配網(wǎng)電纜故障定位技術(shù)的分析與應(yīng)用

王玉妍

摘要：隨著電力行業(yè)和科技水平的快速發(fā)展，從電力電纜故障現(xiàn)狀出發(fā)，對當(dāng)前常見的電纜故障定位方法原理以及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了剖析，主要包括阻抗法、行波法、聲測法、聲磁同步法等，最后對電纜故障定位方法的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電纜;故障定位;重合閘;阻抗法

引言

我國城市化進(jìn)程在不斷加快，土地資源越來越緊缺，因此架空線路轉(zhuǎn)變成電纜的趨勢逐年加快，使得電纜在城市內(nèi)110kV及以下電壓等級輸電應(yīng)用中愈加廣泛。隨著城市的發(fā)展，對電力需求不斷上升，已運(yùn)行的電纜往往超負(fù)荷運(yùn)行，加上電纜隨著運(yùn)行年限加長的自然老化過程，以及外力破壞等因素，電力電纜故障率逐年上升。電纜故障后一般不允許重合閘，如果不能快速準(zhǔn)確地判斷故障點(diǎn)所在位置，將極大地加劇巡檢工作量，并引起長時間停電事故，造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，與此同時也給生活及生產(chǎn)帶來不便，快速精準(zhǔn)地診斷電纜故障對于及時排查故障并恢復(fù)供電具有重要意義，因此有必要對電纜故障定位方法進(jìn)行深入研究。

1電力電纜故障原因

1.1施工故障

不科學(xué)的安裝以及施工是引起高壓電力電纜故障的主要原因。敷設(shè)電纜時，若施工人員不根據(jù)規(guī)范開展施工作業(yè)，就有可能會對高壓電力電纜使用壽命造成影響。此類故障的相關(guān)表現(xiàn)主要體現(xiàn)在如下4個方面。第一，電力電纜表面存在破損的情況。施工人員在操作過程中的失誤與錯誤等，均會讓電力電纜表面出現(xiàn)破損，水流入電纜中內(nèi)，進(jìn)而形成安全隱患。第二，連接管接觸不良。就需要長距離施工的電力電纜而言，若施工人員未正確處理兩個電纜間的導(dǎo)體連接管，除了會引起接觸不良的故障外，還會引起毛刺以及尖角的情況。第三，未嚴(yán)格密封中間接頭。施工人員在敷設(shè)電纜的過程中，若電纜中間接頭存在密封性不強(qiáng)的情況，當(dāng)電纜處在潮濕環(huán)境中時，水分就會由接頭處進(jìn)入，進(jìn)而影響電纜絕緣性。第四，電纜接頭設(shè)置不合理。導(dǎo)致此問題的原因主要在于施工人員未根據(jù)設(shè)計(jì)方面對電纜予以敷設(shè)，如電纜周圍存在多個接頭，導(dǎo)致電纜運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性下降。

1.2超負(fù)荷運(yùn)行

現(xiàn)階段，用電量越來越高，電纜長期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。同時，電纜在正常運(yùn)行時暴露在空氣中，尤其是高溫環(huán)境，超負(fù)荷運(yùn)行會造成電纜溫度較高，對電纜的使用壽命造成影響，加快電纜老化速度，影響絕緣性，同時也很容易發(fā)生擊穿事故。

1.3電纜質(zhì)量問題

電纜質(zhì)量問題也是引起電纜故障的主要原因之一，其中較為常見的狀況為質(zhì)量問題導(dǎo)致的電纜進(jìn)水，這是電纜本體質(zhì)量問題造成絕緣事故的主要原因。要想對此問題予以有效的解決，需要在展開農(nóng)網(wǎng)改造中，借助新型的交聯(lián)電纜對油紙絕緣電纜進(jìn)行更換。由于當(dāng)前國內(nèi)有很多生產(chǎn)電纜的廠家，同時質(zhì)量各不相同，因此應(yīng)大力控制電纜質(zhì)量。在生產(chǎn)電纜中，針對絕緣屏蔽層表面和加工環(huán)境的處理，均應(yīng)加大控制力度。

2電纜故障定位方法

2.1阻抗法

使用阻抗法進(jìn)行故障定位的前提是線路參數(shù)已知，并且測量點(diǎn)與故障點(diǎn)之間的阻抗可以測量或計(jì)算，并且電纜線路的參數(shù)必須均勻分布。在此前提下，故障距離的確定可以通過特定的方程計(jì)算而出。電橋法是阻抗法的一種，在電纜故障定位技術(shù)發(fā)展初期應(yīng)用最多的即是電橋法。采用電橋法進(jìn)行故障定位時，忽略電纜線路的分布參數(shù)影響將電纜當(dāng)作集中參數(shù)進(jìn)行處理，因此在相同時刻下，電纜任何一點(diǎn)的電流大小相等，且不存在相位偏差，電纜的本體電阻與電纜長度呈正比關(guān)系。進(jìn)行故障定位前，應(yīng)將故障相一端與非故障相一端相連，電橋兩臂分別接在故障相與非故障相的另一端，然后調(diào)節(jié)電橋上的變阻器使得電橋平衡，電橋平衡時電流計(jì)指針為0。電橋平衡后利用簡單分壓關(guān)系和已知電纜長度即可求出故障點(diǎn)與觀測點(diǎn)的距離。對于低阻類型電纜擊穿，一般用低壓電橋，而對于斷線擊穿，則采用電容電橋。電橋法測量結(jié)果準(zhǔn)確，但需要完好的非故障相作為測量回路，此外，試驗(yàn)電壓不能過高。電橋法故障定位原理簡單，測量精度較高，但只適用幾種特定類型的故障，對于高阻故障，電橋法失效。由于施加電壓較低，在高阻故障下，電橋中流過的電流很小，對電流計(jì)的測量精度提出了很高的要求，當(dāng)精度不夠時則容易造成定位不準(zhǔn)。此外，使用電橋法需要提前獲知電纜的詳細(xì)參數(shù)，這對于工程實(shí)踐來說往往具有較高的難度，因此隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，電橋法逐漸在電纜故障診斷中淡出了舞臺。

2.2行波法

行波定位法在架空線路故障診斷中應(yīng)用廣泛，定位精度高，且響應(yīng)及時，可以快速定位故障點(diǎn)。行波法在電纜中的應(yīng)用首先是以低壓脈沖法出現(xiàn)的，該方法基于電磁脈沖折返射原理，當(dāng)人為向故障電纜中注入高頻電流脈沖時，前行的電流脈沖在遇到故障點(diǎn)時會產(chǎn)生反射，通過記錄起始脈沖與反射脈沖的時間差，并利用單端行波定位即可實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的精確定位。最新的低壓脈沖法已不需要監(jiān)測記錄的波形主波與反射波來判斷時間差，而是通過儀器自動計(jì)算，大幅提升了診斷效率，但這種方法也存在著缺陷與不足，如脈沖電壓幅值較低，當(dāng)遇到高阻故障時，反射波微弱以至于無法識別。脈沖電流法彌補(bǔ)了低壓脈沖法難以定位高阻故障的缺陷。該方法需要對故障電纜施加高壓，使得故障點(diǎn)發(fā)生擊穿，產(chǎn)生脈沖電流，然后用高性能監(jiān)測終端監(jiān)測并提取故障行波信號，根據(jù)行波定位法即可確定故障點(diǎn)所在位置。這種方法大部分場合下可靠性較高，但也存在一定的盲區(qū)，且有時故障閃絡(luò)波形復(fù)雜，加大了識別難度，嚴(yán)重時造成定位失敗。在行波定位法的基礎(chǔ)上，20世紀(jì)90年代衍生了一種被稱作二次脈沖法的定位方法，該方法首先發(fā)送一個低壓脈沖進(jìn)行電纜長度的測量與校核，得到精確全長后，進(jìn)一步發(fā)送一個高壓脈沖使得故障點(diǎn)發(fā)生擊穿，然后再發(fā)送一個低壓測試脈沖，即可在被擊穿的故障點(diǎn)處形成反射。該方法對于大多數(shù)類型電纜故障是適用的，安全性高且精度較為理想，缺點(diǎn)是故障點(diǎn)維持低阻狀態(tài)時長無法確定，當(dāng)電纜受潮嚴(yán)重，使得擊穿時間增加時，則容易增大定位誤差。

2.3聲測法

聲測法是一種精確定位方法，其通過探聽電纜故障點(diǎn)產(chǎn)生的聲音進(jìn)行精確定位，由于聲波在介質(zhì)或空氣中傳播時衰減極快，通過聲音信號即可判定故障點(diǎn)是否在被測點(diǎn)附近。如果電纜敷設(shè)較淺或者護(hù)層已被破壞，對外會產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的放電聲音，無需借助外在儀器即可聽到放電聲音;反之，如果電纜護(hù)層未被燒穿，放電聲音很小，則需要高精度的聲音接收儀器，通過測量微弱振動信號并進(jìn)行轉(zhuǎn)換以及放大后才能變成可聽聲音。聲測法儀器結(jié)構(gòu)及原理簡單，價格相對低廉，定位精度高，缺點(diǎn)是容易受噪音干擾，當(dāng)現(xiàn)場環(huán)境噪聲較大時可能無法利用該方法進(jìn)行故障診斷。

結(jié)語

目前電纜故障診斷技術(shù)已多樣化，為電纜故障的快速排查提供了有力的解決手段，然而對于電纜故障的預(yù)防及預(yù)警尚缺少有效手段，相關(guān)研究工作尚處于摸索階段，需進(jìn)一步加深研究，從而在根本上避免故障的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]朱曉輝，孟崢崢，王浩鳴，等.運(yùn)行高壓交聯(lián)聚乙烯電力電纜的介電性能[J].高電壓技術(shù)，2015，41（4）：1090-1095.

[2]王立，杜伯學(xué)，任志剛.高壓交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣劣化試驗(yàn)分析[J].高電壓技術(shù)，2014，40（1）：111-116.

[3]王沐雪，王紫葉，陳語柔，等.高壓電力電纜故障分析及相關(guān)技術(shù)[J].通信電源技術(shù)，2019，（5）：67-68.

[4]陳許議.高壓電纜常見故障的分析及預(yù)防措施[J].電力安全技術(shù)，2019，（5）：23-26.