電力電纜故障分析與探測論文

論文關鍵詞:電纜故障探測；測距；定點；電纜故障測試儀

論文摘要:本文綜述了電纜故障的探測方法與儀器。首先列舉了電纜故障探測的傳統方法並分析了傳統方法的不足，然後介紹了電纜故障探測的新方法及其特點。

隨着電纜用量在整個電力傳輸線路和因特網中所佔的比例日益提高，電纜故障出現的機率越來越大。電纜故障對生產造成的危害較大，輕者會造成單臺電氣設備不能執行，重者會導致整個變電所停電，所以電纜故障點的快速測定和精確定位問題變得非常重要。

一、電纜故障探測的傳統方法

（一）電纜故障測距的傳統方法

電纜故障測距的傳統方法主要有以下四種：

電橋法：這是電力電纜的測距的經典方法。該方法比較簡單，但需要事先知道電纜線長度等數據，且只適用於低阻及短路故障。但是，在實際執行中，故障常常爲高阻及閃絡性故障，因故障電阻很高造成電橋電流很小，因此一般的靈敏度儀表很難探測。

脈衝回波法：針對低阻與斷路類型的故障，利用低壓脈衝反射方法來測電纜故障比起上面的電橋法簡單直接，只需透過觀察故障點反射與發射脈衝的時間差來測距。測試時將一低壓脈衝注入電纜，當脈衝傳播到故障點時會發生反射，脈衝被反射送回到測量點。利用儀器記錄發射和反射脈衝的時間差，只需知道脈衝傳播速度就可計算出故障發生點的距離。該方法簡單直觀，不需知道電纜長度等原始數據，還可根據反射波形識別電纜接頭與分支點的位置。

脈衝電壓法。該方法可用於測量高阻與閃絡故障。首先將電纜故障在直流或脈衝高壓信號下擊穿，然後透過記錄放電脈衝在測量點與故障點往返一次所需的時間來測距。脈衝電壓法的一個重要優點是不必將高阻與閃絡性故障燒穿，直接利用故障擊穿產生的瞬時脈衝信號，測試速度快，測量過程也得到簡化。但缺點是：①儀器透過一個電容電阻分壓器分壓測量電壓脈衝信號，儀器與高壓回路有電耦合，很容易發生高壓信號串人，造成儀器損壞，故安全性較差；②在利用閃測法測距時，高壓電容對脈衝信號呈短路狀態，需要串一個電阻或電感以產生電壓信號，增加了接線複雜性，使故障點不容易擊穿；③在故障放電時，特別在衝閃時，分壓器耦合的電壓波形變化不尖銳，難以分辨。

脈衝電流法：該方法安全、可靠、接線簡單。其方法是將電纜故障點用高壓擊穿，使用儀器採集並記錄下故障點擊穿產生的電流行波信號，根據電流行波信號在測量端與故障點往返一趟的時間來計算故障距離。該方法用互感器將脈衝電流耦合出來，波形較簡單，較安全。這種方法也包括直閃法及衝閃法兩種。與脈衝電壓法使用電阻、電容分壓器進行電壓取樣不同，脈衝電流法使用線性電流耦合器平行地放置在低壓測地線旁，與高壓回路無直接電器連接，對記錄儀器與操作人員來說，特別安全、方便。所以人們一般使用此方法。

（二）電纜故障定點的傳統方法

這裏簡要介紹一下聲磁同步法。該方法使用高壓設備使電纜故障點擊穿放電，利用接收器記錄放電聲音，並用磁場信號對其進行同步，透過分析聲音波形及測試人員透過耳機聽聲進行故障定點。此方法是目前常用的電力電纜定點的方法，但該方法只能獲得距離故障點附近2～3m左右距離的聲音信號，且對現場操作人員的技術素質要求較高。

二、電纜故障探測的新方法

（一）電纜故障測距的新方法

因果網：因果網描述故障元件、繼電器、開關之間內在的動作關係。它利用比傳統專家系統更深入的知識及面向對象技術，對電力系統故障進行定位。它具有簡單、明確、通用性強等優點。

利用小波變換進行故障選相：在脈衝法電纜故障定位檢測中不可避免地存在各種電磁干擾。脈衝信號輸出引線引起的高頻振盪，採集系統本身固有的高頻干擾，以及使用現場的空間電磁干擾都會透過暴露在定位儀外的信號引線進入測試系統，嚴重時可淹沒反射脈衝的'起始點，給故障定位帶來誤差。爲此，必須採用有效的數字信號處理方法消除這些干擾的影響，提高故障定位精度。小波變換是20世紀80年代後期發展起來的應用數學分支，被譽爲信號分析的數學顯微鏡，是信號處理的前沿課題。小波變換在數字信號處理領域，如濾波、奇異信號檢測、邊緣檢測等方面應用廣泛。小波的多尺度分析方法能將各種交織在一起的不同頻率組成的混合信號分解成不相同頻率的信號，並直接在時域上反映出來，信號的位置、幅值和波形都十分直觀，能有效地實現信噪分離。小波變換具有很好的時頻局部特性，對分析信號上奇異點的位置非常有效，這一特性適用於電纜故障定位中尋找反射脈衝的起始點。

基於整個輸電網GPS行波故障定位：全球定位系統GPS是近年發展起來的用於通信系統的最新技術。輸電線路行波故障定位具有很高的精度，但需要高速A/D採集、大量數據存儲、複雜的行波波頭辨識，且對發展性故障、近距離故障的測量處理比較困難。如用專用行波波頭檢測傳感器、高精度的GPS時鐘及存儲行波波頭時刻的高效存取方法，在每個變電站安裝一臺專門設計的行波波頭記錄儀，與調度通信構成輸電網GPS行波測量網絡，則可直接測量故障行波波頭到達各個變電站的準確時刻，由調度進行故障定位。

跨步電壓法：文獻[4]利用脈衝跨步方式對低壓電纜故障進行定向與定位，該方法接線簡單、操作方便，可對直埋電力電纜故障快速定向、精確定點。它是利用電纜沿線的土壤中或地面產生沿電纜走向依次遞減或遞增的“跨步”電壓脈衝，確定故障點的方向和具體位置。因爲根據以往的經驗，低壓電力電纜故障，90％以上故障點的電纜護層都是破損的，這樣即可利用在電纜一端施加一個週期的脈衝信號，沿電纜敷設走向快速確定故障點的方向和精確確定故障點的位置。一般土壤情況下，在距離故障點20-30m，就可以指示故障點方向，在水泥或硬化路面條件下，在距離故障點l0m，就可以指示故障點方向。與現有技術比較，利用脈衝跨步方式對低壓電纜故障進行定向與定位的方法的優點是：①可以大範圍確定故障點的方向，節省測試故障的時間；②施加在故障電纜上的中壓脈衝並不要求被試電纜在故障點產生續弧，並且脈衝寬度僅有幾ms到幾十ms，因此不會對電纜造成損傷；③所使用的測量設備使用方便、操作簡單，並且直觀；④定位精度高。利用發光二極管束或指針式表頭指示故障點的方向和該電壓脈衝的大小，根據儀器上的指示方向，沿電纜探測，即可迅速、精確地找到故障點。

　（二）電纜故障定點的新方法

高頻感應法：利用高頻信號發生器向電纜輸入高頻電流，這樣會產生高頻電磁波，然後在地面上用探頭沿電纜路徑接收電纜周圍高頻電磁場，電磁場的變化經接收處理後直接在液晶屏幕上顯示出來，根據顯示出數值的大小直接判斷故障點位置。高頻感應法與傳統音頻感應法相比有如下很多優點。高頻信號源本身就比音頻信號源容易實現，製造容易，可以減少定點探測裝置的體積和重量，爲設備的小型化和便攜創造有利條件。高頻信號的頻譜抗干擾性能較強。該方法可以直接將結果顯示出來，比靠人耳辨別更可靠，更方便。用高頻感應法比音頻感應法要優越得多，而且它可在不停電情況下用耦合式接線來實施在線故障探測。

紅外熱象技術：基於電纜一旦過載，線芯的溫度將會急劇上升這一現象，人們可對電纜的線芯溫度進行監測來判斷故障位置。步驟如下：首先採用紅外熱象儀掃描電纜表面，拍攝出電纜的表面溫度場分佈圖象，進一步處理可得出溫度場的具體數值分佈，然後根據已建立的傳熱數學模型，根據電纜結構參數，物性參數，環境溫度及表面溫度對電纜線芯溫度進行反演計算，從而實現電纜線芯溫度的非接觸的故障探測。正是紅外技術不需接觸設備，不要求設備停運，且具有操作簡便，檢測速度快，工作效率高等優點，在未來的電纜故障檢測中，紅外熱象技術必將發揮更大的作用。

參考文獻

[1]徐丙垠，李勝祥，陳宗軍．電力電纜故障探測技術[M]．北京：中國機械出版牡，2001．

[2]劉明生,電力電纜故障的測尋[M]．北京：中國冶金工業出版社，1985．

[3]於景豐，趙鋒．電力電纜實用技術[M]．北京：中國水力出版社，2003．

[4]彭麗芳．農村電網中低壓電纜故障點的查找方法．農機化研究，2007年1月第1期．