高壓電纜故障測試技術培訓的智能化改進及探討

張浩，馬誠佳，孫一通，沈峰，涂楠

（國網浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江寧波，315000）

1 背景

為了使電纜檢修人員掌握故障探測技術，各省市電力公司一般都通過建設電力電纜故障探測實訓基地，依此來提高檢修人員的實測技術。實訓基地建設的通常做法是在有限的培訓場地上敷設一條高壓電纜，在電纜上中間的某個位置人為地破壞其主絕緣或護層絕緣，制作一個單一性故障。這種在實際電纜上制作的人為故障，一旦制作好，故障位置是固定不變的，因此故障診斷的類型與測試的故障距離保持固定狀態，而且隨著培訓時多次的高壓沖擊試驗，故障性質慢慢發生不可預知的改變，不利于正常培訓和有效的考評。而在實際工作中，電纜發生的故障又是多種多樣的，甚至會發生多點及混合型故障，測得的故障實際波形復雜多變，與人為制作故障差別很大，所以培訓場地僅僅在實際電纜上制作故障的培訓方式，無法滿足復雜的高水平電纜故障探測技能培訓的需要。

2 新型電纜故障模擬裝置的應用

為了解決以上問題，同時結合寧波供電公司的實際情況，與有關單位合作開發了新型移動式電纜故障模擬裝置。單相結構設計應如下圖1所示。

圖1 單相結構設計圖

裝置采用輪式移動的自動開蓋立式機箱，培訓時可在室內室外隨時靈活移動；下層為400米長的模擬高壓電纜的特型同軸線盤，耐壓高達DC25KV,其內芯用來模擬故障電纜線芯，外芯用來模擬電纜外護層；中間層為故障點設置區，內包含故障模擬單元；上層連接面板，設置為故障切換開關，可以根據不同需求來設置合適的電纜故障。左右兩側為測試端和末端，用來模擬電纜的兩端頭。

裝置可以在不同的位置分別設置高阻故障、低阻故障、閃絡故障、斷線閃絡混合型、斷線低阻混合型故障、每種故障類型可以設置多個個故障點，并可進行電纜全長測試、故障性質判斷。轉換鍵盤如圖2所示。

圖2 轉換鍵盤圖

裝置可以配合使用不同原理、不同廠家生產的電力電纜故障定位儀器進行故障測距，現場模擬、演示各種電纜故障的詳細測距過程，對電纜測試人員快速熟練掌握電纜故障測試方法，理解故障測尋的原理，具有明顯的效果。初級水平的學員，經過一天的培訓練習，即可完成對現場測試難度一般電纜故障的測距定位

故障模擬裝置針對性的解決了傳統培訓方法故障類型固定的問題，而且不需要敷設真實電纜，降低投資成本，性價比非常高；故障點性質穩定、類型多變，可迅速提高學員對測試設備的操作熟練度和對測試原理的理解能力。但是故障距離相對固定，故障波形過于簡單，不能完全模擬復雜的實際的現場故障波形，只適用于對電纜故障測試初級工的的培訓，對于員工處理現場復雜問題的能力提升有限。

3 智能化故障模擬結合仿真技術的應用

為了解決單一的故障模擬裝置難以模擬復雜現場故障波形的問題，寧波供利用現代仿真技術結合故障模擬，對現有故障測試模擬工具進行了智能化研究和改進，提升為電力電纜故障模擬與仿真測試培訓系統，

該系統由電纜故障模擬裝置、電纜故障測距儀仿真終端、計算機網絡無線控制裝置、及相關功能軟件、高壓測試設備共同組成，系統原理與結構如圖3所示。

圖3 系統原理結構圖

其基本工作原理是：電纜全長、故障性質、故障距離可任意設置，測試人員模擬現場測試時，即可在電纜故障定位仿真終端獲得可以調節增益、范圍、大小的仿真現場實測波形。

3.1 電纜故障模擬裝置

如圖4所示，電纜故障模擬裝置由三臺屏柜組成，用來模擬一條故障電纜，從左到右分別為電纜測試終端頭屏柜（簡稱測試端）、電纜故障模擬裝置屏柜、電纜測試配合終端頭屏柜（簡稱測試配合端）。

圖4 電纜故障模擬裝置

“測試端”屏柜中安裝了一只10kV電纜終端頭及三只相序識別裝置,用此設備進行故障探測技術的學習或考核時，系統可通過相序識別裝置，判知測試人員把測試線接在了哪一相上，由此可針對此相發送相應的波形數據。

測試配合端則安裝了一只電纜終端頭，代表故障電纜的另一端，在故障性質診斷時配合測試使用。

故障模擬裝置屏柜內安裝了三套可遠程無線控制的電纜故障模擬裝置，電纜的A、B、C三相上各安裝一套，每套又分別含有開路故障模擬器、低阻短路故障模擬器、高阻故障模擬器、閃絡性故障模擬器與電纜良好模擬器等五臺模擬裝置。工作時，根據遠程計算機的指令，在指定的相上遠程無線設置指定類型的故障。

3.2 電纜故障測距儀仿真終端

如圖5所示電纜故障測距儀仿真終端完全仿真新一代型電纜故障測距儀，其界面、操作等與電纜故障測距儀完全一致，只是測試所得的數據波形，是由后臺計算機遠程根據測試人員的的操作信息實時無線輸入的，是計算機仿真制作的或案例庫里的實際波形。

圖5 電纜故障測距儀

3.3 后臺計算機及系統軟件

后臺計算機為windows操作系統，具有無線通信功能。計算機、安裝于測試端屏柜內的相序識別裝置與安裝于故障模擬屏柜內的故障模擬裝置控制設備等組成一個無限局域網，相互傳送信息并執行相應的操作。電纜故障模擬仿真測試培訓系統由仿真案例生成軟件、實測案例錄入軟件與故障模擬仿真測試軟件等三部分軟件組成。

3.3.1 電纜故障仿真案例生成軟件

如下圖6所示的是電纜故障波形仿真軟件的操作界面，人工設定電纜的基本參數（含基本信息、各相的故障類型與故障距離）后，故障波形仿真軟件會自動仿真出各相的、各種測距方法下的波形，與電纜的基本信息、故障類型、故障距離等數據一起形成仿真案例，被存入臨時數據存儲區，作為待測案例待測。

例如：圖6所示的仿真案例中，人工設定了如下電纜的基本參數。基本信息有，電纜名稱：電纜甲，波速度：172m/μs，電纜全長：600m。故障類型與故障距離有：A相高阻，故障距離為360m；B相低阻，故障距離為160m；C相完好，無故障。

圖6 電纜故障波形圖

按A相下的“瀏覽”軟鍵后，在操作界面左側則顯示出A相對地的各種測距方法下的波形，從上到下依次為A相對地的低壓脈沖波形、脈沖電流波形與二次脈沖波形，以供培訓教練或裁判預覽與參照。其他兩相的故障波形的生成設置亦是如此。

3.3.2 電纜故障仿真案例生成軟件

在選用低壓脈沖法與二次脈沖法測距時，由于不同的測量范圍，測距儀向電纜中輸出脈沖的脈寬亦不同，所以不能通過某個量程下波形的放大與縮小來獲得其它量程的波形，故而實測案例的錄入是比較繁瑣的，需要實際的故障探測時，把所有測量范圍內的波形數據都采集下來，錄入至案例庫內。實測案例庫內的案例可經操作軟件讀取、預覽。實測案例一經讀取預覽后，即被存入臨時數據存儲區，變成待測案例待測。案例分為初級、中級、高級三個層次，每個案例根據波形分析的難易程度歸集到對應的層級，為不同層次的學員提供針對性的培訓。

3.3.3 電纜故障模擬仿真測試軟件

按電纜故障模擬仿真測試軟件分有兩層，第一層為故障模擬，第二層為仿真測試。

首先，故障模擬軟件會把電纜各相的故障類型發送給故障模擬裝置，故障模擬裝置上的控制裝置就會依照命令設置各相的故障類型，等待故障測試人員測試。例如前文圖片中的仿真案例，故障類型為：A相高阻、B相低阻、C相良好，故障模擬裝置上的控制裝置動作后，就在對應相上設置好所要求的故障類型。

故障模擬裝置設置好故障后，測試人員所面對的就如一條真正的故障電纜，故障測試也如測試一條真正的電纜一樣。

綜上所述，這套系統的應用有效的解決了單純的故障模擬裝置故障距離相對固定，故障波形簡單，不能完全模擬實際的現場故障波形的缺點，形成了覆蓋初、中、高三級級階梯式、系統性、高效率電纜故障測試人才的培訓方案，提高了本單位的高壓電纜檢修能力，積極響應了《高壓電纜專業水平提升三年行動計劃》，明確提出的重點提升電纜故障精準判斷和快速修復核心能力，將寧波打造成電纜精益管理國內一流示范城市的要求，為本單位高壓電纜的精益化管理提供了有力的保障。