10kV 電纜故障模擬裝置設計

高旭啟 別士光 周明杰 平 原

（1.國網浙江省電力公司培訓中心（湖州校區），浙江 湖州313000；2.國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司，湖北 武漢430074）

0 引言

隨著我國電力系統的不斷發展，電力電纜憑借供電可靠性高、美化城市環境、不受地面/空間建筑物影響、不受惡劣氣候侵害、安全隱蔽耐用等優點，得到了廣泛應用。電力電纜作為電力系統的重要組成部分，一旦發生故障將直接影響整個電力系統的安全運行，如果故障發現和檢修不及時，可能導致火災、大規模停電等較嚴重的事故后果，給國民經濟帶來不可估量的損失。因此，準確定位和快速處理電纜故障是保證電纜安全可靠運行的重要手段。

1 電纜故障檢修培訓存在的問題

目前，電纜檢修的主要過程如下：將被檢修電纜與系統隔離—按工作票做好安全措施—履行工作許可手續—故障查找與定點—開挖并確定故障—修復處理故障點—電氣試驗—恢復送電［1］。

李繼國［2］統計分析了包頭供電局處理各種電纜故障時各主要環節所需的時間，指出在處理電纜故障過程中，測尋電纜故障環節耗時最長（平均耗時309 min），占整個流程耗時的70%，測試人員缺乏相關的理論知識、對故障測尋技術不了解、對儀器設備不熟悉，無法準確分析和判斷故障波形是主要原因。由此可見，電纜故障測尋是實現快速檢修電纜故障的關鍵，做好電纜故障測尋技能培訓迫在眉睫。

現有的電纜故障檢測培訓方式一般是由老師講解測試原理并在電纜實訓場中指導學員進行測試演練，達到培訓目的。該方式雖然簡單直接，但存在不足：一方面，電纜故障種類較多且波形復雜，識別難度大，測試人員需要豐富的現場經驗才能勝任，而電纜實訓場設置的故障類型有限，難以面面俱到；另一方面，在實際工作中，電纜發生故障的幾率較小，部分員工由于長時間缺乏實戰演練，難免出現技能生疏、遺忘等現象，以致需要反復培訓，效率低下。

在電纜故障檢測培訓中引入電纜故障模擬裝置，采用電子器件模擬電纜故障參數，并通過PLC自動控制實現多種類型故障之間的快速切換，讓受訓學員直觀觀測各種故障波形，提高測試人員對波形的辨識能力，方便培訓教學，提高培訓效率，節約成本，可有效解決上述問題。

2 電纜故障模擬裝置的設計與實現

2.1 電纜故障模擬裝置的要求

（1）裝置應能模擬10kV 電纜故障，包括短路、低阻、斷線開路、閃絡性高阻故障。

（2）裝置應具備故障切換功能，能在上述故障之間進行快速、方便的切換，方便教學。

（3）裝置應能模擬故障位于電纜不同部位時的情形，包括近端故障、遠端故障、中間距離故障。

（4）模擬出的故障特征應穩定，參數應與實際電纜故障一致，能被各種電纜故障檢測儀表按正常的故障探測方法檢測出，模擬故障的測試波形應與實際故障的測試波形一致。

（5）裝置應能承受不少于10kV 的電壓，裝置及內部部件應可靠工作。

（6）裝置應結構緊湊、布局合理、外觀優美，易于安裝與維護。

2.2 故障模擬裝置的設計

2.2.1 裝置整體設計

如圖1所示，電纜故障模擬裝置由模擬柜和操作臺構成，模擬柜整體采用封閉外殼進行封裝，便于安裝維護，采用模塊化結構，裝置上下部位設有進線端和出線端，通過電纜接頭串接于電纜線路中；中上部位為自動切換模塊，實現故障之間的快速切換；中間層為故障模擬模塊，各種故障模擬均由裝置內部的特定故障模塊實現。操作臺配備觸摸屏，通過PLC對自動切換模塊進行控制，實現故障設置與切換。

圖1 故障模擬裝置

2.2.2 故障模擬設計

配電電纜故障模擬由模擬柜的故障模擬模塊實現，由五大模塊組成，包括正常模塊、短路模塊、斷線開路模塊、低阻模塊、閃絡性高阻模塊。各模塊設計原理如表1所示。

2.2.3 故障設定與切換設計

為方便培訓教學使用，電纜故障模擬裝置進行了故障設置與自動切換設計，利用PLC控制高壓繼電器對任意相電纜進行上述類型故障的設定和不同故障之間的切換。如圖2所示，切換系統將30個繼電器分別串接于三相電纜進線端和出線端之間，通過PLC控制系統改變繼電器的通斷組合，可實現單相、兩相、三相開路，任意兩相短路，低阻、高阻故障設置。使用時，由用戶通過操作臺上的觸摸屏進行故障類型參數設定，完畢后PLC系統自動控制對應的繼電器組分合，實現故障的準確設定，若需要切換故障類型，只需在觸摸屏上重新設定參數即可。

表1 故障模塊

圖2 故障切換原理圖

2.2.4 故障位于電纜不同部位的設計

根據故障在整條電纜所處的不同位置，電纜故障可劃分為近端故障、遠端故障、中間距離故障。選取三段同型號的電纜，分別長20m、100m、100m，將上述電纜組合，分別與電纜故障模擬裝置的進線端、出線端連接，模擬故障發生于電纜的近端、遠端和中間（圖3）。

近端故障：將20m 電纜連接于裝置的進線端、100m 電纜連接于裝置的出線端，可實現故障位于電纜近端情形的模擬；

遠端故障：將100m 電纜連接于裝置的進線端、20m 電纜連接于裝置的出線端，可實現故障位于電纜遠端情形的模擬；

圖3 模擬故障位于電纜不同部位的示意圖

中間故障：將100 m 電纜連接于裝置的進線端、另一條100m電纜連接于裝置的出線端，可實現故障位于電纜中間情形的模擬，如圖3所示。

2.3 故障模擬裝置的優點

采用上述方案，故障模擬裝置能準確模擬各種典型的電纜故障，并能在各故障之間進行快速、自由設定與轉換。將該故障模擬裝置應用于電纜故障檢測培訓中，具有以下優勢：

（1）該裝置可模擬各種典型的電纜故障，有利于學員熟悉各種故障波形，提高辨別波形和準確查找故障點的能力。

（2）該裝置可模擬實際電纜運行中出現的近端、中間、遠端故障，有利于學員開展電纜故障檢測實戰演練，豐富電纜故障檢測經驗。

（3）該裝置結構緊湊，可自由轉換多種故障類型，操作簡單，提高了培訓學習效率。

（4）該裝置減少了電纜長度，節約了成本。

3 結語

本文設計了一套電纜故障模擬裝置，能安全準確地模擬各種典型電纜故障，并根據培訓需要在各類型故障間靈活轉換、自由設定，為電纜故障檢測培訓提供了一種模擬實訓手段，彌補了現有培訓手段的不足，提高了培訓效率。

［1］施勝華，董銳.電力電纜線路檢修危險點分析與防護探討［C］//2008年中國電機工程學會年會論文集，2008.

［2］李繼國.電纜故障處理耗時長原因分析及改進措施［J］.內蒙古電力技術，2012，30（6）：110－112.