管道內(nèi)地下電纜故障定位技術(shù)研究

王坤

摘 要：電纜故障可以定義為影響電纜性能的任何缺陷，地下電纜的各種故障都是不相關(guān)的，電纜故障定位的成功在很大程度上取決于實(shí)際運(yùn)行情況和檢修人員的工作經(jīng)驗(yàn)。在大多數(shù)國(guó)家，地下電纜一般鋪設(shè)在PVC管或其他類(lèi)型管道內(nèi)。如果將電纜直接埋在地下，對(duì)電纜故障進(jìn)行定位會(huì)容易得多。但是當(dāng)電纜敷設(shè)在導(dǎo)管內(nèi)時(shí)，精確定位故障位置的難度就會(huì)顯著增加。本文主要介紹了管道內(nèi)地下電纜故障定位的各種設(shè)備和方法，并分析這些方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電纜故障;故障定位;地下電纜;電纜管道

1引言

隨著城市電力需求的不斷增長(zhǎng)，供電網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性會(huì)變得越來(lái)越重要。但是供電網(wǎng)絡(luò)的智能化發(fā)展必然導(dǎo)致電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，其構(gòu)成的組件也越來(lái)越多，這些組件可能會(huì)發(fā)生故障并中斷終端用戶(hù)的電力供應(yīng)[1]。在世界范圍內(nèi)運(yùn)行的大多數(shù)低壓和中壓配電線路中，地下電纜已經(jīng)被推廣使用了幾十年。地下高壓電纜因其不受天氣條件、暴雨、風(fēng)雪和污染的影響而越來(lái)越多地被使用。盡管電纜的制造技術(shù)在穩(wěn)步提高，但仍存在許多可能導(dǎo)致電纜在運(yùn)行或測(cè)試過(guò)程中失效的因素[2]。在過(guò)去，定位直埋電纜下的任何故障是相對(duì)較為容易的。但是對(duì)于鋪設(shè)在管道內(nèi)的地下電纜，定位電纜故障會(huì)變得困難得多。充分利用地下電纜管道內(nèi)故障定位技術(shù)具有較為重要的實(shí)際意義。

2故障預(yù)定位方法

2.1多脈沖法

多重脈沖法（MIM）是目前最先進(jìn)的電纜故障預(yù)定位方法。在每一個(gè)電纜故障鐘，無(wú)論是高阻或間歇故障，都不能直接通過(guò)時(shí)域反射儀（TDR）的方法來(lái)表征。TDR發(fā)出的低電壓脈沖在故障位置并沒(méi)有反映出來(lái)，因?yàn)楣收献杩瓜鄬?duì)于電纜正常部分的絕緣阻抗并沒(méi)有明顯降低?；谶@一研究背景而設(shè)計(jì)出多重脈沖法，多重脈沖法是由耦合浪涌發(fā)生器產(chǎn)生的單個(gè)高壓沖擊來(lái)實(shí)現(xiàn)故障定位的?？梢詫⒏咦韫收蠒簳r(shí)改變?yōu)槎搪罚虼丝梢酝ㄟ^(guò)名為二次脈沖法（SIM）的第二個(gè)TDR脈沖或名為多次脈沖法（MIM）的多個(gè)二次脈沖來(lái)檢測(cè)電纜故障。低壓TDR脈沖通過(guò)耦合單元耦合到浪涌發(fā)生器的高壓輸出。多重脈沖法（MIM）基本上是二次脈沖法（SIM）的一個(gè)更高級(jí)的發(fā)展。MIM的最大優(yōu)點(diǎn)是它可以在更寬的時(shí)間范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)電纜故障狀態(tài)。因此不再需要手動(dòng)調(diào)整觸發(fā)延時(shí)時(shí)間，也不需要重復(fù)調(diào)試。

2.2沖擊電流法

上一小節(jié)提到的基于TDR脈沖的電纜故障預(yù)定位方法通常受到很長(zhǎng)的電纜中信號(hào)的阻尼或沿電纜接頭反射的影響。阻尼的影響可能是由于電纜護(hù)套的腐蝕或接頭中的任何其他影響造成的。換句話說(shuō)，任何對(duì)電纜長(zhǎng)度電阻有影響的因素都會(huì)影響阻尼。在很長(zhǎng)的電纜中，電纜的自然阻尼可能導(dǎo)致TDR脈沖在返回到時(shí)域反射儀之前被阻尼掉。因此，TDR方法無(wú)法適用于長(zhǎng)電纜的故障定位。而脈沖電流法（ICM）可以很好地應(yīng)用于這種情況。當(dāng)浪涌發(fā)生器釋放高壓脈沖時(shí)，在故障點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)。這種閃絡(luò)導(dǎo)致瞬態(tài)電流波沿著浪涌發(fā)生器和閃絡(luò)點(diǎn)之間的電纜護(hù)套傳播。這種電流波將從故障點(diǎn)到電纜的起點(diǎn)重復(fù)地來(lái)回傳播。這個(gè)脈沖的間隔就可以確定為故障距離。對(duì)于耦合單元，電感耦合器（SKID）連接到浪涌發(fā)生器（SSG）電纜的護(hù)套。時(shí)間與反射儀可以設(shè)置為自動(dòng)調(diào)整，并在屏幕上顯示圖形。由于瞬態(tài)電流波的脈寬較寬，ICM方法更適用于長(zhǎng)電纜。

3精確定位方法

3.1聲學(xué)定位方法

在與直埋電纜具有相似特性的管道內(nèi)敷設(shè)電纜，往往很難出現(xiàn)導(dǎo)針高阻故障和間歇性故障[3]。聲學(xué)方法可以準(zhǔn)確地定位故障位置。作為信號(hào)源，浪涌發(fā)生器采用重復(fù)脈沖模式。來(lái)自浪涌發(fā)生器（SSG）的高能脈沖產(chǎn)生沿電纜傳輸?shù)碾妷好}沖。閃絡(luò)發(fā)生在故障點(diǎn)。這些重復(fù)的噪音/聲音是通過(guò)地面上的麥克風(fēng)、接收器和耳機(jī)檢測(cè)到的。故障距離麥克風(fēng)越近，從閃絡(luò)噪聲中檢測(cè)到的振幅越大。如果把它直接放在故障位置的頂部，就可以檢測(cè)到最高水平的閃絡(luò)噪聲。使用能量較高的浪涌發(fā)生器可以產(chǎn)生較高的閃絡(luò)噪聲。閃絡(luò)噪聲的大小取決于電纜管道埋地的深度，但即使電纜故障在管道內(nèi)，通常也能聽(tīng)到閃絡(luò)噪聲。

聲學(xué)故障定位裝置包括接收機(jī)和地面麥克風(fēng)，具有數(shù)字傳播時(shí)距測(cè)量的特殊特性。首先，地面麥克風(fēng)測(cè)量可沿高壓脈沖傳播的電纜記錄的電磁信號(hào)。由于這個(gè)信號(hào)在通向故障的所有電纜跟蹤中都是可用的，因此可以進(jìn)一步使用它來(lái)確保遵循“電纜跟蹤”。最大信號(hào)可以確認(rèn)地面麥克風(fēng)的位置現(xiàn)在是直接在電纜的上方。其次，地面?zhèn)髀暺髟诳拷收衔恢脮r(shí)，通過(guò)地面檢測(cè)來(lái)自故障的閃絡(luò)噪聲。因此，每一個(gè)閃絡(luò)都會(huì)觸發(fā)兩個(gè)不同的觸發(fā)器：電磁觸發(fā)器和聲觸發(fā)器。這兩種信號(hào)的傳播速度不同。此外，距離故障的距離會(huì)影響觸發(fā)聲觸發(fā)和電磁觸發(fā)的差異。數(shù)字接收器自動(dòng)轉(zhuǎn)換從故障位置測(cè)量的時(shí)間（傳播時(shí)間），并用數(shù)字儀表指示距離。根據(jù)儀表指示，距離指示最近的地方，可以找到故障位置。

3.2步電壓法

當(dāng)電纜故障與土壤或地面直接接觸時(shí)，使用浪涌發(fā)生器不會(huì)在故障點(diǎn)產(chǎn)生閃絡(luò)。當(dāng)沒(méi)有聲音信號(hào)或聽(tīng)不到閃絡(luò)噪聲時(shí)，不可能使用聲學(xué)方法對(duì)電纜故障進(jìn)行定位。這種情況主要是由于地下電纜完全燒毀[4]。利用階躍電壓法可以準(zhǔn)確地定位出這些類(lèi)型的電纜故障。低壓電纜以及引導(dǎo)電纜（信號(hào)線）的故障通常很難確定，這是因?yàn)槭┘釉陔娎|上的高電壓沒(méi)有足夠的浪涌能量來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)烈的可聽(tīng)閃絡(luò)。由于這些電纜主要是未屏蔽的，所以在大多數(shù)情況下，故障電纜與周?chē)耐寥乐苯咏佑|。在這種情況下，步進(jìn)電壓法更加適用。

另一種表現(xiàn)類(lèi)似情況的故障類(lèi)型是電纜護(hù)套故障。由于沒(méi)有確定的電位點(diǎn)，電纜外保護(hù)PVC管絕緣處的故障無(wú)法通過(guò)聲學(xué)方法定位。因此，產(chǎn)生強(qiáng)閃絡(luò)噪聲同樣困難。采用步進(jìn)電壓法可以實(shí)現(xiàn)電纜護(hù)套故障的定位。這種方法也可以定位沿電纜的幾個(gè)護(hù)套故障。當(dāng)?shù)孛嫣筋^沿電纜軌跡放置在地面上時(shí)，接收機(jī)中的電位計(jì)將指向電位較高的方向，即故障點(diǎn)。順著這個(gè)方向直到電位計(jì)指向零。然后確定故障位置。

4結(jié)論

管道內(nèi)電纜故障的定位有多種方法，采用不同的技術(shù)。了解和應(yīng)用不同的電纜故障定位技術(shù)，可以使電氣技術(shù)人員在電纜敷設(shè)在管道內(nèi)時(shí)也能更容易、更快地定位電纜故障。重點(diǎn)是了解環(huán)境條件，如土壤條件、天氣條件、道路條件等，以及了解電纜的故障情況。此外，使用正確的設(shè)備可以縮短電纜故障定位的時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳本學(xué)，王曉梅，馬文華.一種地下電纜中間接頭故障定位裝置設(shè)計(jì)[J].集成電路應(yīng)用，2020，37（02）：86-87.

[2]唐陽(yáng)，李君豪，熊雙菊，謝詩(shī)雨，王勁峰.基于小波分析的地下電纜故障定位仿真研究[J].電子科技，2019，32（09）：60-64.

[3]張姝，林圣，唐進(jìn)，何正友.基于雙層阻抗模型的三相單芯電纜自恢復(fù)故障定位[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2016，31（17）：1-10.

[4]姚勇光，高舜宇，郭克.基于小波分析的地下電纜故障定位仿真研究[J].機(jī)電工程技術(shù)，2015，44（09）：127-130+200.

作者簡(jiǎn)介：王坤，漢，男，重慶，1991.04.06，學(xué)歷本科，職稱(chēng)工程師，中國(guó)電建集團(tuán)貴州工程有限公司，研究方向：電力施工管理。