高壓電纜故障測(cè)試技術(shù)培訓(xùn)的智能化改進(jìn)及探討

張浩，馬誠(chéng)佳，孫一通，沈峰，涂楠

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江寧波，315000）

1 背景

為了使電纜檢修人員掌握故障探測(cè)技術(shù)，各省市電力公司一般都通過(guò)建設(shè)電力電纜故障探測(cè)實(shí)訓(xùn)基地，依此來(lái)提高檢修人員的實(shí)測(cè)技術(shù)。實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)的通常做法是在有限的培訓(xùn)場(chǎng)地上敷設(shè)一條高壓電纜，在電纜上中間的某個(gè)位置人為地破壞其主絕緣或護(hù)層絕緣，制作一個(gè)單一性故障。這種在實(shí)際電纜上制作的人為故障，一旦制作好，故障位置是固定不變的，因此故障診斷的類型與測(cè)試的故障距離保持固定狀態(tài)，而且隨著培訓(xùn)時(shí)多次的高壓沖擊試驗(yàn)，故障性質(zhì)慢慢發(fā)生不可預(yù)知的改變，不利于正常培訓(xùn)和有效的考評(píng)。而在實(shí)際工作中，電纜發(fā)生的故障又是多種多樣的，甚至?xí)l(fā)生多點(diǎn)及混合型故障，測(cè)得的故障實(shí)際波形復(fù)雜多變，與人為制作故障差別很大，所以培訓(xùn)場(chǎng)地僅僅在實(shí)際電纜上制作故障的培訓(xùn)方式，無(wú)法滿足復(fù)雜的高水平電纜故障探測(cè)技能培訓(xùn)的需要。

2 新型電纜故障模擬裝置的應(yīng)用

為了解決以上問(wèn)題，同時(shí)結(jié)合寧波供電公司的實(shí)際情況，與有關(guān)單位合作開發(fā)了新型移動(dòng)式電纜故障模擬裝置。單相結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)如下圖1所示。

圖1 單相結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

裝置采用輪式移動(dòng)的自動(dòng)開蓋立式機(jī)箱，培訓(xùn)時(shí)可在室內(nèi)室外隨時(shí)靈活移動(dòng)；下層為400米長(zhǎng)的模擬高壓電纜的特型同軸線盤，耐壓高達(dá)DC25KV,其內(nèi)芯用來(lái)模擬故障電纜線芯，外芯用來(lái)模擬電纜外護(hù)層；中間層為故障點(diǎn)設(shè)置區(qū)，內(nèi)包含故障模擬單元；上層連接面板，設(shè)置為故障切換開關(guān)，可以根據(jù)不同需求來(lái)設(shè)置合適的電纜故障。左右兩側(cè)為測(cè)試端和末端，用來(lái)模擬電纜的兩端頭。

裝置可以在不同的位置分別設(shè)置高阻故障、低阻故障、閃絡(luò)故障、斷線閃絡(luò)混合型、斷線低阻混合型故障、每種故障類型可以設(shè)置多個(gè)個(gè)故障點(diǎn)，并可進(jìn)行電纜全長(zhǎng)測(cè)試、故障性質(zhì)判斷。轉(zhuǎn)換鍵盤如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)換鍵盤圖

裝置可以配合使用不同原理、不同廠家生產(chǎn)的電力電纜故障定位儀器進(jìn)行故障測(cè)距，現(xiàn)場(chǎng)模擬、演示各種電纜故障的詳細(xì)測(cè)距過(guò)程，對(duì)電纜測(cè)試人員快速熟練掌握電纜故障測(cè)試方法，理解故障測(cè)尋的原理，具有明顯的效果。初級(jí)水平的學(xué)員，經(jīng)過(guò)一天的培訓(xùn)練習(xí)，即可完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試難度一般電纜故障的測(cè)距定位

故障模擬裝置針對(duì)性的解決了傳統(tǒng)培訓(xùn)方法故障類型固定的問(wèn)題，而且不需要敷設(shè)真實(shí)電纜，降低投資成本，性價(jià)比非常高；故障點(diǎn)性質(zhì)穩(wěn)定、類型多變，可迅速提高學(xué)員對(duì)測(cè)試設(shè)備的操作熟練度和對(duì)測(cè)試原理的理解能力。但是故障距離相對(duì)固定，故障波形過(guò)于簡(jiǎn)單，不能完全模擬復(fù)雜的實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)故障波形，只適用于對(duì)電纜故障測(cè)試初級(jí)工的的培訓(xùn)，對(duì)于員工處理現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜問(wèn)題的能力提升有限。

3 智能化故障模擬結(jié)合仿真技術(shù)的應(yīng)用

為了解決單一的故障模擬裝置難以模擬復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)故障波形的問(wèn)題，寧波供利用現(xiàn)代仿真技術(shù)結(jié)合故障模擬，對(duì)現(xiàn)有故障測(cè)試模擬工具進(jìn)行了智能化研究和改進(jìn)，提升為電力電纜故障模擬與仿真測(cè)試培訓(xùn)系統(tǒng)，

該系統(tǒng)由電纜故障模擬裝置、電纜故障測(cè)距儀仿真終端、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線控制裝置、及相關(guān)功能軟件、高壓測(cè)試設(shè)備共同組成，系統(tǒng)原理與結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖

其基本工作原理是：電纜全長(zhǎng)、故障性質(zhì)、故障距離可任意設(shè)置，測(cè)試人員模擬現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，即可在電纜故障定位仿真終端獲得可以調(diào)節(jié)增益、范圍、大小的仿真現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)波形。

3.1 電纜故障模擬裝置

如圖4所示，電纜故障模擬裝置由三臺(tái)屏柜組成，用來(lái)模擬一條故障電纜，從左到右分別為電纜測(cè)試終端頭屏柜（簡(jiǎn)稱測(cè)試端）、電纜故障模擬裝置屏柜、電纜測(cè)試配合終端頭屏柜（簡(jiǎn)稱測(cè)試配合端）。

圖4 電纜故障模擬裝置

“測(cè)試端”屏柜中安裝了一只10kV電纜終端頭及三只相序識(shí)別裝置,用此設(shè)備進(jìn)行故障探測(cè)技術(shù)的學(xué)習(xí)或考核時(shí)，系統(tǒng)可通過(guò)相序識(shí)別裝置，判知測(cè)試人員把測(cè)試線接在了哪一相上，由此可針對(duì)此相發(fā)送相應(yīng)的波形數(shù)據(jù)。

測(cè)試配合端則安裝了一只電纜終端頭，代表故障電纜的另一端，在故障性質(zhì)診斷時(shí)配合測(cè)試使用。

故障模擬裝置屏柜內(nèi)安裝了三套可遠(yuǎn)程無(wú)線控制的電纜故障模擬裝置，電纜的A、B、C三相上各安裝一套，每套又分別含有開路故障模擬器、低阻短路故障模擬器、高阻故障模擬器、閃絡(luò)性故障模擬器與電纜良好模擬器等五臺(tái)模擬裝置。工作時(shí)，根據(jù)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的指令，在指定的相上遠(yuǎn)程無(wú)線設(shè)置指定類型的故障。

3.2 電纜故障測(cè)距儀仿真終端

如圖5所示電纜故障測(cè)距儀仿真終端完全仿真新一代型電纜故障測(cè)距儀，其界面、操作等與電纜故障測(cè)距儀完全一致，只是測(cè)試所得的數(shù)據(jù)波形，是由后臺(tái)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程根據(jù)測(cè)試人員的的操作信息實(shí)時(shí)無(wú)線輸入的，是計(jì)算機(jī)仿真制作的或案例庫(kù)里的實(shí)際波形。

圖5 電纜故障測(cè)距儀

3.3 后臺(tái)計(jì)算機(jī)及系統(tǒng)軟件

后臺(tái)計(jì)算機(jī)為windows操作系統(tǒng)，具有無(wú)線通信功能。計(jì)算機(jī)、安裝于測(cè)試端屏柜內(nèi)的相序識(shí)別裝置與安裝于故障模擬屏柜內(nèi)的故障模擬裝置控制設(shè)備等組成一個(gè)無(wú)限局域網(wǎng)，相互傳送信息并執(zhí)行相應(yīng)的操作。電纜故障模擬仿真測(cè)試培訓(xùn)系統(tǒng)由仿真案例生成軟件、實(shí)測(cè)案例錄入軟件與故障模擬仿真測(cè)試軟件等三部分軟件組成。

3.3.1 電纜故障仿真案例生成軟件

如下圖6所示的是電纜故障波形仿真軟件的操作界面，人工設(shè)定電纜的基本參數(shù)（含基本信息、各相的故障類型與故障距離）后，故障波形仿真軟件會(huì)自動(dòng)仿真出各相的、各種測(cè)距方法下的波形，與電纜的基本信息、故障類型、故障距離等數(shù)據(jù)一起形成仿真案例，被存入臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，作為待測(cè)案例待測(cè)。

例如：圖6所示的仿真案例中，人工設(shè)定了如下電纜的基本參數(shù)?；拘畔⒂?，電纜名稱：電纜甲，波速度：172m/μs，電纜全長(zhǎng)：600m。故障類型與故障距離有：A相高阻，故障距離為360m；B相低阻，故障距離為160m；C相完好，無(wú)故障。

圖6 電纜故障波形圖

按A相下的“瀏覽”軟鍵后，在操作界面左側(cè)則顯示出A相對(duì)地的各種測(cè)距方法下的波形，從上到下依次為A相對(duì)地的低壓脈沖波形、脈沖電流波形與二次脈沖波形，以供培訓(xùn)教練或裁判預(yù)覽與參照。其他兩相的故障波形的生成設(shè)置亦是如此。

3.3.2 電纜故障仿真案例生成軟件

在選用低壓脈沖法與二次脈沖法測(cè)距時(shí)，由于不同的測(cè)量范圍，測(cè)距儀向電纜中輸出脈沖的脈寬亦不同，所以不能通過(guò)某個(gè)量程下波形的放大與縮小來(lái)獲得其它量程的波形，故而實(shí)測(cè)案例的錄入是比較繁瑣的，需要實(shí)際的故障探測(cè)時(shí)，把所有測(cè)量范圍內(nèi)的波形數(shù)據(jù)都采集下來(lái)，錄入至案例庫(kù)內(nèi)。實(shí)測(cè)案例庫(kù)內(nèi)的案例可經(jīng)操作軟件讀取、預(yù)覽。實(shí)測(cè)案例一經(jīng)讀取預(yù)覽后，即被存入臨時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，變成待測(cè)案例待測(cè)。案例分為初級(jí)、中級(jí)、高級(jí)三個(gè)層次，每個(gè)案例根據(jù)波形分析的難易程度歸集到對(duì)應(yīng)的層級(jí)，為不同層次的學(xué)員提供針對(duì)性的培訓(xùn)。

3.3.3 電纜故障模擬仿真測(cè)試軟件

按電纜故障模擬仿真測(cè)試軟件分有兩層，第一層為故障模擬，第二層為仿真測(cè)試。

首先，故障模擬軟件會(huì)把電纜各相的故障類型發(fā)送給故障模擬裝置，故障模擬裝置上的控制裝置就會(huì)依照命令設(shè)置各相的故障類型，等待故障測(cè)試人員測(cè)試。例如前文圖片中的仿真案例，故障類型為：A相高阻、B相低阻、C相良好，故障模擬裝置上的控制裝置動(dòng)作后，就在對(duì)應(yīng)相上設(shè)置好所要求的故障類型。

故障模擬裝置設(shè)置好故障后，測(cè)試人員所面對(duì)的就如一條真正的故障電纜，故障測(cè)試也如測(cè)試一條真正的電纜一樣。

綜上所述，這套系統(tǒng)的應(yīng)用有效的解決了單純的故障模擬裝置故障距離相對(duì)固定，故障波形簡(jiǎn)單，不能完全模擬實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)故障波形的缺點(diǎn)，形成了覆蓋初、中、高三級(jí)級(jí)階梯式、系統(tǒng)性、高效率電纜故障測(cè)試人才的培訓(xùn)方案，提高了本單位的高壓電纜檢修能力，積極響應(yīng)了《高壓電纜專業(yè)水平提升三年行動(dòng)計(jì)劃》，明確提出的重點(diǎn)提升電纜故障精準(zhǔn)判斷和快速修復(fù)核心能力，將寧波打造成電纜精益管理國(guó)內(nèi)一流示范城市的要求，為本單位高壓電纜的精益化管理提供了有力的保障。