10 kV電纜故障模擬裝置研究與應用

冼 定，林子翔，凌志勇

（1.廣東電網有限責任公司茂名供電局，廣東 茂名 525000；2.廣東省電力工業職業技術學校，廣東 廣州 510520；3.廣東電網有限責任公司教育培訓評價中心，廣東 廣州 510520）

隨著我國電力工業的不斷發展，電力電纜線路憑借供電可靠、安全隱蔽、節省走廊、美化環境以及不受外界因素影響、不受惡劣氣候侵害等優點，在電力系統中得到了廣泛推廣和應用，特別是一、二線城市城區線路建設，也多采用電力電纜線路方式實現。電力電纜線路作為電力系統的一項重要組成部分，如果故障發現不及時、檢修不到位，都將直接影響著整個電力系統的安全、穩定運行，甚至導致火災、大規模停電等嚴重事故，給國家和企業帶來不可估量的損失。因此，準確識別和快速處理電纜故障是保證電力系統安全、可靠、穩定運行的重要手段，也是輸配電線路電纜運行與檢修人員的考核重點。

1 研究背景

現有的電纜故障排查培訓多采用教師講解故障原理，再指導學員進行模擬演練的方式開展，以達到培訓目的。常用的電纜故障模擬裝置雖然操作簡單直接，但仍然存在以下缺陷和不足：①模擬裝置多采用人工操作設置，普遍存在操作模式單一、設備功能單一、故障類型設置單一等缺陷，缺乏培訓考核的多樣性。②模擬裝置進行故障模擬時，易被不采用儀器設備檢測而直接發現，與實際現場有較大區別，培訓效果不明顯。比如，在進行電纜單相接地故障模擬時，采用現有故障模擬裝置，只能在電纜終端加裝接地線，目測即可發現故障點，考核公平性較差，培訓效率大打折扣。③模擬裝置進行故障模擬時需要破壞電纜，產生大量的耗材損耗和浪費。比如，在進行電纜斷相故障模擬時，采用現有故障模擬裝置則必須要切斷電纜，造成電纜浪費。為解決以上缺陷和不足，本研究設計研發了一套10 kV電纜故障模擬裝置，與現場實際無縫對接，有效實現10 kV電纜的單相斷線、三相斷線、三相短路、相間短路及單相接地、低阻值接地、高阻值接地、電纜老化、間隙放電故障的模擬功能。

2 技術路線

2.1 設計要求

裝置應能模擬10 kV電纜典型故障，包括單相斷線、三相斷線、三相短路、相間短路及單相接地、低阻值接地、高阻值接地、電纜老化、間隙放電；裝置應具備故障間切換功能，能夠在典型故障間進行快速、方便切換，方便培訓教學和技能考核開展；裝置應能模擬故障位于電纜不同部位的情況，包括終端頭和中間接頭故障；裝置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并有效識別；裝置及內部構件應能承受不少于10 kV電壓環境下的可靠運行；裝置結構應設計緊湊、布局合理、外觀簡潔，易于攜帶、布置與維護。

2.2 研發路線

本研究設計研發的電纜故障模擬裝置以大功率真空接觸器為控制元件核心，設置電纜中間頭和終端頭，通過手動或搖控裝置進行電纜各種故障的模擬操作設置，達到單一或組合的各種電纜故障類型。各種故障設置簡單便捷，并且有相應指示燈作為顯示，培訓師可一目了然。在技能考核方面，可以通過故障類型的組合設置，對每位考核對象設置不同故障，徹底改變了故障類型單一的局限。本研究設計研發的電纜故障模擬裝置主要由大功率真空接觸器、自保持按鈕、遙控控制系統組成，具體作用如下：①大功率真空接觸器。每個大功率真空接觸器耐受電壓為1 000 V，電流為200A。可適應日常使用的工器具。②自保持按鈕。用于10 kV電纜終端頭故障模擬裝置的手動控制，進行各種故障的模擬操作。③遙控控制系統。用于10 kV電纜中間頭故障模擬裝置搖控操作，進行各種故障的模擬操作。

3 設計原理

本研究設計研發的電纜故障模擬裝置，分別通過電纜中間頭或終端頭模擬裝置上各開關的手動或遙控操作，對裝置內部相應回路進行通斷選擇，從而模擬出所需故障類型。

4 應用優勢

采用上述原理設計研發出的故障模擬裝置，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排查培訓及考核中，具有以下應用優勢：①實現了中間頭與終端頭裝置自由組合。中間頭和終端頭故障模擬裝置可以自由組合，裝置間既可單獨使用，又可結合使用；裝置自身既可連接電纜使用，又可不連接電纜使用。裝置組合方便靈活，有效降低了耗材的損耗浪費，節省了培訓成本。②實現了技能培訓考核故障設置多樣性。在技能考核方面，通過裝置的故障切換及組合，有效增強故障設置類型的多樣性，彌補了考核過程中故障設置單一的缺陷，有效提升了培訓效率。此外，遙控操作較為隱蔽，可有效提升培訓考核工作的公平性。

5 推廣前景

隨著電纜線路的廣泛推廣應用，電力系統因電纜故障所引致的系統故障頻率也相應提高，對于故障排查的時效性、準確性也提出了更高的要求，本研究設計研發的模擬裝置可有效模擬現場10 kV電纜線路典型故障，與現場無縫對接，在培訓教學和實操考核方面有較強的使用價值。此外，本研究設計研發的模擬裝置不僅可以連接高壓或低壓電纜進行使用，而且可以單獨使用，同樣也可以將終端箱與中間箱組合使用，培訓教學效果良好，經濟效益明顯，具有較好的推廣前景和應用價值。

6 結束語

本研究設計研發的10 kV電纜故障模擬裝置操作靈活、方便、快捷，可視化、自動化程度高，可安全、準確、有效地模擬現場典型故障，并根據培訓及考核需求在各類型故障間靈活轉換、自由設定，為電纜故障排查培訓提供了一種有效的模擬實訓手段，彌補了現有培訓裝置和手段的缺陷與不足，有效提高了培訓效率，節約了培訓成本，豐富了考核故障設置，提升了實操考核的公平性，為電力系統電纜運檢技能人才的有效培養提供了設備保障。

［1］曹強.10 kV電纜故障分析及運行維護措施［J］.中小企業管理與科技（上旬刊），2014（11）：201-202.

［2］劉凌逍，王麗艷.10 kV電纜故障分析及運行維護措施［J］.黑龍江科學，2014，5（08）：275.