配電電纜故障診斷方法

李明生，閉永秀

（廣西電網(wǎng)有限責任公司北海供電局，廣西 北海 536006）

0 引 言

隨著配電網(wǎng)線路數(shù)量的增加，溫度、濕度的改變，運行時間長，都會造成電纜絕緣的老化，甚至發(fā)生故障，影響電網(wǎng)運行的安全和穩(wěn)定。因此，在配電電纜線路出現(xiàn)故障時，必須快速、準確、有效地發(fā)現(xiàn)電纜線路的故障，并進行有效處理，減少因電纜故障而造成的斷電時間。由于城市電纜大多分布在地下，其維修和檢查工作十分繁重，需要耗費大量的人力物力。本文介紹了1種能夠對主絕緣故障進行檢測、對電纜外套管故障進行預定位的故障診斷方法。

1 研究背景

電纜外層往往被埋在潮濕的地底，長期使用后，電線外層的絕緣層會因為潮濕而產生“水樹枝”現(xiàn)象，從而導致電纜發(fā)生故障。由于電纜中的故障種類繁多，必須對其進行分類，采取對應的維修措施。

在常規(guī)故障診斷模式中，主要依靠故障后的穩(wěn)定工作頻率來進行識別。在線纜的故障識別中有2大類：一是測距，二是定位。前者主要是通過測量工具量測電纜的故障位置至試驗點之間的電纜長度，從而對故障范圍進行初步估計，避免盲目地查找故障原因。后者則是通過檢測儀器來判別故障的強度，從而逐步確定故障的位置。

常用的線纜故障診斷技術包括初始定位和準確定位。初始定位就是大致確定故障的位置，而準確定位則是通過粗略測量來確定故障的確切位置。粗略測量法主要有阻抗法、行波法、電橋法以及低壓脈沖反射法等，能夠準確地識別出電網(wǎng)的斷路網(wǎng)和低電阻故障，但無法準確地識別出高電阻的故障[1]。

2 配電網(wǎng)電纜出現(xiàn)故障的原因

2.1 人為因素

（1）管理方面。配電網(wǎng)敷設在地面，對線路的具體維護工作不能忽視，要定期進行檢查和維護，保證電纜的正常使用。如果在使用過程中，由于管理不善或疏忽，將會導致配網(wǎng)的電纜發(fā)生故障。

（2）材質因素。不同區(qū)域的電纜材質差異較大，需要綜合考慮氣候、溫度等因素。在鋪設電纜時，工人為了節(jié)省成本，材料有明顯的質量問題，可能導致電纜故障。

2.2 環(huán)境影響

（1）電腐蝕。從整體上看，配電網(wǎng)本身的構造比較復雜，特別是在鋪設電纜時，要穿過幾個特別的地方。如在鐵路沿線敷設電纜，會導致電蝕現(xiàn)象，這種故障多發(fā)生在長期的電力磁場中。嚴重的腐蝕，甚至有可能造成絕緣層的損壞，導致電力故障。

（2）化學腐蝕。類似于電腐蝕，是1種在電纜鋪設的過程中，會產生大量的酸性、堿性廢水和腐蝕性化學物質。由于長期使用，導致電纜表層出現(xiàn)嚴重的銹蝕，從而導致了電纜的工作失效。

（3）地表塌陷。在許多沿海地區(qū)，軟土層面積比較大，在鋪設完電纜后，需要進行長期的施工，在此情況下，極易產生軟土的沉陷，從而引起纜索本身的受力變化，誘發(fā)其在使用中的失效。

（4）自然災害。由于許多地區(qū)經常發(fā)生暴雨、酸雨、凍害等自然災害，對配電網(wǎng)的安全造成了嚴重的影響，必須針對實際情況制定應對措施。

2.3 其他因素

（1）接地放電。由于某些因素的影響，會使電纜發(fā)生接地短路故障。

（2）震動斷裂。通常情況下，電纜所處的地面會被大面積擴張，從而引起電纜的頻繁震動，造成電纜外殼的損壞，從而導致線路的操作失效。

（3）超負荷運行。由于其他因素，電力供應緊張的情況會加重，從而使電纜一直處于超載狀態(tài)，使線路出現(xiàn)老化問題。

（4）接地電阻對配電網(wǎng)的影響。通過對地電阻阻值的測定，可以為配電網(wǎng)的整體故障排除提供一定的依據(jù)。同時，由于接地電阻附近的土壤不可能完全保持均勻，導致電阻參數(shù)的測量出現(xiàn)一定的誤差，從而影響到電纜的故障定位[2]。

3 電纜故障診斷裝置

電纜的故障診斷方法有電阻法、電橋法、脈沖法等。其中，故障診斷、粗測定點、精確定點是診斷的關鍵環(huán)節(jié)。采用上述方法進行電纜故障定位，不但耗時較長，需要采用多種診斷手段提高檢測準確率，而且埋在地底的實際故障與診斷的位置存在著一定的誤差，從而極大地影響了電纜故障的診斷準確率。因此，為了提高故障診斷的準確性，縮短停電時間，本文采用電纜故障診斷裝置。其包括控制、交互、采集等模塊，輸出模塊，高壓產生模塊以及開關模塊等。各部件之間的聯(lián)系是控制與交互模塊、輸出模塊、高壓模塊、采集模塊與輸出模塊相連，控制模塊對輸出模塊進行控制，高壓產生模塊輸出信號由開關器件輸出。交互式功能主要是設定參數(shù)和指令，然后向控制模塊發(fā)送指令，人機交互模塊由按鍵、顯示器等組成，操作人員可按指令輸入全部長度的電纜參數(shù)，操作啟動、停止、升壓、降壓等按鍵，并由顯示器輸出測試的電壓、電流、電阻、故障距離等。

該系統(tǒng)主要功能是對開關設備的輸出和反饋進行采集，然后將其傳輸給控制模塊，通過計算和處理得到相應參數(shù)，再將其反饋給交互模塊，將1個恒定的直流電流（Direct Current，DC）輸入到由故障相和基準相構成的環(huán)路。開關設備是用來響應控制模塊所發(fā)出的指令而輸出 DC或高電壓信號，并將其應用到線纜。因為輸入的2個信號是直流低電壓和高電壓，為了防止彼此的干擾，在輸入端采用開關方式[3]。

4 配電網(wǎng)電纜線路故障檢測方法和措施

4.1 定期開展電力電纜試驗

為了進一步提高配電網(wǎng)電力故障診斷水平，必須對電纜運行狀況進行實時監(jiān)測，以便對其進行及時的維修和管理。在試驗過程中有2個主要的工作。

（1）測定絕緣電阻。從工作的觀點出發(fā)，可以從絕緣電阻的大小，全面地分析電纜的工作狀況。在具體的絕緣電阻測試方面，要重視對實驗數(shù)據(jù)的變化規(guī)律的總結，并通過對具體的測量數(shù)據(jù)進行對比分析，以揭示其不足之處。

（2）直流電壓測試及漏電測試。通過直流耐壓測試，可以了解電纜的力學破壞程度、生產工藝中的缺陷等，而用數(shù)字方法測量電纜的絕緣狀況和潮濕問題，避免發(fā)生更嚴重的問題。

由此不難看出，在電纜的正常使用中，經常進行檢測和測試是非常有必要的。1年至少要進行1次測試，一旦問題未得到解決，便需加大測試的力度，直到達到標準，才能投入使用[4]。

4.2 腐蝕、損壞以及質量控制

從上述介紹中可以看出，配電網(wǎng)電纜在長期運行的情況下，很容易出現(xiàn)腐蝕、損壞等問題。為此，有關單位應加強對配電網(wǎng)電纜的管理和維修工作，以防止外部力量對配電網(wǎng)電纜造成破壞，同時減少周邊交通工具的碰撞；為了防止在使用中因外部力量而造成的損壞和腐蝕，需對某些安全線路進行合理的選擇。

另外，在鋪設電纜時，應加強對光纜的質量檢查，保證其符合有關規(guī)定后，再進行下一步的施工。此外，各有關單位必須保證完整的線材檢驗體系，從根源上保證線材的質量。在電纜故障檢修中，有可能會涉及更換線纜的問題，更換時還會使用某些新材料，這時有關人員要加強對材料和設備的檢查；對供應商進行資格審查，防止有問題的材料流入工地[5]。

4.3 配電電纜線路日常維護管理

（1）在配電電纜線路的維護與管理中，必須建立健全的管理制度。特別是對配電電纜線路的維護，如果管理體系有問題，可能導致整個線路檢修工作不順暢，從而錯失救援最佳時間，影響到維護的效率。因此，在配電電纜線路維護中，有關部門必須加強維護管理體系，使之能夠真正達到規(guī)范要求。

（2）提高配電網(wǎng)穩(wěn)定運行有效的方法是要使整個維修工作有一個系統(tǒng)的規(guī)劃，并使之與電力公司工作需求相適應，使各部門工作都能按特定的需求和計劃進行，分工明確，保證了電纜的維護、管理工作的規(guī)范化，保證電纜線路維護工作的正常運行。如在更換老化電纜時，有關部門要提前做好各種準備工作，為后期的工作提供良好的環(huán)境[6]。

4.4 配電網(wǎng)電纜故障檢測方法

通常采用電橋法、低壓脈沖反射法等進行故障診斷。電橋法在電橋平衡中的運用主要有電阻電橋法和電容電橋法，其中電橋法是最常用的一種。采用這種方法，可以方便、快捷地進行故障診斷，但也有一定局限性，僅限于對高阻值、斷路器等故障進行檢測。

而低壓脈沖反射法則是利用雷達的原理，將低電壓的脈沖注入到光纜的末端，當信號的阻抗發(fā)生改變時，就會產生反射，此時便可以用相關儀器，計算出反射點距離[7]。

5 配電網(wǎng)電纜線路故障源定位方法

5.1 配電網(wǎng)結構和故障信息的獲取

在中低壓配電網(wǎng)的設計中，采用的是環(huán)形結構，其工作狀態(tài)也是明顯的開環(huán)。此外，由于主干線與環(huán)網(wǎng)柜之間存在許多分支，維護工作須與主干道分開進行。隨著配電網(wǎng)自動化程度的提高，電力系統(tǒng)的監(jiān)控已成為電力系統(tǒng)的重要組成部分，通過無線通信，可以實時地將線路的工作狀況進行數(shù)據(jù)的上傳，從而可以幫助用戶及時地找到故障點，在具體的信號檢測中，主要采用羅氏線圈法進行故障定位。

5.2 測點數(shù)據(jù)準備及編號

電纜故障行波信號會在全網(wǎng)得到有效傳播，并經過幾次回溯，最終抵達相應分支和測量點。由于電纜具有顯著頻率依賴特性，在特定的回波信號中，其衰減程度相對較大。隨著故障點與測點間距增加，其行波信號也會被拉長。故而在序列與測點編號方面，要做好全網(wǎng)測點的標號工作，在通過計算公式進行計算后，對編號碼進行分類和調整[8]。

5.3 故障分支與定位區(qū)段

從測試點的具體數(shù)據(jù)來看，可以獲得測量點以外的數(shù)據(jù)，并對終端序列進行有效的編碼，從而為下一步的工作提供了方便。若測距結果僅有1處位于分支點，則一次可選取3個地點，此時3點的線長分別由L10、L20、L30表示；最后測量出3個末端長度的Xlf、X2f、X3f。若與分支點近似，則可得到預設的正閥值，且各節(jié)段之間有分支點，從而可判定各分支點的位置。若3種測距結果都出現(xiàn)在分支點，則能有效地提取出有關的測量數(shù)據(jù)，從而精確地確定故障部位。在此過程中，所得的計算值與前者相似，確定故障的位置。若3個測點同時指向同一支路，則可通過特定測點的溫度變化來判定接合部位是否有故障；測量工作可以在替代測點后繼續(xù)進行[9]。

5.4 故障測距

從總體上講，因線路長度的差異，很容易產生誤差，并且整個波形失真因子也較大，由于故障點的改變，整個雙端測距原理的精度就會降低。當兩個測量端點之間的距離越接近，得到的結果就越準確。在獲得了故障點數(shù)據(jù)后，可以選擇離故障點最近的3個點，并在確定波速度后進行了測量。另外，在測量點的選取上，應盡量把2個點靠近中心，以便為進行故障定位提供有利的條件[10]。

6 結 論

隨著電纜線數(shù)量的逐漸增加，電纜故障也是1個不容忽視的問題。為進一步減少電纜故障發(fā)生的時間，增加企業(yè)的經濟效益，文章就電纜故障診斷的問題進行了探討，論述了故障診斷設備和部件的連接和功能，提出了1種故障診斷方法，即通過求出電纜在故障處導線電阻與比值，求出導線起始端到失效點的距離，實現(xiàn)對電纜的故障診斷和定位，編制特定的故障診斷程序，并根據(jù)相關的程序進行故障診斷。該故障診斷方法具有接線方便、操作簡單、故障定位準確等優(yōu)點。