fā)送用于對(duì)線、尋線和故障定位的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。而利用手持查線器可以在線纜整個(gè)徑路的不同位置尋出載有特征信號(hào)的目標(biāo)線纜，也可進(jìn)行故障點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，對(duì)其性能在靈敏性、抗干擾性和便攜性上有較高的要求。

1、特征信號(hào)的確定

信號(hào)源采用采用正弦波頻率調(diào)制編碼技術(shù)，16組編碼分時(shí)復(fù)用，直流注入目標(biāo)電纜。頻率幅值數(shù)控可調(diào)整的交流恒流源，其優(yōu)點(diǎn)是電流恒定，信號(hào)不至于太微弱而影響測(cè)量，同時(shí)該電源頻率可以設(shè)置為多種不同頻率。

交流恒流源的設(shè)計(jì)中，首先通過(guò)直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)產(chǎn)生數(shù)字式的正弦波相位、頻率和幅值可調(diào)的正弦波電壓信號(hào)，然后再把所產(chǎn)生的電壓通過(guò)電壓-電流轉(zhuǎn)換電路和功率放大電路輸出電流，通過(guò)負(fù)反饋使得電流恒定。

2、故障定位原理的實(shí)現(xiàn)。

故障定位由兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的環(huán)節(jié)組成：故障測(cè)距和沿線定位。故障定位能夠提供較為準(zhǔn)確的故障地點(diǎn)，由發(fā)送端實(shí)現(xiàn)。沿線定位就是利用手持查線器沿線纜路徑搜尋故障點(diǎn)，可以精準(zhǔn)定位。一般應(yīng)通過(guò)故障定位確定故障區(qū)域，再沿線精準(zhǔn)定位。設(shè)計(jì)采用根據(jù)行波理論原理發(fā)展的低壓脈沖反射法來(lái)實(shí)現(xiàn)故障定位，通過(guò)計(jì)量發(fā)射脈沖和故障點(diǎn)反射脈沖之間的時(shí)間差△t來(lái)測(cè)取故障距離，適于測(cè)定電纜的低阻和開(kāi)路故障，也可用于校對(duì)電纜的全長(zhǎng)和顯示電纜中間接頭的位置，還可用于測(cè)定電纜的波傳播速度，測(cè)量準(zhǔn)確率較高。而沿線準(zhǔn)確定位時(shí)，在故障電纜內(nèi)注入尋線時(shí)用的特征信號(hào)電流，通過(guò)聲測(cè)和電磁測(cè)量共同完成故障點(diǎn)的判定。由于故障點(diǎn)放電時(shí)，除了產(chǎn)生放電聲外，還會(huì)產(chǎn)生通過(guò)地面?zhèn)鞑サ母哳l電磁波，通過(guò)同時(shí)接收聲波和電磁波方法來(lái)判斷當(dāng)前的聲波是否由故障點(diǎn)放電引起，測(cè)出信號(hào)最強(qiáng)點(diǎn)即位故障點(diǎn)位置。

4、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

目前，裝置已經(jīng)整體技術(shù)方案設(shè)計(jì)并生產(chǎn)了樣機(jī)，進(jìn)行了有關(guān)功能測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明該裝置滿足電力電纜建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)及改造的需要，有利于提供施工效率和質(zhì)量，經(jīng)某地區(qū)電力設(shè)施改造工程2個(gè)月試用，即進(jìn)行各種對(duì)線、尋線、故障定位操作89次，按平均每次節(jié)約30 min計(jì)，按每次作業(yè)需10人計(jì)，可節(jié)約施工時(shí)間45 h，若考慮到儀器簡(jiǎn)化操作還可以減少1-4人作業(yè)，則效益更高。

5、結(jié)論

所述的電力電纜故障定位裝置，能夠?qū)﹄娏﹄娎|尤其是多芯線的低壓電纜進(jìn)行零誤差的故障定位，能夠切實(shí)提高施工效率，確保故障檢修的全面、有序和準(zhǔn)確性，對(duì)于保障整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)具有重要的意義和價(jià)值。

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本項(xiàng)目為河北省教育廳青年基金項(xiàng)目（編號(hào)：QN2013121）