电缆故障快速定位研究
2014-01-02何毅峰
何毅峰
从化供电局
社会的进步人类的发展对电力需求正在渐渐上升，电力的输送依赖电缆线路的正常运行。因此快速可靠的电缆故障测试设备是电缆维护的重要工具。在电缆路径已经明确的前提下本文对惯常出现的故障，予以辨识并解析，摸索出故障快速定位可靠的技术路径。
调研得来的数值表明：建设高压输电网络和改造城乡电网，在电力系统运行中将很多400V 到500KV 的电力电缆进行了应用，因为电缆工程施工、附件安装、外力影响和国内电缆制造等方面的原因，造成经常有故障出现在电力电缆中，对电网公司供电可靠性上带来了一定的影响。按照国际报道一级电力部门中每年每个电力用户平均停电时间仅为2min，远远高于中国电网公司最好水平。如何以最快的速度准确定位电缆故障，靠近国际一流电力企业水平，是国内电力系统最迫切需要改进的技术和管理课题。若要提高抢修的速率，提升供电时段中的稳定性，就应快速辨识带有故障的部位，提高电缆接头质量，以便降低潜藏着的事故概率。针对细分出来的故障类别，采纳不同特性的定位方式。依循拟定好的这些模式，建构了硬件架构下的定位平台。
明辨故障根源
故障产生的原因
1.外力破坏、制造原因、中间接头工艺（冷缩、热缩）暂且不论。
2.绝缘老化：在国内尤其是配电电缆不重视电缆的外护套的绝缘状态，在电缆交接中忽视护层耐压试验（10KV、1 分钟直流耐压测试）。在潮湿的环境中容易产生水树枝，由于电场强度的变化随着年限的增加再形成电树枝最终到电缆击穿。
图1 电缆接头热缩未到位有空隙
3.其他范畴的根源。
其他范畴以内的电缆事故，包含惯常见到的雷击事故、电网架构之内的过压事故。偏长线路运转接地状况不良，会造成敷设好的线路产生涡流偏热等等。
定位依托的多样模式
电缆故障性质的细分简单来说通过万用表和摇表（高阻计），来进行绝缘电阻测量，用摇表、万用表分别测量线芯对地绝缘电阻和相间绝缘电阻；从而判断出电缆故障属于高阻还是低阻故障。
1.结合现有技术的电缆故障预定位技术
（1）电桥法
惠斯通/Murray 电桥法，由直流发生器与桥体、检流计组成。测试出故障点两侧的电缆线芯电阻与比例电阻构成惠斯通/Murray 电桥，从而在已知电缆长度的前提下通过百分比计算出电缆故障的长度。
图2 电缆外护套进水最终造成电缆故障
图3 电桥法示意图
图4 低压脉冲波形
图5 高压脉冲下的故障波形
图6 多档位电容串并联
（2）高压冲击结合脉冲反射
根据雷达原理，脉冲发射装置发射脉冲信号，脉冲沿电缆路径传播，在电缆故障点（阻抗变化）处反射回来脉冲信号（可能是接头、终端、开路、短路点），利用脉冲反射法原理得到反射波形。
当故障点的绝缘电阻大于1000 欧姆时，使用低压脉冲已经无法得到电缆故障波形，因此我们需要使用一套高压装置对故障点冲击放电，同时得到故障波形。
2.集成架构中的硬件平台
由于广东地区进水型电缆故障和接头故障是近10年来严重影响配电电缆抢修的共同难题。进水型故障难的表现是无论采用多高的测试电压，都无法采集到有效波形，在全长超过1000m 的故障电缆时非常耗时。为了弄清进水型电缆高阻故障的原因及应对方案，我局研究了进水型故障的特征、由于电缆敷设在土壤、电缆沟等地下后，较多的配电电缆是泡在水中运行，一旦发生故障，故障点很容易被周围水所包围。由于当前的波反射法高压预定位都是在电弧作用下，协调脉冲反射仪发射低压脉冲，才能得到故障波形。而进水型高阻在一般预定位技术下，电弧刚刚起弧时，故障点周围的水和潮气将电弧熄灭，使采样脉冲到达故障点时仍是未击穿的高阻，测试波形总是参考波形和故障波形几乎重合，看不到故障点的分叉现象，这是进水型高阻难的实质。因此我局采取不同的定位模式，通过数据分析和不同的硬件模块来达到电缆故障定点的准确判断。
具体来说着重解决高压冲击的大能量和波形采样选用电感式滤波器。
（1）测试电容模块：为解决高低压电缆故障，高压冲击单元采用多档位设计，保障在不同电压基础上产生最大的放电能量。
增加电容才能得到更大的冲击能量来满足大埋深、套管故障的需要，但是同时也带来很多的弊端，例如体积大、运输不便利，安全可靠性不高等隐患。通过大量的实践和研究，我们将电容在不同的电压等级下转换成串并联的方式可以轻易得到小电压大电容的特性，特别是针对电缆头多能量衰减快的电缆更为实用。
（2）滤波器衔接着的模块。通过LC 架构的滤波器，和稳弧装置能延展故障点惯常的燃弧时间，提升原有的波形采样的精准性。
结束语
10KV 架构下的电缆线路，若要明辨故障点，就应考量周边范畴内的多重要素，包含特有的环境要素。选出来的测试途径，也应带有多样化这样的特性。快速定位这一需求，要求电缆查验及检修这样的人员，能提升现有的素养水准。经由长时段的经验累积，明晰精准特性的事故部位。创设配套架构下的硬件模型，为后续时段的定位及修护，提供充分的保障。
