10kV電力電纜故障檢測(cè)相關(guān)技術(shù)問(wèn)題分析

何維晟 吳照國(guó) 吳海濤 包健康

國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院 重慶 401123

隨著城市發(fā)展的進(jìn)程越來(lái)越快，電力系統(tǒng)向數(shù)字化、綠色化、智能化方向發(fā)展，而超高壓、大長(zhǎng)度、大截面、多樣化和高可靠性成為當(dāng)今電力電纜的發(fā)展趨勢(shì)。電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)椴煌脑蚩赡軙?huì)造成電纜損壞，從而對(duì)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和居民的用電穩(wěn)定造成影響，然而由于電力電纜大多鋪設(shè)于城市的地下，周邊環(huán)境復(fù)雜，一旦發(fā)生故障，很難迅速地檢測(cè)出故障點(diǎn)的準(zhǔn)確部位，從而做出相應(yīng)的對(duì)策。在電纜故障為發(fā)生前，我們有必要了解一下電纜故障的發(fā)生原因和解決辦法。

1 電力電纜的常見(jiàn)故障及原因

常見(jiàn)的線路故障：①短路性故障。電力電纜相間短路,并且大多為電纜生產(chǎn)過(guò)程中存在不規(guī)范的地方引起的。②接地性故障。線路相對(duì)于地面有電壓擊穿，低電阻接地一般的電纜電阻低于10kΩ，高電阻接地一般的電阻高于10kΩ。造成的有絕緣老化、外殼破損、絕緣腐蝕、連接不良等。③斷線性故障。線路某處斷裂，其中當(dāng)電纜受到物理沖擊、天氣突變的等情況時(shí)，都會(huì)造成這種情況。④混合性故障。以上多種情況混合的線路故障。

電力電纜故障的主要原因及應(yīng)對(duì)方法：①外力性損傷。電力公司在電力電纜的保存、輸運(yùn)、安設(shè)的過(guò)程中都可能受到外界環(huán)境的物理?yè)p壞，尤其是已投放多年的電纜。電纜事故中，電力電纜在施工中遭到損壞這一類往往占了50%。通常為了避免這種情況的發(fā)生，提高電力電纜的保存、輸運(yùn)、安設(shè)等各階段的工作質(zhì)量是重中之重。②保護(hù)層腐蝕。城市地底復(fù)雜的電流環(huán)境以及地下酸堿性物質(zhì)的化學(xué)腐蝕使電纜的絕緣層外殼受損，從而起不到絕緣的作用。通常采用的方法是，在復(fù)雜電流地帶安放泄流裝置；當(dāng)敷設(shè)電力電纜的地區(qū)土壤含有大量非中性物質(zhì)時(shí)，通常會(huì)將電纜套在保護(hù)管內(nèi)，并且用中性土壤來(lái)覆蓋。③過(guò)電流、過(guò)電壓運(yùn)作。當(dāng)運(yùn)輸過(guò)程中電壓規(guī)格選擇不當(dāng)，或者在線路工作過(guò)程中突然電壓突變，都有可能使絕緣電力電纜受到電擊穿。這就需要工作人員加強(qiáng)日常的巡視檢查、改善電力電纜的運(yùn)行環(huán)境來(lái)解決。④戶外終端頭浸水。因施工不良，絕緣膠未灌滿，導(dǎo)致終端頭浸水，最終發(fā)生爆炸。因此在敷設(shè)電力電纜時(shí)，要嚴(yán)格執(zhí)行施工規(guī)范，認(rèn)真檢查驗(yàn)收；加強(qiáng)日常巡檢和及時(shí)維修不良點(diǎn)[1]。

2 電力電纜故障檢測(cè)方法

目前，我國(guó)電網(wǎng)中輸配電線路主要是靠大量的電力電纜，因此，對(duì)電力電纜的運(yùn)行情況和故障進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)是保證其穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)居民用電穩(wěn)定的具有重大意義。

2.1 電力電纜故障粗測(cè)

①低壓脈沖法。低壓脈沖法又叫脈沖反射法，是指故障電纜的故障電阻比較小時(shí)，采用的一種低壓脈沖測(cè)量方法，根據(jù)鼎升電力的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)電阻小于200歐姆時(shí)，向電纜注入低壓脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)沿電纜傳播到阻抗不匹配點(diǎn)，如：故障點(diǎn)，中間接頭，短路點(diǎn)等，低壓脈沖即產(chǎn)生反射信號(hào)，被電纜故障測(cè)試儀主機(jī)記錄，故障電纜的定位是通過(guò)兩點(diǎn)的電位差實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)準(zhǔn)確定位。②高壓脈沖法。高壓脈沖法是利用高壓信號(hào)使電纜的故障瞬間變成短路或低阻故障，使故障點(diǎn)反射系數(shù)接近-1，故障點(diǎn)近乎產(chǎn)生全反射。通常有兩種基本的閃絡(luò)法，即直閃法和沖閃法。

2.2 電力電纜故障點(diǎn)精測(cè)

（1）聲測(cè)法。對(duì)電力電纜故障點(diǎn)不斷進(jìn)行放電，放電會(huì)在線路損傷處引起聲波和振動(dòng)。這時(shí)，工作人員使用傳感器接收到這種聲波振動(dòng)。根據(jù)測(cè)量部位的放電的波形大小，波峰最明顯的地方對(duì)應(yīng)故障的準(zhǔn)確部位。這種方法一般用于低阻接地造成的故障，對(duì)于其余接地的故障通常不使用這種方法。

（2）聲磁同步法。當(dāng)周圍環(huán)境復(fù)雜，敷設(shè)比較深的電力電纜時(shí)，通常采用聲磁同步法，聲表頭反映聲測(cè)探頭接收到的震動(dòng)波，磁表頭和耳機(jī)同時(shí)指示故障點(diǎn)放電時(shí)同步接收電磁波。當(dāng)沒(méi)有收到信號(hào)時(shí)，利用聲磁同步的電磁波接收功能，能夠有效了解球間隙放電規(guī)律，在復(fù)雜的地下辨別出故障點(diǎn)位置。

（3）音頻感應(yīng)法。音頻感應(yīng)法主要是用音頻信號(hào)發(fā)生器在電力電纜短路的兩相線間通上音頻電流。工作人員使用儀器對(duì)電力電纜進(jìn)行巡檢，當(dāng)檢測(cè)信號(hào)最大時(shí)，就是故障的地點(diǎn)。

3 電纜診斷檢測(cè)技術(shù)的重要性

目前，隨著科技的不斷進(jìn)步發(fā)展，電力系統(tǒng)行業(yè)也迎來(lái)巨大的機(jī)遇，面對(duì)艱巨的挑戰(zhàn)，作為電力系統(tǒng)至關(guān)重要的電能運(yùn)輸一環(huán)，電力電纜的運(yùn)行安全至關(guān)重要。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電力電纜必將大量應(yīng)用于電力系統(tǒng)以及其運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，電力電纜線路發(fā)生故障的概率無(wú)疑會(huì)逐漸增加。

而且，電力電纜一般敷設(shè)于都市的地下，并且電纜線路被絕緣層包裹，每當(dāng)發(fā)生故障后定位困難、檢修任務(wù)艱巨，十分容易造成大規(guī)模的停電事故，影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)和居民的日常使用，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)威脅電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

電力電纜診斷檢測(cè)技術(shù)，涵蓋了電力電纜故障診斷、定位以及電力電纜在輸電中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。檢測(cè)技術(shù)一方面能夠快速診斷出電纜已發(fā)生故障的類型和位置，為電力電纜維修提供支持；另一方面可評(píng)估電力電纜的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜運(yùn)行中存在的安全隱患，提高電力電纜運(yùn)行的安全可靠性。在未來(lái)，對(duì)電力電纜的診斷檢測(cè)，將向著實(shí)時(shí)、在線、智能化、網(wǎng)絡(luò)化等方向發(fā)展。

（1）電力電纜在線監(jiān)測(cè)技術(shù)?，F(xiàn)有電力電纜診斷檢測(cè)方法大多屬離線檢測(cè)。隨著網(wǎng)絡(luò)化、信息化技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)電力電纜進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)將成為可能。實(shí)施電力電纜在線監(jiān)測(cè)，應(yīng)充分考慮電纜的頻帶特性，所用激勵(lì)信號(hào)的頻率應(yīng)盡量遠(yuǎn)離工頻。例如，可在電纜正常運(yùn)行下發(fā)射高頻脈沖(時(shí)域行波反射法)，以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)信號(hào)與電能傳輸?shù)募嫒荨?/p>

（2）電力電纜運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢。實(shí)現(xiàn)電力電纜在線監(jiān)測(cè)后，更需要建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，即通過(guò)有線或無(wú)線方式，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的互聯(lián)和共享，并逐步建立電力電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，以更為準(zhǔn)確地評(píng)估和預(yù)測(cè)電力電纜的運(yùn)行狀況。

（3）多種電力電纜診斷檢測(cè)技術(shù)聯(lián)合。由于不同的電纜診斷檢測(cè)技術(shù)的準(zhǔn)確性受具體被測(cè)對(duì)象和檢測(cè)環(huán)境等的限制，均不同程度地存在檢測(cè)盲區(qū)。將多種診斷檢測(cè)技術(shù)聯(lián)合使用，可有效覆蓋單一方法的不足，獲得更高的檢測(cè)準(zhǔn)確性和可靠性。

4 電纜診斷檢測(cè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)及新技術(shù)

4.1 電力電纜診斷未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)：

（1）電力電纜運(yùn)行故障的自動(dòng)識(shí)別。在所建立的電力電纜在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)上，應(yīng)具備智能專家系統(tǒng)，旨在根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的變化特征，自動(dòng)匹配并識(shí)別相應(yīng)的故障；且更進(jìn)一步地，可在識(shí)別出具體故障后做出及時(shí)響應(yīng)，以防止故障影響的擴(kuò)大化。

（2）直流電力電纜診斷檢測(cè)技術(shù)。如前所述，基于種種優(yōu)點(diǎn)，直流電纜輸電已越來(lái)越受到電力行業(yè)重視。然而，目前的電纜診斷檢測(cè)技術(shù)均是針對(duì)交流電力電纜的。及早研究直流電纜運(yùn)行、老化和故障產(chǎn)生機(jī)理，并提出相應(yīng)檢測(cè)技術(shù)和在線監(jiān)測(cè)方案，無(wú)疑是該領(lǐng)域今后的重要任務(wù)。

4.2 電纜故障測(cè)距的方法

（1）實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)。實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)：即用人工智能來(lái)模擬專家的思考方式，提出某一重大問(wèn)題的解決方法。檢測(cè)專家系統(tǒng)將互聯(lián)網(wǎng)知識(shí)庫(kù)作為計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，并且用一套人為設(shè)定的準(zhǔn)則來(lái)維護(hù)和更新數(shù)據(jù)庫(kù)。它依據(jù)電力電纜故障檢測(cè)的三個(gè)主要內(nèi)容，把檢測(cè)步驟分為三個(gè)階段：故障診斷、故障預(yù)估、故障精確定位。

（2）小波變換應(yīng)用在電纜故障測(cè)距。小波變換：具有表征特征信號(hào)突變特征的能力以及對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)的良好的處理效果，可以從不同尺度下信號(hào)小波變換的結(jié)果進(jìn)行干擾分析和抑制、提取信號(hào)故障特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)故障測(cè)距。

4.3 電纜故障定點(diǎn)的新方法

①人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)是一種以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能計(jì)算系統(tǒng)。具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)、記憶、聯(lián)想、識(shí)別等能力，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中。電纜的故障測(cè)距是一種映射關(guān)系，這種關(guān)系受到故障過(guò)渡電阻、運(yùn)行方式等不同程度的影響，很難用精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以避開(kāi)數(shù)學(xué)模型難以描述的問(wèn)題，為故障檢測(cè)提供了一種全新的方法。②GPS(全球定位系統(tǒng))行波故障定位。利用全球定位系統(tǒng)(GPS)，來(lái)進(jìn)行電纜線路故障點(diǎn)的距離測(cè)量，將電纜故障檢測(cè)技術(shù)推向了一個(gè)新高度。該系統(tǒng)采用電纜兩端的時(shí)間差來(lái)定位。③分布式光纖溫度傳感器(FODT)。利用分布式光纖傳感器，將光纖復(fù)合到電力電纜中，制成復(fù)合電纜，通過(guò)激光脈沖的射入時(shí)間與反射脈沖的到達(dá)時(shí)間差評(píng)估故障點(diǎn)的實(shí)際距離，并且還可以通過(guò)監(jiān)測(cè)故障點(diǎn)周圍的溫度情況來(lái)隨時(shí)監(jiān)測(cè)電力電纜運(yùn)行狀況。

5 結(jié)束語(yǔ)

電力電纜的飛速建設(shè)影響了我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)、輸、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)。而其發(fā)展不僅給電纜診斷監(jiān)測(cè)技術(shù)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，同時(shí)還促進(jìn)了其發(fā)展。新型的電纜診斷監(jiān)測(cè)技術(shù)也在電網(wǎng)建設(shè)中的到了廣泛應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展，監(jiān)測(cè)的手段越來(lái)越多，其對(duì)應(yīng)的故障診斷技術(shù)也得到發(fā)展以適應(yīng)電網(wǎng)中所出現(xiàn)的不同類型的故障。診斷技術(shù)與監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。