新型多功能電纜測(cè)試管理系統(tǒng)的研制與應(yīng)用

摘 要：地埋電纜在提升供電可靠性方面作用巨大，但存在故障查找困難和路徑巡測(cè)不方便等問題。文章結(jié)合電力運(yùn)維的迫切需要，提出基于時(shí)域反射原理的新型多功能電纜測(cè)試管理系統(tǒng)的架技術(shù)構(gòu)思，該系統(tǒng)可準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)、輔助判斷電纜走向、實(shí)現(xiàn)電纜信息的信息化管理。文章還就該系統(tǒng)在國(guó)網(wǎng)義烏市供電公司的應(yīng)用進(jìn)行介紹。文章的研究層次清晰、內(nèi)容詳實(shí)，對(duì)提升電纜運(yùn)維工作的質(zhì)量有一定意義。

關(guān)鍵詞：電纜；時(shí)域反射；故障定點(diǎn)；路徑巡測(cè)

地埋電纜在防雷擊、外力破壞等方面較架空線有較大優(yōu)勢(shì)，隨著電纜造價(jià)的下降和人們對(duì)供電可靠性要求的提升，電纜在配網(wǎng)的比例不斷上升。但由于電纜埋設(shè)于地下，直觀性差，一旦發(fā)生故障將很難判斷故障點(diǎn)的確切位置，由此帶來故障處理時(shí)間的延長(zhǎng)；另外，因管理的缺失，電纜路徑信息錯(cuò)誤屢有發(fā)生（尤其是投運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)的電纜），這不利于電纜改造工作的開展。

綜上，利用先進(jìn)探測(cè)技術(shù)“打造”多功能電纜測(cè)試管理系統(tǒng)是十分迫切的，文章將就此展開研究。

1 技術(shù)構(gòu)思

時(shí)域反射（TDR）原理指出[1]：電纜可視為一條均勻分布的傳輸線，在電纜一端加上脈沖電壓，該脈沖將按一定的速度（取決于電纜介質(zhì)的介電常數(shù)和導(dǎo)磁系數(shù)）沿線向遠(yuǎn)端傳輸，當(dāng)脈沖遇到故障點(diǎn)（在該點(diǎn)阻抗會(huì)突變）或阻抗不均勻點(diǎn)（如中間接頭、T型接頭、終端頭等）就會(huì)產(chǎn)生反射。因此，利用一對(duì)“高頻脈沖發(fā)生器-高頻數(shù)據(jù)接收器”就可實(shí)現(xiàn)電纜故障測(cè)距、電纜長(zhǎng)度測(cè)試、電纜路徑探測(cè)等目標(biāo)。

1.1 電纜故障測(cè)距

LX=V·△T/2 （1）

式中：LX為電脈沖發(fā)射端到故障點(diǎn)的距離；V為電脈沖在電纜中的傳播速度；△T為高頻數(shù)據(jù)接收器（閃測(cè)儀）記錄下的發(fā)送脈沖和反射脈沖之間的傳輸時(shí)間。

1.2 電纜長(zhǎng)度測(cè)試

L=V·T/2 （2）

式中，L為被測(cè)電纜全長(zhǎng)，T為起點(diǎn)到終點(diǎn)的電脈沖運(yùn)行時(shí)間。顯然，若L已知，對(duì)式（2）進(jìn)行變換，可獲取V的數(shù)值。

以上兩類情況可以圖1來進(jìn)行展示。

1.3 電纜路徑探測(cè)

文獻(xiàn)[2]指出：采用路徑信號(hào)源配合路徑探測(cè)接收機(jī)能可靠地探測(cè)各類埋地電纜的埋設(shè)路徑及埋設(shè)深度。在本設(shè)計(jì)中，考慮到抑制工頻干擾及電視機(jī)行頻（15625Hz）干擾，將采用斷續(xù)的幅度調(diào)制方式來調(diào)制15kHz正弦信號(hào)，這樣可同時(shí)滿足差拍式接收機(jī)和直放式倍壓檢波路徑接收機(jī)的工作需求，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)效率，探測(cè)路徑距離達(dá)10km以上。

1.4 電纜信息管理

電纜運(yùn)維需要用到電纜基本信息、電纜敷設(shè)圖和電纜詳細(xì)信息等內(nèi)容，考慮到信息之間的同構(gòu)共享以及維護(hù)方便性，應(yīng)采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行信息管理系統(tǒng)的開發(fā)。

1.5 關(guān)于測(cè)試方式的選取

基于時(shí)域反射的測(cè)試方法是圍繞電脈沖展開的[3]。根據(jù)電纜測(cè)試需求不同，測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具備多種測(cè)試方式，詳見表1所示。

2 系統(tǒng)研制

在完成詳盡的技術(shù)構(gòu)思后，義烏市供電公司與保定華創(chuàng)公司深度合作，進(jìn)行了系統(tǒng)的研制。相關(guān)情況如下。

2.1 系統(tǒng)性能簡(jiǎn)介

系統(tǒng)可完成對(duì)電力電纜的開路、短路等各類故障的距離測(cè)定，測(cè)距限值在16km左右，誤差小于1m，測(cè)試盲區(qū)小于10m。在電纜路徑測(cè)定上，系統(tǒng)可以斷續(xù)的振蕩方式，輸出15kHz、30W的正弦信號(hào)。系統(tǒng)在-10～40℃范圍內(nèi)工作穩(wěn)定。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)展示

首先，該系統(tǒng)能將非直觀、難以判斷的現(xiàn)象具體化，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)搜索、距離自動(dòng)顯示；其次，該系統(tǒng)具有低壓脈沖、直閃、沖閃三種基本測(cè)試方式，并提供不同的取樣方法，組合靈活、功能強(qiáng)大；再次，該系統(tǒng)可對(duì)電纜分布圖、電纜編號(hào)、起止位置、埋設(shè)深度、日期、電纜介質(zhì)、接頭位置、維修記錄等檔案信息進(jìn)行集成維護(hù)；最后，系統(tǒng)與高壓完全隔離，對(duì)主機(jī)、操作人員絕對(duì)安全。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

2016年3月，義烏市供電公司下轄某10kV用戶在配變投入時(shí)引起配變開關(guān)柜跳閘，經(jīng)初步檢查確定為電纜故障所致。首先用2500V搖表測(cè)出電纜A、B相絕緣電阻均為200MΩ，C相值很小；然后用數(shù)字萬用表測(cè)C相接地電阻為6kΩ左右。由于運(yùn)維資料嚴(yán)重不全，很難進(jìn)行故障的下一步處理。因此動(dòng)用多功能電纜測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行輔助判斷。

3.1 電纜全長(zhǎng)測(cè)定

將電纜兩側(cè)與相關(guān)電氣設(shè)備解開（即制造一個(gè)開路故障），將無故障相接到測(cè)試系統(tǒng)紅接線柱上，選擇“低壓脈沖”測(cè)試方式（脈沖寬度0.2μs），將標(biāo)尺定位于特征波形的起始拐點(diǎn)處，波形見圖2所示。測(cè)得起點(diǎn)到終點(diǎn)的距離為109.6m。

3.2 電波傳輸速度測(cè)定

仍選擇“低壓脈沖”方式，輸入電纜長(zhǎng)度109.6m，移動(dòng)游標(biāo)至低壓脈沖下降沿按“定位”，顯示傳輸速度為160m/μs。

3.3 電纜故障測(cè)距

因C相接地電阻為6kΩ（>1kΩ），因此采用“沖閃電流取樣法”測(cè)試。根據(jù)特征波形的起始拐點(diǎn)位置移動(dòng)光標(biāo)定位，得到起點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離為64.8m。

3.4 故障點(diǎn)定位

在測(cè)出故障點(diǎn)距離后，由于受測(cè)量誤差、電纜的余纜和拐彎等影響，在地面上還不能準(zhǔn)確地找到故障點(diǎn)，必須進(jìn)一步進(jìn)行精確定位，相關(guān)接線見圖3所示。在定位故障點(diǎn)后進(jìn)行電纜溝開挖，發(fā)現(xiàn)真正故障點(diǎn)與指示故障位置僅差0.1m。

4 結(jié)束語

文章基于當(dāng)前電纜運(yùn)維工作的短板，提出新型多功能電纜測(cè)試系統(tǒng)的研制思路，并進(jìn)行系統(tǒng)制作。應(yīng)用結(jié)果表明：電纜測(cè)試系統(tǒng)具有電纜故障距離測(cè)定、故障點(diǎn)精確定位、路徑巡測(cè)、電纜長(zhǎng)度測(cè)試以及電纜信息管理等多種功能，滿足電纜管理工作的需要。

參考文獻(xiàn)

[1]李健.智能型電纜測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，

2010，334（23）：59-60.

[2]楊金山.SP-310型電纜測(cè)試管理系統(tǒng)[J].中國(guó)設(shè)備工程，2015，42（5）：85-87.

[3]唐立珠.電力電纜故障測(cè)試新技術(shù)分析[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014，29（1）：28-31.