摘 要：電纜的大量投入和使用年限的增加，使其出現(xiàn)故障的概率也日益提升，給客戶和電力系統(tǒng)造成巨大的損失，快速定位和修復(fù)故障成為迫切需要。內(nèi)容首先闡述了配網(wǎng)電纜故障測距研究的重要意義，其次分析了目前電纜故障常見類型及產(chǎn)生原因，最后研究了電纜故障測距的方法，包括傳統(tǒng)電纜故障測距方法和當(dāng)前發(fā)展的在線監(jiān)測測距方法，希望能為同仁起到一定的幫助作用。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；電纜故障；測距

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.194

0 引言

隨著配電網(wǎng)改革的持續(xù)進(jìn)行，配電線路的架空線路逐步被電纜替代，通過電纜為人們輸送源源不斷的電能，確保正常的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。電纜運(yùn)行過程中若發(fā)生故障，不僅會給電力公司帶來經(jīng)濟(jì)損失，還可能威脅到人們生命和財(cái)產(chǎn)的安全。在電纜發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)、準(zhǔn)確的查找出故障點(diǎn)并進(jìn)行維修是確保正常供電的關(guān)鍵問題，然而，由于電纜都埋于溝內(nèi)或地下，一旦發(fā)生故障，可能要大量人力和經(jīng)濟(jì)投入查找故障點(diǎn)，若能通過技術(shù)快速查找到故障點(diǎn)，就能極大的縮短故障停電時(shí)間，提升供電可靠性。本文對配網(wǎng)電纜故障測距研究。

1 配網(wǎng)電纜故障測距研究的重要意義

由于社會用電負(fù)荷的持續(xù)增加，電纜運(yùn)行時(shí)間和數(shù)量急劇增加，發(fā)生故障的狀況也日益頻繁。電纜通常敷設(shè)在電纜溝內(nèi)或埋在地下，所以一旦發(fā)生故障，要及時(shí)、快速的判斷發(fā)生故障點(diǎn)的位置存在較大困難，不僅嚴(yán)重影響了工作效率，也對電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益造成巨大影響，因此，研究配電網(wǎng)電纜故障測距方法就存在重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。近些年來，國內(nèi)外學(xué)者對配電網(wǎng)電纜故障測距進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的研究成果。

2 電纜故障常見類型及發(fā)生原因

2.1 電纜故障的常見類型

電纜故障的種類很多，根據(jù)不同的分類特性，可分成不同類型：根據(jù)故障性質(zhì)的不同，電纜故障可分為接地、短路、開路和閃絡(luò)故障；根據(jù)故障產(chǎn)生原因的不同，電纜故障可分為瞬時(shí)、永久、絕緣擊穿和隱性故障；根據(jù)測試結(jié)果的不同，電纜故障可分為低阻接地、高租接地、短線、斷線及閃絡(luò)性故障等。

2.2 電纜故障發(fā)生的原因

電纜故障發(fā)生的原因有很多種，具體來說總結(jié)如下：

（1）機(jī)械損傷。電纜在施工時(shí)，由于施工不認(rèn)真安裝時(shí)使電纜外部出現(xiàn)機(jī)械損傷，或者電纜安裝完成后，其周圍施工而對其造成了機(jī)械損傷。（2）外皮的電腐蝕。電纜通常敷設(shè)在強(qiáng)電場的下方，如電車軌道附近，這種情況下，經(jīng)常會導(dǎo)致電纜外皮鉛包腐蝕，造成腐蝕致穿，最終使電纜的絕緣遭到損壞。（3）化學(xué)的腐蝕。若電纜所埋的區(qū)域?qū)儆谒嵝?、堿性或煤氣站旁邊，極易造成電纜的鎧裝和鉛包發(fā)生腐蝕。（4）地面的下沉。當(dāng)電纜所埋的區(qū)域穿過高大的建筑物地面，建筑物在電纜的上方，由于重力的作用可能會造成地面下沉，在這種情況下，電纜由于受到垂直力的作用很容易造成電纜發(fā)生變形，最終造成電纜鎧裝破裂或斷裂。（5）電纜外絕緣物流失。電纜敷設(shè)的環(huán)境可能并非十分整齊，而是地溝凹凸不平，這就造成敷設(shè)的電纜發(fā)生起伏，高點(diǎn)的電纜油逐步流向低處，最終導(dǎo)致高處的電纜絕緣降低，引發(fā)電纜故障。（6）長期過負(fù)荷運(yùn)行。若電纜長期處于超負(fù)荷工作狀態(tài)，就可能造成電纜溫度升高，薄弱或接頭處很容易被擊穿，進(jìn)而造成電纜故障。（7）震動(dòng)破裂。若電纜埋設(shè)的位置正好是鐵路的下方，火車通過時(shí)軌道的震動(dòng)就可能造成電纜外皮破裂。（8）其它原因。購買的電纜質(zhì)量不好，如工藝不精、接頭不好，或施工人員在進(jìn)行敷設(shè)時(shí)沒有嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行也會導(dǎo)致電纜發(fā)生故障。

3 電纜故障測距的方法

3.1 傳統(tǒng)常用的電纜故障測距方法

（1）粗測距方法。傳統(tǒng)的粗測距方法主要包括下述幾種類型：第一，經(jīng)典電橋法。這種測距方法的原理是將電橋兩臂分別連接到故障相和非故障相，通過調(diào)節(jié)橋壁上的電阻器，確保整個(gè)電橋處于平衡狀態(tài)，根據(jù)理論計(jì)算就能得出故障距離。第二，故障點(diǎn)燒穿法。這種測距方法經(jīng)常應(yīng)用于高阻故障，將直流負(fù)高壓電輸入電力設(shè)備，使高阻故障點(diǎn)能夠產(chǎn)生電弧放電并使絕緣介質(zhì)發(fā)生碳化，由于碳化與低電阻是緊密相連的，這就使原有的高阻故障轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的低阻故障，最后通過低壓脈沖法測出就可以確定故障點(diǎn)的位置，該法經(jīng)常被用在油紙絕緣電纜。第三，二次脈沖法。這種測距方法是一種新型的測距方法，測距原理為：對故障電纜釋放一個(gè)低壓脈沖，若存在，就表明相對于低壓脈沖，故障電纜是開路，此時(shí)在低壓脈沖的釋放端就可以收到芯線絕緣良好的電纜波形，這個(gè)過程完成后，再對故障電纜分別釋放一個(gè)高壓脈沖和低壓脈沖，若電纜故障點(diǎn)的電弧沒有熄滅，此時(shí)故障點(diǎn)相對于低壓脈沖是完全短路，釋放端就會接收到線芯對地短路的波形；將兩次接收到的發(fā)射波進(jìn)行疊加，就會發(fā)現(xiàn)疊加結(jié)果存在明顯的發(fā)散點(diǎn)，這個(gè)發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)的發(fā)射波形點(diǎn)。

（2）精確測距。在粗測距的前提下在進(jìn)行精確的測距，以便能準(zhǔn)確確定故障點(diǎn)的位置，常用的精測距方法包括下述幾種：第一，音頻法。當(dāng)配網(wǎng)電纜發(fā)生以下幾種故障時(shí)：相-相、相-地及三相-地故障時(shí)，故障點(diǎn)的阻值為零，放電間隙被短路，難以精準(zhǔn)確定故障點(diǎn)的位置，而音頻法能根據(jù)電纜兩芯線電流磁通相位差確定故障位置的。第二，聲磁傳播時(shí)間測量法。這種測量方法的原理是在沖擊脈沖放電時(shí)，在故障電纜的線路上取某個(gè)測量點(diǎn)，根據(jù)聲波傳播的速度和傳播的時(shí)間確定故障點(diǎn)的位置。在實(shí)際測距過程中，聲波時(shí)間不易直接測量，因此經(jīng)常使用聲波和電磁波的傳播實(shí)際差代替?zhèn)鞑r(shí)間，然后根據(jù)速度和時(shí)間計(jì)算出該點(diǎn)距離故障點(diǎn)的距離。

3.2 當(dāng)前發(fā)展的在線監(jiān)測測距方法

當(dāng)前發(fā)展的在線監(jiān)測有下述幾種類型：小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)。

（1）基于小波變換的電纜故障測距。由于小波變換在時(shí)域和頻域具有典型的局部化特性，對傳播過程中發(fā)生異常的信號點(diǎn)相當(dāng)敏感，十分適合時(shí)變的非平穩(wěn)信號分析，對電纜故障測距而言，使用小波變換進(jìn)行故障測距的關(guān)鍵是暫態(tài)故障特征的提取。目前在小波變化進(jìn)行電纜故障測距研究主要集中與兩方面研究：雙端同步檢測和單端檢測。雙端同步檢測是一種改進(jìn)的電纜測距方法，在具體測距過程中，按照四步驟進(jìn)行：同步采樣、小波分析、故障行波到達(dá)時(shí)間檢測和故障距離計(jì)算。對同步采樣獲得數(shù)據(jù)信息進(jìn)行小波分析，并確定故障行波到達(dá)的時(shí)間，最后計(jì)算出故障位置。采用這種測距方法的優(yōu)勢是故障距離越遠(yuǎn)，測定越準(zhǔn)確；距離越近，誤差越大。單端測距是一種僅需要故障檢測時(shí)記錄的信號，這種測距方法的時(shí)間都是基于故障被發(fā)現(xiàn)的瞬間。然而使用這種方法進(jìn)行測距時(shí)，測量端的反射波極可能來源于故障點(diǎn)，也可能來源于遠(yuǎn)端的反射波，要采取合理的方法對這種反射波進(jìn)行區(qū)分。單端測距的研究方法通常是基于接地性故障和非接地性故障進(jìn)行研究的，對接地性故障的測距由于存在諸多影響因素，在距離電纜兩端很近的單相接地故障進(jìn)行測距時(shí)，還存在較大的測量誤差；對非接地性電纜故障的測距在具體使用時(shí)比較復(fù)雜，但其具有十分廣泛的使用范圍和準(zhǔn)確度。

（2）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電纜故障測距。基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電纜故障測距是一種模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的測距方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都類似于人類的神經(jīng)元，這個(gè)神經(jīng)元能夠?qū)?shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲、處理等，并能和其他結(jié)點(diǎn)并行工作，要確定電纜故障位置，可向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入需要的信息，經(jīng)過各個(gè)不同結(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理后輸出最后結(jié)果。在電纜處于正常工作狀態(tài)時(shí)，現(xiàn)將不同地點(diǎn)的測量電壓電流輸入作為樣本輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，以此為基礎(chǔ)通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定電纜故障的具體位置。

（3）實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)電纜故障測距。實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)是一種智能化的程序，智能化是指在某種特定情況下能夠模仿行業(yè)專家的思維來解決問題，基于此，這種系統(tǒng)要進(jìn)行工作，必須要儲備相當(dāng)量的行業(yè)知識，只有這樣才能具有人類專家的邏輯推理和思維能力，進(jìn)而解決具體問題。目前采用這種測距法主要有兩個(gè)研究方向：其一，將專家知識庫作為基本數(shù)據(jù)庫，通過采用某種特定規(guī)則來持續(xù)更新和維護(hù)數(shù)據(jù)庫，并在實(shí)際使用過程中不斷進(jìn)行修正；其二，基于繼電保護(hù)的專家系統(tǒng)，這種方法在具體測距過程中不需要對電纜進(jìn)行停電處理，通過自帶的C語言集成診斷電纜故障發(fā)生的類型，然后采用電流脈沖法對電纜故障進(jìn)行精確的定位。

4 結(jié)束語

總之，由于受到各種因素的影響，國內(nèi)電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、配電網(wǎng)幾個(gè)環(huán)節(jié)中，配電網(wǎng)環(huán)節(jié)總是不能得到應(yīng)有的重視，最終導(dǎo)致電纜故障日益嚴(yán)重。本文對現(xiàn)有和當(dāng)前正在發(fā)展的電纜故障測距方法進(jìn)行研究，希望能為未來電纜測距的具體使用提供借鑒。

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作者簡介：許遠(yuǎn)（1986-），男，福建龍巖人，碩士，工程師，主要從事配電電纜維護(hù)工作。