配網電纜故障測距研究

摘 要：電纜的大量投入和使用年限的增加，使其出現故障的概率也日益提升，給客戶和電力系統造成巨大的損失，快速定位和修復故障成為迫切需要。內容首先闡述了配網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生原因，最后研究了電纜故障測距的方法，包括傳統電纜故障測距方法和當前發展的在線監測測距方法，希望能為同仁起到一定的幫助作用。

關鍵詞：配電網；電纜故障；測距

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

0 引言

隨著配電網改革的持續進行，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，確保正常的經濟活動。電纜運行過程中若發生故障，不僅會給電力公司帶來經濟損失，還可能威脅到人們生命和財產的安全。在電纜發生故障時，及時、準確的查找出故障點并進行維修是確保正常供電的關鍵問題，然而，由于電纜都埋于溝內或地下，一旦發生故障，可能要大量人力和經濟投入查找故障點，若能通過技術快速查找到故障點，就能極大的縮短故障停電時間，提升供電可靠性。本文對配網電纜故障測距研究。

1 配網電纜故障測距研究的重要意義

由于社會用電負荷的持續增加，電纜運行時間和數量急劇增加，發生故障的狀況也日益頻繁。電纜通常敷設在電纜溝內或埋在地下，所以一旦發生故障，要及時、快速的判斷發生故障點的位置存在較大困難，不僅嚴重影響了工作效率，也對電力系統的經濟效益造成巨大影響，因此，研究配電網電纜故障測距方法就存在重要的理論和現實意義。近些年來，國內外學者對配電網電纜故障測距進行了大量的研究，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，根據不同的分類特性，可分成不同類型：根據故障性質的不同，電纜故障可分為接地、短路、開路和閃絡故障；根據故障產生原因的不同，電纜故障可分為瞬時、永久、絕緣擊穿和隱性故障；根據測試結果的不同，電纜故障可分為低阻接地、高租接地、短線、斷線及閃絡性故障等。

2.2 電纜故障發生的原因

電纜故障發生的原因有很多種，具體來說總結如下：

（1）機械損傷。電纜在施工時，由于施工不認真安裝時使電纜外部出現機械損傷，或者電纜安裝完成后，其周圍施工而對其造成了機械損傷。（2）外皮的電腐蝕。電纜通常敷設在強電場的下方，如電車軌道附近，這種情況下，經常會導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）化學的腐蝕。若電纜所埋的區域屬于酸性、堿性或煤氣站旁邊，極易造成電纜的鎧裝和鉛包發生腐蝕。（4）地面的下沉。當電纜所埋的區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。電纜敷設的環境可能并非十分整齊，而是地溝凹凸不平，這就造成敷設的電纜發生起伏，高點的電纜油逐步流向低處，最終導致高處的電纜絕緣降低，引發電纜故障。（6）長期過負荷運行。若電纜長期處于超負荷工作狀態，就可能造成電纜溫度升高，薄弱或接頭處很容易被擊穿，進而造成電纜故障。（7）震動破裂。若電纜埋設的位置正好是鐵路的下方，火車通過時軌道的震動就可能造成電纜外皮破裂。（8）其它原因。購買的電纜質量不好，如工藝不精、接頭不好，或施工人員在進行敷設時沒有嚴格按照技術要求進行也會導致電纜發生故障。

3 電纜故障測距的方法

3.1 傳統常用的電纜故障測距方法

（1）粗測距方法。傳統的粗測距方法主要包括下述幾種類型：第一，經典電橋法。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，通過調節橋壁上的電阻器，確保整個電橋處于平衡狀態，根據理論計算就能得出故障距離。第二，故障點燒穿法。這種測距方法經常應用于高阻故障，將直流負高壓電輸入電力設備，使高阻故障點能夠產生電弧放電并使絕緣介質發生碳化，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變為現在的低阻故障，最后通過低壓脈沖法測出就可以確定故障點的位置，該法經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，這個過程完成后，再對故障電纜分別釋放一個高壓脈沖和低壓脈沖，若電纜故障點的電弧沒有熄滅，此時故障點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；將兩次接收到的發射波進行疊加，就會發現疊加結果存在明顯的發散點，這個發散點就是故障點的發射波形點。

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

3.2 當前發展的在線監測測距方法

當前發展的在線監測有下述幾種類型：小波變換、神經網絡和專家系統。

（1）基于小波變換的電纜故障測距。由于小波變換在時域和頻域具有典型的局部化特性，對傳播過程中發生異常的信號點相當敏感，十分適合時變的非平穩信號分析，對電纜故障測距而言，使用小波變換進行故障測距的關鍵是暫態故障特征的提取。目前在小波變化進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的電纜測距方法，在具體測距過程中，按照四步驟進行：同步采樣、小波分析、故障行波到達時間檢測和故障距離計算。對同步采樣獲得數據信息進行小波分析，并確定故障行波到達的時間，最后計算出故障位置。采用這種測距方法的優勢是故障距離越遠，測定越準確；距離越近，誤差越大。單端測距是一種僅需要故障檢測時記錄的信號，這種測距方法的時間都是基于故障被發現的瞬間。然而使用這種方法進行測距時，測量端的反射波極可能來源于故障點，也可能來源于遠端的反射波，要采取合理的方法對這種反射波進行區分。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行測距時，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比較復雜，但其具有十分廣泛的使用范圍和準確度。

（2）基于神經網絡的電纜故障測距。基于人工神經網絡的電纜故障測距是一種模擬生物神經網絡的測距方法，神經網絡的每個結點都類似于人類的神經元，這個神經元能夠對數據信息進行存儲、處理等，并能和其他結點并行工作，要確定電纜故障位置，可向神經網絡輸入需要的信息，經過各個不同結點進行處理后輸出最后結果。在電纜處于正常工作狀態時，現將不同地點的測量電壓電流輸入作為樣本輸入到神經網絡中，以此為基礎通過神經網絡確定電纜故障的具體位置。

（3）實時專家系統電纜故障測距。實時專家系統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專家的思維來解決問題，基于此，這種系統要進行工作，必須要儲備相當量的行業知識，只有這樣才能具有人類專家的邏輯推理和思維能力，進而解決具體問題。目前采用這種測距法主要有兩個研究方向：其一，將專家知識庫作為基本數據庫，通過采用某種特定規則來持續更新和維護數據庫，并在實際使用過程中不斷進行修正；其二，基于繼電保護的專家系統，這種方法在具體測距過程中不需要對電纜進行停電處理，通過自帶的C語言集成診斷電纜故障發生的類型，然后采用電流脈沖法對電纜故障進行精確的定位。

4 結束語

總之，由于受到各種因素的影響，國內電力系統的發電、輸電、配電網幾個環節中，配電網環節總是不能得到應有的重視，最終導致電纜故障日益嚴重。本文對現有和當前正在發展的電纜故障測距方法進行研究，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（1986-），男，福建龍巖人，碩士，工程師，主要從事配電電纜維護工作。