新型多功能電纜測試管理系統的研制與應用

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不方便等問題。文章結合電力運維的迫切需要，提出基于時域反射原理的新型多功能電纜測試管理系統的架技術構思，該系統可準確定位故障點、輔助判斷電纜走向、實現電纜信息的信息化管理。文章還就該系統在國網義烏市供電公司的應用進行介紹。文章的研究層次清晰、內容詳實，對提升電纜運維工作的質量有一定意義。

關鍵詞：電纜；時域反射；故障定點；路徑巡測

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

綜上，利用先進探測技術“打造”多功能電纜測試管理系統是十分迫切的，文章將就此展開研究。

1 技術構思

時域反射（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（取決于電纜介質的介電常數和導磁系數）沿線向遠端傳輸，當脈沖遇到故障點（在該點阻抗會突變）或阻抗不均勻點（如中間接頭、T型接頭、終端頭等）就會產生反射。因此，利用一對“高頻脈沖發生器-高頻數據接收器”就可實現電纜故障測距、電纜長度測試、電纜路徑探測等目標。

1.1 電纜故障測距

LX=V·△T/2 （1）

式中：LX為電脈沖發射端到故障點的距離；V為電脈沖在電纜中的傳播速度；△T為高頻數據接收器（閃測儀）記錄下的發送脈沖和反射脈沖之間的傳輸時間。

1.2 電纜長度測試

L=V·T/2 （2）

式中，L為被測電纜全長，T為起點到終點的電脈沖運行時間。顯然，若L已知，對式（2）進行變換，可獲取V的數值。

以上兩類情況可以圖1來進行展示。

1.3 電纜路徑探測

文獻[2]指出：采用路徑信號源配合路徑探測接收機能可靠地探測各類埋地電纜的埋設路徑及埋設深度。在本設計中，考慮到抑制工頻干擾及電視機行頻（15625Hz）干擾，將采用斷續的幅度調制方式來調制15kHz正弦信號，這樣可同時滿足差拍式接收機和直放式倍壓檢波路徑接收機的工作需求，大大提高了現場探測效率，探測路徑距離達10km以上。

1.4 電纜信息管理

電纜運維需要用到電纜基本信息、電纜敷設圖和電纜詳細信息等內容，考慮到信息之間的同構共享以及維護方便性，應采用數據庫技術進行信息管理系統的開發。

1.5 關于測試方式的選取

基于時域反射的測試方法是圍繞電脈沖展開的[3]。根據電纜測試需求不同，測試系統應具備多種測試方式，詳見表1所示。

2 系統研制

在完成詳盡的技術構思后，義烏市供電公司與保定華創公司深度合作，進行了系統的研制。相關情況如下。

2.1 系統性能簡介

系統可完成對電力電纜的開路、短路等各類故障的距離測定，測距限值在16km左右，誤差小于1m，測試盲區小于10m。在電纜路徑測定上，系統可以斷續的振蕩方式，輸出15kHz、30W的正弦信號。系統在-10～40℃范圍內工作穩定。

2.2 系統特點展示

首先，該系統能將非直觀、難以判斷的現象具體化，實現故障自動搜索、距離自動顯示；其次，該系統具有低壓脈沖、直閃、沖閃三種基本測試方式，并提供不同的取樣方法，組合靈活、功能強大；再次，該系統可對電纜分布圖、電纜編號、起止位置、埋設深度、日期、電纜介質、接頭位置、維修記錄等檔案信息進行集成維護；最后，系統與高壓完全隔離，對主機、操作人員絕對安全。

3 系統應用

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

3.1 電纜全長測定

將電纜兩側與相關電氣設備解開（即制造一個開路故障），將無故障相接到測試系統紅接線柱上，選擇“低壓脈沖”測試方式（脈沖寬度0.2μs），將標尺定位于特征波形的起始拐點處，波形見圖2所示。測得起點到終點的距離為109.6m。

3.2 電波傳輸速度測定

仍選擇“低壓脈沖”方式，輸入電纜長度109.6m，移動游標至低壓脈沖下降沿按“定位”，顯示傳輸速度為160m/μs。

3.3 電纜故障測距

因C相接地電阻為6kΩ（>1kΩ），因此采用“沖閃電流取樣法”測試。根據特征波形的起始拐點位置移動光標定位，得到起點到故障點的距離為64.8m。

3.4 故障點定位

在測出故障點距離后，由于受測量誤差、電纜的余纜和拐彎等影響，在地面上還不能準確地找到故障點，必須進一步進行精確定位，相關接線見圖3所示。在定位故障點后進行電纜溝開挖，發現真正故障點與指示故障位置僅差0.1m。

4 結束語

文章基于當前電纜運維工作的短板，提出新型多功能電纜測試系統的研制思路，并進行系統制作。應用結果表明：電纜測試系統具有電纜故障距離測定、故障點精確定位、路徑巡測、電纜長度測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

[1]李健.智能型電纜測試系統的設計與實現[J].現代電子技術，

2010，334（23）：59-60.

[2]楊金山.SP-310型電纜測試管理系統[J].中國設備工程，2015，42（5）：85-87.

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