10kV電力電纜故障檢測相關技術問題分析

何維晟 吳照國 吳海濤 包健康

國網重慶市電力公司電力科學研究院 重慶 401123

隨著城市發展的進程越來越快，電力系統向數字化、綠色化、智能化方向發展，而超高壓、大長度、大截面、多樣化和高可靠性成為當今電力電纜的發展趨勢。電力系統在運行過程中，因為不同的原因可能會造成電纜損壞，從而對電網的經濟效應和居民的用電穩定造成影響，然而由于電力電纜大多鋪設于城市的地下，周邊環境復雜，一旦發生故障，很難迅速地檢測出故障點的準確部位，從而做出相應的對策。在電纜故障為發生前，我們有必要了解一下電纜故障的發生原因和解決辦法。

1 電力電纜的常見故障及原因

常見的線路故障：①短路性故障。電力電纜相間短路,并且大多為電纜生產過程中存在不規范的地方引起的。②接地性故障。線路相對于地面有電壓擊穿，低電阻接地一般的電纜電阻低于10kΩ，高電阻接地一般的電阻高于10kΩ。造成的有絕緣老化、外殼破損、絕緣腐蝕、連接不良等。③斷線性故障。線路某處斷裂，其中當電纜受到物理沖擊、天氣突變的等情況時，都會造成這種情況。④混合性故障。以上多種情況混合的線路故障。

電力電纜故障的主要原因及應對方法：①外力性損傷。電力公司在電力電纜的保存、輸運、安設的過程中都可能受到外界環境的物理損壞，尤其是已投放多年的電纜。電纜事故中，電力電纜在施工中遭到損壞這一類往往占了50%。通常為了避免這種情況的發生，提高電力電纜的保存、輸運、安設等各階段的工作質量是重中之重。②保護層腐蝕。城市地底復雜的電流環境以及地下酸堿性物質的化學腐蝕使電纜的絕緣層外殼受損，從而起不到絕緣的作用。通常采用的方法是，在復雜電流地帶安放泄流裝置；當敷設電力電纜的地區土壤含有大量非中性物質時，通常會將電纜套在保護管內，并且用中性土壤來覆蓋。③過電流、過電壓運作。當運輸過程中電壓規格選擇不當，或者在線路工作過程中突然電壓突變，都有可能使絕緣電力電纜受到電擊穿。這就需要工作人員加強日常的巡視檢查、改善電力電纜的運行環境來解決。④戶外終端頭浸水。因施工不良，絕緣膠未灌滿，導致終端頭浸水，最終發生爆炸。因此在敷設電力電纜時，要嚴格執行施工規范，認真檢查驗收；加強日常巡檢和及時維修不良點[1]。

2 電力電纜故障檢測方法

目前，我國電網中輸配電線路主要是靠大量的電力電纜，因此，對電力電纜的運行情況和故障進行實時檢測是保證其穩定運行，對居民用電穩定的具有重大意義。

2.1 電力電纜故障粗測

①低壓脈沖法。低壓脈沖法又叫脈沖反射法，是指故障電纜的故障電阻比較小時，采用的一種低壓脈沖測量方法，根據鼎升電力的應用經驗，當電阻小于200歐姆時，向電纜注入低壓脈沖信號，脈沖信號沿電纜傳播到阻抗不匹配點，如：故障點，中間接頭，短路點等，低壓脈沖即產生反射信號，被電纜故障測試儀主機記錄，故障電纜的定位是通過兩點的電位差實現故障點準確定位。②高壓脈沖法。高壓脈沖法是利用高壓信號使電纜的故障瞬間變成短路或低阻故障，使故障點反射系數接近-1，故障點近乎產生全反射。通常有兩種基本的閃絡法，即直閃法和沖閃法。

2.2 電力電纜故障點精測

（1）聲測法。對電力電纜故障點不斷進行放電，放電會在線路損傷處引起聲波和振動。這時，工作人員使用傳感器接收到這種聲波振動。根據測量部位的放電的波形大小，波峰最明顯的地方對應故障的準確部位。這種方法一般用于低阻接地造成的故障，對于其余接地的故障通常不使用這種方法。

（2）聲磁同步法。當周圍環境復雜，敷設比較深的電力電纜時，通常采用聲磁同步法，聲表頭反映聲測探頭接收到的震動波，磁表頭和耳機同時指示故障點放電時同步接收電磁波。當沒有收到信號時，利用聲磁同步的電磁波接收功能，能夠有效了解球間隙放電規律，在復雜的地下辨別出故障點位置。

（3）音頻感應法。音頻感應法主要是用音頻信號發生器在電力電纜短路的兩相線間通上音頻電流。工作人員使用儀器對電力電纜進行巡檢，當檢測信號最大時，就是故障的地點。

3 電纜診斷檢測技術的重要性

目前，隨著科技的不斷進步發展，電力系統行業也迎來巨大的機遇，面對艱巨的挑戰，作為電力系統至關重要的電能運輸一環，電力電纜的運行安全至關重要。隨著科學技術的不斷進步，電力電纜必將大量應用于電力系統以及其運行時間的延長，電力電纜線路發生故障的概率無疑會逐漸增加。

而且，電力電纜一般敷設于都市的地下，并且電纜線路被絕緣層包裹，每當發生故障后定位困難、檢修任務艱巨，十分容易造成大規模的停電事故，影響社會經濟和居民的日常使用，嚴重時還會威脅電力系統的運行安全。

電力電纜診斷檢測技術，涵蓋了電力電纜故障診斷、定位以及電力電纜在輸電中的狀態監測。檢測技術一方面能夠快速診斷出電纜已發生故障的類型和位置，為電力電纜維修提供支持；另一方面可評估電力電纜的運行狀態，及時發現電纜運行中存在的安全隱患，提高電力電纜運行的安全可靠性。在未來，對電力電纜的診斷檢測，將向著實時、在線、智能化、網絡化等方向發展。

（1）電力電纜在線監測技術。現有電力電纜診斷檢測方法大多屬離線檢測。隨著網絡化、信息化技術的應用，對電力電纜進行在線監測將成為可能。實施電力電纜在線監測，應充分考慮電纜的頻帶特性，所用激勵信號的頻率應盡量遠離工頻。例如，可在電纜正常運行下發射高頻脈沖(時域行波反射法)，以實現檢測信號與電能傳輸的兼容。

（2）電力電纜運行狀態實時數據查詢。實現電力電纜在線監測后，更需要建立統一的數據管理平臺，即通過有線或無線方式，實現監測數據的互聯和共享，并逐步建立電力電纜狀態監測數據庫，結合大數據分析，以更為準確地評估和預測電力電纜的運行狀況。

（3）多種電力電纜診斷檢測技術聯合。由于不同的電纜診斷檢測技術的準確性受具體被測對象和檢測環境等的限制，均不同程度地存在檢測盲區。將多種診斷檢測技術聯合使用，可有效覆蓋單一方法的不足，獲得更高的檢測準確性和可靠性。

4 電纜診斷檢測未來發展趨勢及新技術

4.1 電力電纜診斷未來發展趨勢：

（1）電力電纜運行故障的自動識別。在所建立的電力電纜在線監測平臺上，應具備智能專家系統，旨在根據檢測信號的變化特征，自動匹配并識別相應的故障；且更進一步地，可在識別出具體故障后做出及時響應，以防止故障影響的擴大化。

（2）直流電力電纜診斷檢測技術。如前所述，基于種種優點，直流電纜輸電已越來越受到電力行業重視。然而，目前的電纜診斷檢測技術均是針對交流電力電纜的。及早研究直流電纜運行、老化和故障產生機理，并提出相應檢測技術和在線監測方案，無疑是該領域今后的重要任務。

4.2 電纜故障測距的方法

（1）實時專家系統。實時專家系統：即用人工智能來模擬專家的思考方式，提出某一重大問題的解決方法。檢測專家系統將互聯網知識庫作為計算機的基礎數據庫，并且用一套人為設定的準則來維護和更新數據庫。它依據電力電纜故障檢測的三個主要內容，把檢測步驟分為三個階段：故障診斷、故障預估、故障精確定位。

（2）小波變換應用在電纜故障測距。小波變換：具有表征特征信號突變特征的能力以及對非平穩信號的良好的處理效果，可以從不同尺度下信號小波變換的結果進行干擾分析和抑制、提取信號故障特征參數，實現故障測距。

4.3 電纜故障定點的新方法

①人工神經網絡。人工神經網絡(ANN)是一種以計算機網絡系統模擬生物神經網絡的智能計算系統。具有較強的學習、記憶、聯想、識別等能力，現已廣泛應用于電力系統中。電纜的故障測距是一種映射關系，這種關系受到故障過渡電阻、運行方式等不同程度的影響，很難用精確的數學模型來描述，而人工神經網絡可以避開數學模型難以描述的問題，為故障檢測提供了一種全新的方法。②GPS(全球定位系統)行波故障定位。利用全球定位系統(GPS)，來進行電纜線路故障點的距離測量，將電纜故障檢測技術推向了一個新高度。該系統采用電纜兩端的時間差來定位。③分布式光纖溫度傳感器(FODT)。利用分布式光纖傳感器，將光纖復合到電力電纜中，制成復合電纜，通過激光脈沖的射入時間與反射脈沖的到達時間差評估故障點的實際距離，并且還可以通過監測故障點周圍的溫度情況來隨時監測電力電纜運行狀況。

5 結束語

電力電纜的飛速建設影響了我國電力系統發、輸、配、用各個環節。而其發展不僅給電纜診斷監測技術帶來了挑戰，同時還促進了其發展。新型的電纜診斷監測技術也在電網建設中的到了廣泛應用。隨著科技的發展，監測的手段越來越多，其對應的故障診斷技術也得到發展以適應電網中所出現的不同類型的故障。診斷技術與監測技術的發展保證電力系統的穩定運行。