試述配電網(wǎng)電纜故障的測(cè)定和故障選線

王崢夏 李賀來 胡衛(wèi)東 張彥兵

摘 要 配電網(wǎng)電纜線路運(yùn)行環(huán)境惡劣，外界干擾因素多，故障概率大，針對(duì)配電網(wǎng)電纜故障選線難的問題，本文分析了配電網(wǎng)電纜故障的特殊性，介紹了配電網(wǎng)故障測(cè)定的常見方法，分析了配電網(wǎng)電纜故障的特征，基于此深入探討了故障分量法和小波神經(jīng)網(wǎng)法等電纜故障選線方法。

關(guān)鍵詞 配電網(wǎng);電纜故障;故障選線

引言

近年來，我國(guó)大力發(fā)展智能電網(wǎng)，投入大量資金進(jìn)入配電網(wǎng)領(lǐng)域的建設(shè)與升級(jí)改造。目前，在10kV、35kV的配電網(wǎng)中，越來越多的開始采用電纜線路，電纜線路具有線路短、運(yùn)行環(huán)境惡劣、外界干擾因素多等特點(diǎn)，因此，電纜故障發(fā)生率逐年提高。有必要結(jié)合實(shí)際情況，分析探討配電網(wǎng)電纜故障的檢測(cè)與故障選線方法，提升配電網(wǎng)線路運(yùn)行水平。

1 配電網(wǎng)的電纜故障的特殊性分析

在我國(guó)電網(wǎng)中，配電網(wǎng)一直是薄弱環(huán)節(jié)，長(zhǎng)期以來，我國(guó)電網(wǎng)普遍存在“重主網(wǎng)、輕配網(wǎng)”的問題，配電網(wǎng)設(shè)備更新?lián)Q代較慢，設(shè)備普遍老化，輸電線路的電纜故障頻發(fā)，配電網(wǎng)電纜占據(jù)了配電網(wǎng)故障的很大比例，并且存在顯著的故障測(cè)定與選線難的問題。配電網(wǎng)電纜故障的特殊性主要體現(xiàn)在：

1.1 接地方式特殊

當(dāng)前，故障選線困難是配電系統(tǒng)較為普遍的問題，原因在于其采用小電阻接地的電纜出線方式，也就是經(jīng)消弧線圈接地，并且與過補(bǔ)償方式同時(shí)使用，這種情況下，其故障電流較小，接地電弧極為不穩(wěn)定，故障分量不明顯，這給故障選線帶來極大困難。

1.2 電纜故障影響因素多

配電網(wǎng)由于直接接入用電系統(tǒng)，6kV至35kV電壓等級(jí)的低壓電纜受用戶環(huán)節(jié)影響比較大，機(jī)械損傷、施工、天氣原因等都可能影響配電網(wǎng)的電纜壽命，造成配電網(wǎng)電纜故障，頻發(fā)的電纜故障給用電質(zhì)量造成直接影響[1]。

2 配電網(wǎng)電纜故障的測(cè)定

配電網(wǎng)電纜故障類型眾多，包括高阻、開路、地阻等故障，要準(zhǔn)確測(cè)定這些故障，必須首先提取出配電網(wǎng)電纜故障的故障分量，作為特征分量進(jìn)行電纜故障的測(cè)定，阻抗、脈沖電壓、脈沖電流都是最常用的故障分量。

2.1 阻抗法

阻抗法是指測(cè)量電纜線路兩側(cè)的電壓與電流值，計(jì)算出阻抗數(shù)值（測(cè)量端至故障點(diǎn)之間），根據(jù)特定的故障定位方程，進(jìn)行故障位置的定位。阻抗法是表征配電網(wǎng)電纜故障位置的最直接特征分量，其依賴于線路集中參數(shù)模型對(duì)故障進(jìn)行定位。

阻抗法簡(jiǎn)單易操作，以惠斯登電橋法較為普遍，在被測(cè)電纜的終端，將短路故障相和非故障相分別接入電橋兩臂，對(duì)電橋電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到平衡狀態(tài)，然后利用電橋平衡原理，進(jìn)而計(jì)算出故障距離。

2.2 脈沖電壓法

脈沖電壓法即閃測(cè)法，最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，適用于高阻和閃絡(luò)等故障的判斷。其原理是：電纜故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)直流高壓，或是脈沖高壓信號(hào)，因此，通過在觀察位置與故障位置之間測(cè)量放電電壓脈沖往返一次所需的時(shí)間，判斷電纜故障的故障點(diǎn)。

2.3 脈沖電流法

脈沖電流法安全性較高，出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代，其突出的優(yōu)點(diǎn)是接線方式簡(jiǎn)易，因而在正常的配電網(wǎng)電纜故障測(cè)定中也有較為廣泛的應(yīng)用。脈沖電流法原理是：電纜故障被擊穿時(shí)，利用線性電流耦合器檢測(cè)瞬時(shí)電流脈沖信號(hào)，由于避免了電容和電纜的電阻串聯(lián)，因此脈沖電流法的接線方式更為簡(jiǎn)單[2]。

3 配電網(wǎng)電纜故障的故障選線

3.1 配電網(wǎng)電纜單相故障特征分析

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，配電網(wǎng)電纜故障中，單相接地故障約占總故障數(shù)的75%，因此，要做好配電網(wǎng)電纜故障的選線，必須首先了解配電網(wǎng)單相故障的特征分析，35kV-10kV電纜系統(tǒng)之中普遍使用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的接地方式，一旦配電網(wǎng)出現(xiàn)電纜單相接地故障，系統(tǒng)暫態(tài)零序電流中就會(huì)出現(xiàn)大量的高頻分量，且?guī)缀醪皇芙拥仉娮韬徒拥胤绞降挠绊憽?/p>

經(jīng)過分析，若配電網(wǎng)電纜發(fā)生單相接地故障，其出線零序電流的分布規(guī)律如下：一是發(fā)生故障的線路，其零序電流的數(shù)值最大;二是完好線路的零序電流極性一致，而發(fā)生故障的線路則不同，其母線發(fā)生單相故障的時(shí)候，其故障零序電流還的極性不一致。

3.2 配電網(wǎng)電纜故障常用選線方法

（1）故障分量法

故障分量法主要是指穩(wěn)態(tài)分量法與暫態(tài)分量法兩種，其中，穩(wěn)態(tài)分量法是指通過故障電流的穩(wěn)態(tài)分量，進(jìn)而判斷故障選線。在所有穩(wěn)態(tài)分量中，零序電流最為普遍，線路一旦發(fā)生故障，其零序電流的幅值明顯增高，與未發(fā)生故障的線路方向相反，并且其有功分量也高于后者，因此，故障選線進(jìn)行簡(jiǎn)單操作時(shí)，可同時(shí)采用幅值、方向以及有功分量。

暫態(tài)分量法則主要提取系統(tǒng)的暫態(tài)分量進(jìn)行判斷，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，其故障信息含量豐富，暫態(tài)分量比較大，且受接地方式的影響幾乎為零，暫態(tài)接地電流是暫態(tài)電容電流與暫態(tài)電感電流的相互疊加，暫態(tài)過程初期，暫態(tài)電容電流對(duì)于暫態(tài)接地電流特性影響巨大。因此在故障選線時(shí)，可利用該特點(diǎn)，結(jié)合暫態(tài)分量方向和幅值進(jìn)行故障選線。

（2）小波神經(jīng)網(wǎng)法

小波變換是近年來興起的一種新的故障選線方法，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性，提取故障特征的能力強(qiáng)大。小波神經(jīng)網(wǎng)法的原理為：在線路的實(shí)際故障測(cè)距中，設(shè)定不同的故障條件，收集系統(tǒng)母線零序電壓和發(fā)生故障線路的零序電流數(shù)值，將其作為樣本，然后輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，通過故障信號(hào)小波包數(shù)值，計(jì)算故障測(cè)距，此外，將小波包和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，構(gòu)建出前置小波層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過計(jì)算后的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，獲得小波包神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的測(cè)距數(shù)值[3]。

4 結(jié)束語

隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換等技術(shù)也日漸與應(yīng)用于配電網(wǎng)電纜故障測(cè)定和選線中，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)單相接地故障的在線選線及定位，當(dāng)電纜發(fā)生故障時(shí)，幫助供電部門能夠快速、準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn)，以確保電力配電系統(tǒng)能安全可靠的供電。

參考文獻(xiàn)

[1] 李建輝.電力電纜故障檢測(cè)方法與應(yīng)用[J].河北電力技術(shù)，2009， （3）：36-38.

[2] 光俊鋮.電纜故障的測(cè)定方法探討[J].煤礦現(xiàn)代化，2008，（5）：65-66.

[3] 閆曉茹.電纜故障選線與定位方法的研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2008.