電力電纜故障距離診斷及檢測分析

摘 要：電力電纜作為我國電網(wǎng)系統(tǒng)的核心構(gòu)成部分，直接影響著其運行狀態(tài)，在保證供電穩(wěn)定性和安全性方面有著舉足輕重的作用。本文首先介紹了工頻量故障測距法，然后分析了行波測距原理和分類以及各種測距方法的對比，最后提出了具體優(yōu)化對策以供參考，旨在提高我國電力電纜故障距離診斷和檢測的綜合水平。

關(guān)鍵詞：電力電纜；故障距離；測距原理

中圖分類號：TM75 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）36-0068-02

引 言

和以往的架空線路做比較，電力電纜具有更高的便捷性和安全性，空間使用范圍也較小，有利于城市進一步發(fā)展。但即便如此，其依然會出現(xiàn)各種各樣的距離，怎樣合理的對故障點進行距離診斷和檢測成為現(xiàn)階段電力領(lǐng)域重點研究問題。相關(guān)人員必須要對此予以高度關(guān)注，結(jié)合實際情況有針對性的展開實踐。

1 關(guān)于工頻量故障測距法

（1）阻抗法。先來分析其基本原理：若輸電電纜在不同故障狀況下計算出的系統(tǒng)阻抗和故障測距裝備安裝位置到電纜故障點的間距是一種正比關(guān)系，為避免過度電阻帶來的干擾，提高測距結(jié)果的準(zhǔn)確性，大部分學(xué)者都將把此方面當(dāng)做研究重點，微處理器的運用和深入發(fā)展同樣為降低其對故障測距帶來的干擾提供了支持。

（2）故障剖析法。其方法是檢測故障出現(xiàn)時的電壓與電流值，之后對故障信號展開運算剖析，隨時算出故障點的距離。和上一種方法最大差別就在于不檢測電纜的阻抗，適用性更加突出。單側(cè)電氣量算法采用一側(cè)的電壓值和電流值；雙側(cè)電氣兩端要同時使用電纜雙側(cè)的電壓值與電流值[1]。

（3）故障電壓法的基礎(chǔ)原理。供電系統(tǒng)存在短路故障時，故障點位置的電壓值較小，把電纜中的電壓極值當(dāng)作故障點。所謂電壓極值，具體是指最大或是最小電壓點。如果電纜出現(xiàn)問題，故障點相間電壓最小或是出現(xiàn)短路，分量電壓則為最大。要想精準(zhǔn)進行故障定位，輸電電纜要通過參數(shù)模型來運算，以此避免誤差。要想對比輸電電纜不同位置的電壓，必須要先獲得不同位置的電壓，然后再明確最小電壓。

2 行波測距原理和分類

此方法的優(yōu)勢在于速度快、準(zhǔn)確度高?；驹碇饕须p端法與單端法兩種。其中前者以輸電限流發(fā)生故障時的行波朝電纜兩側(cè)傳遞的性質(zhì)，在電流兩側(cè)分別檢測初始行波，依據(jù)抵達輸電電纜兩側(cè)的時間差完成測距。還可在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，利用人工的方式向系統(tǒng)輸入脈沖信號，利用與行波信號相關(guān)原理檢測故障距離。后者則以行波在電纜故障發(fā)生點透射與反射的特征，監(jiān)測反射波的實踐，依據(jù)時間、距離與波速三者間的聯(lián)系運算出故障距離。輸電電纜出現(xiàn)問題時電力系統(tǒng)自身傳播的行波信號當(dāng)作測距信號展開單端距離測量的方法叫做A型法（如圖1所示），將輸電電纜出現(xiàn)問題時系統(tǒng)自身散發(fā)的行波信號當(dāng)作測距信號完成雙端測距的方法叫做B型法，人工注入脈沖當(dāng)作測距信號的方法叫做C型法。

3 不同測距方法的對比

3.1 雙端與單端測距法對比

3.1.1 工頻量雙端測距與單端測距法的對比

作為單端法，其是一種利用電力電纜一側(cè)的電流與電壓來運算故障點距離的，此方法通常有以下問題：一方面，電纜出現(xiàn)故障時過渡電阻發(fā)生系統(tǒng)等效阻抗的轉(zhuǎn)變對測量距離精準(zhǔn)度造成的干擾；另一方面，電力電纜或者雙端測距系統(tǒng)阻抗的不匹配性對測量結(jié)果造成的干擾[2]。

3.1.2 行波法雙端與單端測距對比

（1）單端測距方法的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下兩方面：①其較雙端測距法的成本投入減少了1/2，可不進行兩端數(shù)據(jù)通訊或者時間定位等等，測量結(jié)果時效性較高；②若可以精準(zhǔn)鑒別出故障點回到監(jiān)測點的行波，鑒于故障測距受到兩端設(shè)施與時間存在差異的干擾，測距的精度通?？梢赃_到供電系統(tǒng)對精準(zhǔn)度的較高要求，并且經(jīng)過全面剖析現(xiàn)場產(chǎn)生的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，能大大減少故障距離檢測誤差。

（2）單端測距方法的劣勢主要體現(xiàn)在原理上的不足。行波的幅值與極性是行波信號最顯著的特點，在大部分供電系統(tǒng)線路接線架構(gòu)與不同故障狀況下，不能完成單端測距，并且這一方法具有較多的死區(qū)問題。

（3）所謂雙端行波法，具體是指依據(jù)故障發(fā)生點形成的朝著電路里電纜兩端母線運動的行波抵達兩端母線的時間間隔來運算故障點間距，站在理論角度來看具有較高的穩(wěn)定性。

（4）雙端行波法的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：①因為電力電纜兩側(cè)均單單檢測首次抵達的初始行波，不容易遭受供電系統(tǒng)運作模式、電力電纜的內(nèi)部電容以及過渡電阻所干擾，因此此方法較單端測距法的結(jié)果更具穩(wěn)定性。②此方法的減量結(jié)果通常能達到供電系統(tǒng)對準(zhǔn)確故障測距的較高要求，能有效減少誤差。③按照實際測量參數(shù)或者設(shè)計參數(shù)判斷出電力電纜的總長無法獲得理想測距結(jié)果。

（5）劣勢體現(xiàn)在以下幾方面：投入成本較多，并且要利用GPS系統(tǒng)完成電力電纜兩端的數(shù)據(jù)相互通信。

3.2 行波測距法與工頻量法對比

從成本投入方面來看，工頻量法能依賴正在運行的設(shè)施，硬件投入較少，并且操作起來也較為方便。但行波測距法和其有著較大差別，其需要新添加單獨的設(shè)施，硬件投入較大，對技術(shù)方面也有著嚴(yán)格要求，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較為繁雜。但站在測距時間角度來看，此方法較工頻量法有著較多優(yōu)勢。所花費的測量時間，具體是指檢測電流與電壓信號的時間。伴隨自動化水平的逐漸提升，排除故障的時間會明顯減少，但故障排除時間依然會較行波信號的搜集時間要多的多。以工頻測距法為例，要想減少時間幾乎是不可能的。對于測距精度而言，其是整個測距環(huán)節(jié)中所要考慮的最關(guān)鍵的要素。原理方面，行波測距法不會被電纜不匹配信息與過渡電阻的干擾，較工頻量法有著較大優(yōu)勢。然而此方法在反射波的判斷方面，卻存在一定的死區(qū)問題，但解決短途故障點定位問題依然能迅速完成，并且結(jié)果精度較高，就此方面來看，二者發(fā)揮的作用并不兩樣。

4 已有故障測距方法的整改對策

單端量行波故障測距裝備的基礎(chǔ)原理是在電力電纜出現(xiàn)問題時，通過故障檢測距離點接受到的從故障起始行波浪涌通過檢測端母線反射之后所產(chǎn)生的，首個正向行波浪涌和源自故障問題方向次個反向行波浪間的實踐延遲運算出電力電纜故障發(fā)生點距離，兩種行波依次是監(jiān)測點暫態(tài)電流和電壓涉及電力電纜波阻抗的線性組合。但鑒于以下原因，現(xiàn)階段我國供電系統(tǒng)僅利用發(fā)生故障時的電流行波信號檢測輸電電纜距離：①電力電纜發(fā)生故障后無法及時檢測到暫態(tài)電壓行波信號；②波阻抗也無法及時得到；③母線出線回路數(shù)居多時，供電系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，出現(xiàn)故障后對系統(tǒng)電壓方面造成的干擾可忽略不計，即暫態(tài)電壓行波信號較差，故障現(xiàn)象不顯著，但電流行波信號卻較好，故障發(fā)生時現(xiàn)象顯著。

把一條母線中某一條未發(fā)生故障的電纜作為參照電纜，通過對比從故障電纜的暫態(tài)電流與此條參照電纜的暫態(tài)電流產(chǎn)生的正反向行波浪涌，便可推斷出源自電力電纜故障點的行波浪涌，而且能去除源自參照電纜遠處母線傳播的行波干擾信號[3]。

5 結(jié) 論

綜上所述，為確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行，必須要提高電力電纜故障距離診斷和檢測水平。相關(guān)人員要結(jié)合實際情況，有的放矢的選用測距方法，在實踐中要做到及時發(fā)現(xiàn)問題，及時處理問題，不斷提高電纜運作穩(wěn)定性和可靠性。還要積極學(xué)習(xí)和掌握最新的測距原理與方法，保證診斷和檢測工作與時俱進，推動電力行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1]安允展，瞿 吉，張亞亞，鄭 馨.電力電纜故障分析與診斷方法的研究[J].通信電源技術(shù)，2018，35（03）：221～222+238.

[2]林子翔，樊 璟.常用電力電纜故障診斷方法及檢測手段[J].科技資訊，2014，12（08）：101～102.

[3]馬 梁.電力電纜故障距離診斷及檢測探析[J].機械工程師，2015（05）：65～66.

收稿日期：2018-11-10

作者簡介：吳 昊（1990-），男，助理工程師，主要從事輸電電纜運檢工作。