试述配电网电缆故障的测定和故障选线

王峥夏 李贺来 胡卫东 张彦兵

摘 要 配电网电缆线路运行环境恶劣，外界干扰因素多，故障概率大，针对配电网电缆故障选线难的问题，本文分析了配电网电缆故障的特殊性，介绍了配电网故障测定的常见方法，分析了配电网电缆故障的特征，基于此深入探讨了故障分量法和小波神经网法等电缆故障选线方法。

关键词 配电网;电缆故障;故障选线

引言

近年来，我国大力发展智能电网，投入大量资金进入配电网领域的建设与升级改造。目前，在10kV、35kV的配电网中，越来越多的开始采用电缆线路，电缆线路具有线路短、运行环境恶劣、外界干扰因素多等特点，因此，电缆故障发生率逐年提高。有必要结合实际情况，分析探讨配电网电缆故障的检测与故障选线方法，提升配电网线路运行水平。

1 配电网的电缆故障的特殊性分析

在我国电网中，配电网一直是薄弱环节，长期以来，我国电网普遍存在“重主网、轻配网”的问题，配电网设备更新换代较慢，设备普遍老化，输電线路的电缆故障频发，配电网电缆占据了配电网故障的很大比例，并且存在显著的故障测定与选线难的问题。配电网电缆故障的特殊性主要体现在：

1.1 接地方式特殊

当前，故障选线困难是配电系统较为普遍的问题，原因在于其采用小电阻接地的电缆出线方式，也就是经消弧线圈接地，并且与过补偿方式同时使用，这种情况下，其故障电流较小，接地电弧极为不稳定，故障分量不明显，这给故障选线带来极大困难。

1.2 电缆故障影响因素多

配电网由于直接接入用电系统，6kV至35kV电压等级的低压电缆受用户环节影响比较大，机械损伤、施工、天气原因等都可能影响配电网的电缆寿命，造成配电网电缆故障，频发的电缆故障给用电质量造成直接影响[1]。

2 配电网电缆故障的测定

配电网电缆故障类型众多，包括高阻、开路、地阻等故障，要准确测定这些故障，必须首先提取出配电网电缆故障的故障分量，作为特征分量进行电缆故障的测定，阻抗、脉冲电压、脉冲电流都是最常用的故障分量。

2.1 阻抗法

阻抗法是指测量电缆线路两侧的电压与电流值，计算出阻抗数值（测量端至故障点之间），根据特定的故障定位方程，进行故障位置的定位。阻抗法是表征配电网电缆故障位置的最直接特征分量，其依赖于线路集中参数模型对故障进行定位。

阻抗法简单易操作，以惠斯登电桥法较为普遍，在被测电缆的终端，将短路故障相和非故障相分别接入电桥两臂，对电桥电阻进行调节，达到平衡状态，然后利用电桥平衡原理，进而计算出故障距离。

2.2 脉冲电压法

脉冲电压法即闪测法，最早出现于20世纪60年代，适用于高阻和闪络等故障的判断。其原理是：电缆故障时会出现直流高压，或是脉冲高压信号，因此，通过在观察位置与故障位置之间测量放电电压脉冲往返一次所需的时间，判断电缆故障的故障点。

2.3 脉冲电流法

脉冲电流法安全性较高，出现于20世纪80年代，其突出的优点是接线方式简易，因而在正常的配电网电缆故障测定中也有较为广泛的应用。脉冲电流法原理是：电缆故障被击穿时，利用线性电流耦合器检测瞬时电流脉冲信号，由于避免了电容和电缆的电阻串联，因此脉冲电流法的接线方式更为简单[2]。

3 配电网电缆故障的故障选线

3.1 配电网电缆单相故障特征分析

经统计，配电网电缆故障中，单相接地故障约占总故障数的75%，因此，要做好配电网电缆故障的选线，必须首先了解配电网单相故障的特征分析，35kV-10kV电缆系统之中普遍使用中性点经消弧线圈的接地方式，一旦配电网出现电缆单相接地故障，系统暂态零序电流中就会出现大量的高频分量，且几乎不受接地电阻和接地方式的影响。

经过分析，若配电网电缆发生单相接地故障，其出线零序电流的分布规律如下：一是发生故障的线路，其零序电流的数值最大;二是完好线路的零序电流极性一致，而发生故障的线路则不同，其母线发生单相故障的时候，其故障零序电流还的极性不一致。

3.2 配电网电缆故障常用选线方法

（1）故障分量法

故障分量法主要是指稳态分量法与暂态分量法两种，其中，稳态分量法是指通过故障电流的稳态分量，进而判断故障选线。在所有稳态分量中，零序电流最为普遍，线路一旦发生故障，其零序电流的幅值明显增高，与未发生故障的线路方向相反，并且其有功分量也高于后者，因此，故障选线进行简单操作时，可同时采用幅值、方向以及有功分量。

暂态分量法则主要提取系统的暂态分量进行判断，当线路发生故障时，其故障信息含量丰富，暂态分量比较大，且受接地方式的影响几乎为零，暂态接地电流是暂态电容电流与暂态电感电流的相互叠加，暂态过程初期，暂态电容电流对于暂态接地电流特性影响巨大。因此在故障选线时，可利用该特点，结合暂态分量方向和幅值进行故障选线。

（2）小波神经网法

小波变换是近年来兴起的一种新的故障选线方法，小波神经网络具有较强的容错性，提取故障特征的能力强大。小波神经网法的原理为：在线路的实际故障测距中，设定不同的故障条件，收集系统母线零序电压和发生故障线路的零序电流数值，将其作为样本，然后输入神经网络模型，通过故障信号小波包数值，计算故障测距，此外，将小波包和神经网络相结合，构建出前置小波层神经网络，通过计算后的网络数据，获得小波包神经网络实际的测距数值[3]。

4 结束语

随着电网技术的发展，神经网络、小波变换等技术也日渐与应用于配电网电缆故障测定和选线中，实现配电网单相接地故障的在线选线及定位，当电缆发生故障时，帮助供电部门能够快速、准确地确定故障点，以确保电力配电系统能安全可靠的供电。

参考文献

[1] 李建辉.电力电缆故障检测方法与应用[J].河北电力技术，2009， （3）：36-38.

[2] 光俊铖.电缆故障的测定方法探讨[J].煤矿现代化，2008，（5）：65-66.

[3] 闫晓茹.电缆故障选线与定位方法的研究[D].西安：西安科技大学，2008.