常見電纜故障的探測方法及應(yīng)用

許湛揚(yáng)　羅航

【關(guān)鍵詞】常見電纜故障；探測方法；應(yīng)用研究；配網(wǎng)；故障定位技術(shù)

前言

為有效降低配網(wǎng)架空路線所產(chǎn)生的費(fèi)用，提高配網(wǎng)線路的安全性穩(wěn)定性，在配網(wǎng)建設(shè)中電纜得到了廣泛的應(yīng)用。同時，由于電纜長期掩埋于地下潮濕環(huán)境之中，所以電纜非常容易受到潮濕環(huán)境的影響，從而導(dǎo)致電纜絕緣性大大降低。當(dāng)電纜發(fā)生故障時，若無法及時對電纜故障進(jìn)行處理與維護(hù)，則會導(dǎo)致配網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的故障，所以配網(wǎng)電纜故障探測及故障位置定位研究成為配電網(wǎng)從業(yè)人員所需要關(guān)注的熱點問題[1]?；诖耍疚膶ε渚W(wǎng)中常見的電纜故障探測方法及應(yīng)用展開探究，并提出相應(yīng)的改善方式。這對促進(jìn)配網(wǎng)供電的穩(wěn)定性和安全性具有重要的現(xiàn)實意義。

一、配電網(wǎng)中常見電纜故障探測的重要性

在針對配網(wǎng)電纜的故障進(jìn)行探測時，傳統(tǒng)人工電纜檢測的方法已經(jīng)無法充分滿足現(xiàn)階段對電纜故障探測的精確度高與低成本等方面的需求。因此，國內(nèi)配電網(wǎng)電力系統(tǒng)的發(fā)展以及電纜故障問題的探測會逐漸向智能化、自動化方向發(fā)展。自動化控制技術(shù)與故障探測技術(shù)兩者之間的有效結(jié)合，能夠快速、精準(zhǔn)地實現(xiàn)對電纜故障位置的定位，及時處理配網(wǎng)電纜故障，以此充分保障配電網(wǎng)電力系統(tǒng)的電能穩(wěn)定輸出。

二、配網(wǎng)電纜故障的原因及分類

（一）故障原因

圖1 配網(wǎng)電纜的機(jī)械損傷示意圖

城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，由于城市土地資源相對比較稀缺，傳統(tǒng)的配網(wǎng)架空線路設(shè)計嚴(yán)重影響了城市的規(guī)劃發(fā)展。如今，電力電纜線路已經(jīng)逐漸替代了傳統(tǒng)配網(wǎng)架空線路的設(shè)計。根據(jù)電纜技術(shù)的發(fā)展，電纜所承受的電壓等級得到了進(jìn)一步的提高，其電纜的絕緣材料設(shè)計，從常見的橡膠絕緣材料轉(zhuǎn)變成了氣體絕緣材料、交聯(lián)聚乙烯、合成橡膠和聚氯乙炔等性能更好的絕緣材料。但受配網(wǎng)常見故障的維護(hù)工作影響，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對電力故障進(jìn)行探測研究，并制定完善的電纜故障維護(hù)的方法[2]。

（二）常見電纜故障分類

配網(wǎng)常見電纜故障一般分為電纜外部故障、電纜自身故障以及低阻電纜故障等類型。其中，從配網(wǎng)電纜的外部故障方面來看，主要是由于電纜線路在實際鋪設(shè)作業(yè)時，可能受到施工設(shè)備的影響，造成電纜發(fā)生機(jī)械損傷，具體情況見圖1所示。并且，在實際施工過程，電纜施工工藝也會對電纜的絕緣材料造成一定程度的影響，導(dǎo)致絕緣性下降或電纜斷裂的情況發(fā)生，進(jìn)而引發(fā)電纜故障，使得配網(wǎng)電力傳輸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行受到嚴(yán)重影響[3]。此外，配網(wǎng)電纜在運(yùn)行過程中還存在開路故障、高阻電纜故障和低阻電纜故障等問題。具體見表1所示。

表1 常見電纜線路的故障分類

三、配網(wǎng)中常見的電纜故障探測方法研究

（一）電纜故障探測技術(shù)

1、紅外線探測技術(shù)

如果配電網(wǎng)中電纜突發(fā)故障時，受電纜自身阻抗上升影響，可能會造成配電電纜溫度急速升高，甚至超過電纜自身承受的極限，最后導(dǎo)致電纜被燒毀，具體電纜燒毀故障見圖2所示。

圖2 電纜燒毀故障示意圖

這時可以通過對電纜線芯的溫度方面展開測量，并借助紅外線成像儀設(shè)備，對配網(wǎng)電纜線路進(jìn)行溫度掃描。而紅外線成像儀的應(yīng)用，可以直觀地對配網(wǎng)電纜中超過標(biāo)準(zhǔn)溫度的電纜進(jìn)行熱點定位，以此結(jié)合溫度的變化結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對電纜線路中存在的故障發(fā)生點進(jìn)行判斷。并且，由于紅外線探測技術(shù)具備操作簡單和高效故障檢測等優(yōu)點，在配網(wǎng)電纜故障探測方面得到了廣泛的應(yīng)用[4]。

2、高頻感應(yīng)技術(shù)

該項技術(shù)的實現(xiàn)主要是利用電磁波信號發(fā)生設(shè)備，向配網(wǎng)電纜輸入高頻電流，然后利用電磁波，進(jìn)行電纜線路鋪設(shè)。同時，還需要對電纜周圍的電磁場信號進(jìn)行收集，并對其收集的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再將結(jié)果載入顯示器。最后，根據(jù)其數(shù)值實現(xiàn)對電纜故障位置進(jìn)行定位。此外，該項技術(shù)的信號具有較強(qiáng)的抗干擾能力和易操作性，所以在電纜故障檢測方面得到有效應(yīng)用。

3、遙測法

在配網(wǎng)電纜線路發(fā)生接地故障時，遙測探測法的應(yīng)用是借助萬能遙測電筆實現(xiàn)對故障的快速查找。如借助遙測筆的通斷檢測功能實現(xiàn)對配網(wǎng)電纜與電纜的斷路線進(jìn)行檢測，以及將斷路線與交流電源火線進(jìn)行連接。遙測筆在對電源火線端的電纜以及電線進(jìn)行檢測時，隨著電纜線路的移動一直到故障點的位置，遙測筆就會停止響聲。不過，遙測法在配網(wǎng)電力電纜線路的故障探測過程中，一般還會受其環(huán)境因素的影響，如環(huán)境濕度的影響、磁場干擾影響等，導(dǎo)致電纜故障探測不準(zhǔn)確。如果配網(wǎng)電力系統(tǒng)中變壓器數(shù)量得到增加、且受到架空交叉連接、地埋線路、地質(zhì)情況的影響，利用遙測法對配網(wǎng)電力電纜故障進(jìn)行探測和排查，就會導(dǎo)致探測排查數(shù)據(jù)失真，使得配網(wǎng)電纜故障無法得到及時地探測和排除[5]。

4、錄波器

在配網(wǎng)電纜線路運(yùn)行過程中，利用配網(wǎng)系統(tǒng)中所安裝的故障錄波器，能夠為配網(wǎng)電纜線路的實際運(yùn)行狀況提供相應(yīng)的支撐。并且，借助故障錄波器中所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對故障點位置的及時、快速判斷。故障錄波器會對在配網(wǎng)電纜線路的故障發(fā)生前后的電流和電壓數(shù)值進(jìn)行全面的記錄，以此為電纜的故障類型探測和原因分析提供相應(yīng)的依據(jù)，從而實現(xiàn)對配網(wǎng)電纜故障的具體定位。所以，在故障錄波器自動化裝置的應(yīng)用前，可以將關(guān)于配網(wǎng)電纜線路的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行參數(shù)提前錄入到錄波器設(shè)備當(dāng)中，隨時準(zhǔn)備投入使用[6]。

5、監(jiān)控中心

除了上述幾種電纜故障探測技術(shù)方法之外，還可以利用配網(wǎng)中心監(jiān)控系統(tǒng)中的配網(wǎng)接線圖，對電纜的運(yùn)行情況進(jìn)行分析。因此，當(dāng)配網(wǎng)電纜線路發(fā)生故障時，系統(tǒng)可直接發(fā)出電纜故障信號，同時，相關(guān)接收設(shè)備會接收信號，并將其上傳到在線監(jiān)控中心，然后由專業(yè)人員利用對應(yīng)軟件對電纜故障問題實施分析。所以，當(dāng)電纜線路內(nèi)部發(fā)生故障燈變化時，這就表示電纜線路存在異常，且報警系統(tǒng)也會顯示相應(yīng)的故障警示信息，并發(fā)送到故障負(fù)責(zé)人手中，以此對電纜故障線路進(jìn)行故障排查和處理。

（二）配網(wǎng)電力電纜故障探測流程分析

配網(wǎng)電纜線路故障流程主要從4個方面實現(xiàn)：電纜故障定點、電纜故障位置測距以及電纜故障性質(zhì)診斷分析和電纜故障探測準(zhǔn)備工作等。

1、電纜故障探測前的準(zhǔn)備工作

配網(wǎng)電纜故障探測工作人員在進(jìn)行電纜故障探測時，首先需要精準(zhǔn)掌握電纜故障線路的設(shè)計資料，如電纜運(yùn)維和檢修資料等，其中包含了電纜線路路徑信息、電纜走向以及電纜路面標(biāo)志信息、電纜長度以及電纜中間接頭位置信息等。其次，需要準(zhǔn)備相關(guān)電纜故障探測測量設(shè)備，并對設(shè)備的合格情況進(jìn)行檢驗。如紅外成像儀設(shè)備、夜間探測設(shè)備等，并根據(jù)實際配網(wǎng)電纜故障探測作業(yè)情況，制定完善的安全措施。

2、電纜故障性質(zhì)診斷

在對電纜存在的故障性質(zhì)進(jìn)行診斷分析時，首先需要借助絕緣電阻表與萬用表等設(shè)備，對電纜線路當(dāng)中所存在的故障及其類型進(jìn)行判斷，為后續(xù)電纜故障測距以及電纜故障定點等提供相應(yīng)的依據(jù)，并為配網(wǎng)電纜故障探測工作奠定堅實的基礎(chǔ)。在配網(wǎng)電纜故障探測時，需要進(jìn)行導(dǎo)通實驗，對相接地或相不接地的導(dǎo)通情況進(jìn)行判斷。其次，需要針對電纜絕緣電阻的情況進(jìn)行測量，以此來保障絕緣電阻表中的各個相能夠?qū)崿F(xiàn)分別測量。因此，如果相接地不導(dǎo)通，那么絕緣電阻值就會呈現(xiàn)無窮大或者正常的狀態(tài)，這就說明此相為電纜斷線故障。如果相接地導(dǎo)通類當(dāng)中，絕緣電阻值小于正常的值，這時可以使用萬用表對電纜絕緣電阻值進(jìn)行精準(zhǔn)測量。且測量阻值若是小于1kΩ，那么該相則為低阻故障；反之就是高阻故障（具體詳細(xì)情況見表1所示）[7]。

3、電纜故障測距分析

針對配網(wǎng)電纜線路中存在的故障問題進(jìn)行測距分析時，可以選擇利用脈沖電流法、低壓脈沖法或者二次脈沖法等對電纜的故障點和探測點之間的距離進(jìn)行判斷。以此對電纜故障點的大致范圍進(jìn)行確定，并為電纜故障的位置定點提供相應(yīng)的支持。如，利用低壓脈沖法針對配網(wǎng)電纜故障測距之前，對電纜的長度進(jìn)行測量，然后結(jié)合測量的結(jié)果選擇對應(yīng)的電纜故障測距方法，具體見表2所示。

表2 配網(wǎng)電纜線路的故障測距方法

（三）配網(wǎng)電纜故障距離測量分析

當(dāng)電纜故障完成初步判斷操作之后，需要專業(yè)維護(hù)人員結(jié)合標(biāo)記的配網(wǎng)電纜進(jìn)行故障點距離測量，如利用阻抗法、電橋法等。因此，對電纜的線路中存在故障問題進(jìn)行探測時，可以利用阻抗法來對配網(wǎng)電纜線路當(dāng)中的均勻線路進(jìn)行假設(shè)，然后以線路集中參數(shù)模型為基礎(chǔ)，利用電纜故障測距設(shè)備實現(xiàn)對電纜的測量，以此可以得到電纜的電流電壓值。這時，通過計算得到回路的阻抗值，最后根據(jù)電纜線路自身的長度和阻抗值兩者之間的關(guān)系，對電纜故障測距設(shè)備和電纜故障位置之間的距離進(jìn)行計算，并為電纜故障位置定位提供相應(yīng)的依據(jù)。

（四）配網(wǎng)電纜故障定點分析

當(dāng)完成配網(wǎng)電纜故障的測距工作之后，故障維修人員需要對電纜故障點進(jìn)行快速的確認(rèn)，并結(jié)合相應(yīng)的故障情況選擇對應(yīng)的處理方案。如針對110kv配網(wǎng)電纜線路的故障位置進(jìn)行定點時，然后利用聲磁同步法或聲測定點法等先進(jìn)的技術(shù)方法，完成對配網(wǎng)電纜故障位置進(jìn)行精準(zhǔn)的探測，就可以得到電纜故障的測距結(jié)果。如，在實際電纜故障測量過程中，利用聲測定點法進(jìn)行電纜測量時，會遭受周圍環(huán)境的影響。因此選擇利用聲磁同步的方法，對電纜故障檢測，結(jié)合電纜故障點位置與電磁波振動聲波同步的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)埋地電纜的故障進(jìn)行檢測與分析，然后再通過人為的方式對電纜現(xiàn)場故障情況與干擾情況進(jìn)行逐一排查。最后，借助聲磁時間差的轉(zhuǎn)換方法就能夠得到定點探頭和電纜線路故障位置之間的實際距離數(shù)值，且該數(shù)值能夠在顯示屏上顯示出來。同時，需要對測量所得到的電纜故障距離、電磁信號、聲波信號等進(jìn)行存儲記錄。

四、案例分析

為了進(jìn)一步實現(xiàn)配網(wǎng)中常見的電纜故障的探測，本文以某條10kV電纜線路中發(fā)生的故障問題展開故障探究。

（一）配網(wǎng)電纜故障性質(zhì)的診斷

在電纜故障前，需要對電纜線路展開導(dǎo)通測試，對電纜的絕緣性和電阻、直流耐壓等進(jìn)行試驗分析，并探討電阻測量結(jié)果及耐壓擊穿情況，具體結(jié)果見表3所示。

從下表3當(dāng)中來看，該配網(wǎng)電纜線路并無斷線故障，且1、3相均為完好的相，而2相位高阻故障。

表3 配網(wǎng)電纜故障線路的導(dǎo)通實驗結(jié)果

（二）故障測距分析及定點

首先，從電纜故障測距上來看，針對2相的電纜高阻故障測距時，可以選擇利用故障測距設(shè)備和脈沖電流的方法進(jìn)行測距，以此可以得到準(zhǔn)確的電纜故障點與故障探測點的距離。圖三如下。

圖3 電纜故障測距現(xiàn)場圖

其次，在電纜故障的定點時，針對2相的配網(wǎng)電纜高阻故障展開故障定位，主要是根據(jù)電纜故障的測距結(jié)果，并借助對應(yīng)的測量設(shè)備等，實現(xiàn)對此相的電纜故障定點。最后，通過核查發(fā)現(xiàn)，配網(wǎng)電纜線路接頭處存在故障。

五、常見電纜故障的預(yù)防對策

（一）加強(qiáng)提高工作人員的專業(yè)技能

在探測配網(wǎng)電纜線路中存在的故障時，探測人員的專業(yè)技能就顯得極為重要。因此，可以通過對電纜的管理制度方面進(jìn)行優(yōu)化和完善，并將配網(wǎng)電纜線路的鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等合理歸納到對應(yīng)的規(guī)章當(dāng)中，然后結(jié)合實際情況對工作人員展開相應(yīng)的培訓(xùn)。同時，電纜鋪設(shè)工作中，需要避免安全隱患發(fā)生，只有這樣才能夠促進(jìn)電纜故障探測效率和精準(zhǔn)度得到提升。最后，可以通過提高工作人員責(zé)任感，有效避免不良事故的發(fā)生，使得電纜故障發(fā)生的概率得到降低，促進(jìn)配網(wǎng)電力的穩(wěn)定性提高。

（二）提高配網(wǎng)調(diào)度機(jī)制

降低電纜故障發(fā)生的概率，需要充分利用配網(wǎng)調(diào)度機(jī)制設(shè)計方案，實現(xiàn)對配網(wǎng)的管理。如，結(jié)合配網(wǎng)中電纜故障探測和處理的實際情況進(jìn)行分析，應(yīng)當(dāng)堅持配網(wǎng)的調(diào)度原則進(jìn)行調(diào)度機(jī)制設(shè)計，實現(xiàn)對電纜的集約化管理。但配網(wǎng)調(diào)度的管理面積較大，一旦發(fā)生調(diào)度失誤就會造成嚴(yán)重的后果。因此，這就要提高對配網(wǎng)的調(diào)度管理作業(yè)的重視，并進(jìn)一步明確職責(zé)分工，從而為配網(wǎng)調(diào)度作業(yè)的順利實施提供相應(yīng)的依據(jù)，促進(jìn)配網(wǎng)電纜管理水平得到提升。

（三）合理選擇材料

除此之外，可以通過提升配網(wǎng)電纜的制造工藝水平，并嚴(yán)格要求作業(yè)人員要十分熟悉配網(wǎng)電纜的整體施工環(huán)節(jié)與流程。另外，要選擇品質(zhì)優(yōu)越的電纜，從產(chǎn)品源頭有效降低電纜的故障發(fā)生概率。同時，需要從每個環(huán)節(jié)入手，加強(qiáng)對施工質(zhì)量的嚴(yán)格管理和把控。最后，需要充分對電纜使用過程中存在的安全因素影響進(jìn)行分析，如機(jī)械施工導(dǎo)致電纜外部材料破損、施工環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致電纜保護(hù)層受到擠壓或破損等問題。因此，如果在價格合理的情況下，還需要選擇優(yōu)質(zhì)的電纜保護(hù)材料，以此使得配網(wǎng)電纜使用壽命得到延長，促進(jìn)配網(wǎng)電纜的性能與穩(wěn)定性得到提高[8]。

結(jié)語

在智能化配電網(wǎng)建設(shè)過程中，常見的電纜故障探測方法與應(yīng)用保障了配網(wǎng)供電的安全性和穩(wěn)定性。尤其是針對地下埋設(shè)的配網(wǎng)電纜故障問題，本文探究的電纜故障探測方法，不僅打破了傳統(tǒng)電纜故障探測方法的局限性，還為電纜故障的檢修服務(wù)提供方案，以此使得電纜的穩(wěn)定運(yùn)行和安全性得到保障。同時，在針對配網(wǎng)運(yùn)行管理時，進(jìn)一步加強(qiáng)對電纜故障探測工作的分析，還可以為電纜故障的探測提供相應(yīng)的支撐，并實現(xiàn)全方位自動化定位與動態(tài)監(jiān)測。