常見電纜故障的探測方法及應用

許湛揚　羅航

【關鍵詞】常見電纜故障；探測方法；應用研究；配網；故障定位技術

前言

為有效降低配網架空路線所產生的費用，提高配網線路的安全性穩定性，在配網建設中電纜得到了廣泛的應用。同時，由于電纜長期掩埋于地下潮濕環境之中，所以電纜非常容易受到潮濕環境的影響，從而導致電纜絕緣性大大降低。當電纜發生故障時，若無法及時對電纜故障進行處理與維護，則會導致配網系統發生嚴重的故障，所以配網電纜故障探測及故障位置定位研究成為配電網從業人員所需要關注的熱點問題[1]。基于此，本文對配網中常見的電纜故障探測方法及應用展開探究，并提出相應的改善方式。這對促進配網供電的穩定性和安全性具有重要的現實意義。

一、配電網中常見電纜故障探測的重要性

在針對配網電纜的故障進行探測時，傳統人工電纜檢測的方法已經無法充分滿足現階段對電纜故障探測的精確度高與低成本等方面的需求。因此，國內配電網電力系統的發展以及電纜故障問題的探測會逐漸向智能化、自動化方向發展。自動化控制技術與故障探測技術兩者之間的有效結合，能夠快速、精準地實現對電纜故障位置的定位，及時處理配網電纜故障，以此充分保障配電網電力系統的電能穩定輸出。

二、配網電纜故障的原因及分類

（一）故障原因

圖1 配網電纜的機械損傷示意圖

城市化進程不斷推進，由于城市土地資源相對比較稀缺，傳統的配網架空線路設計嚴重影響了城市的規劃發展。如今，電力電纜線路已經逐漸替代了傳統配網架空線路的設計。根據電纜技術的發展，電纜所承受的電壓等級得到了進一步的提高，其電纜的絕緣材料設計，從常見的橡膠絕緣材料轉變成了氣體絕緣材料、交聯聚乙烯、合成橡膠和聚氯乙炔等性能更好的絕緣材料。但受配網常見故障的維護工作影響，需要進一步加強對電力故障進行探測研究，并制定完善的電纜故障維護的方法[2]。

（二）常見電纜故障分類

配網常見電纜故障一般分為電纜外部故障、電纜自身故障以及低阻電纜故障等類型。其中，從配網電纜的外部故障方面來看，主要是由于電纜線路在實際鋪設作業時，可能受到施工設備的影響，造成電纜發生機械損傷，具體情況見圖1所示。并且，在實際施工過程，電纜施工工藝也會對電纜的絕緣材料造成一定程度的影響，導致絕緣性下降或電纜斷裂的情況發生，進而引發電纜故障，使得配網電力傳輸系統的安全穩定運行受到嚴重影響[3]。此外，配網電纜在運行過程中還存在開路故障、高阻電纜故障和低阻電纜故障等問題。具體見表1所示。

表1 常見電纜線路的故障分類

三、配網中常見的電纜故障探測方法研究

（一）電纜故障探測技術

1、紅外線探測技術

如果配電網中電纜突發故障時，受電纜自身阻抗上升影響，可能會造成配電電纜溫度急速升高，甚至超過電纜自身承受的極限，最后導致電纜被燒毀，具體電纜燒毀故障見圖2所示。

圖2 電纜燒毀故障示意圖

這時可以通過對電纜線芯的溫度方面展開測量，并借助紅外線成像儀設備，對配網電纜線路進行溫度掃描。而紅外線成像儀的應用，可以直觀地對配網電纜中超過標準溫度的電纜進行熱點定位，以此結合溫度的變化結構實現對電纜線路中存在的故障發生點進行判斷。并且，由于紅外線探測技術具備操作簡單和高效故障檢測等優點，在配網電纜故障探測方面得到了廣泛的應用[4]。

2、高頻感應技術

該項技術的實現主要是利用電磁波信號發生設備，向配網電纜輸入高頻電流，然后利用電磁波，進行電纜線路鋪設。同時，還需要對電纜周圍的電磁場信號進行收集，并對其收集的信號數據進行處理，再將結果載入顯示器。最后，根據其數值實現對電纜故障位置進行定位。此外，該項技術的信號具有較強的抗干擾能力和易操作性，所以在電纜故障檢測方面得到有效應用。

3、遙測法

在配網電纜線路發生接地故障時，遙測探測法的應用是借助萬能遙測電筆實現對故障的快速查找。如借助遙測筆的通斷檢測功能實現對配網電纜與電纜的斷路線進行檢測，以及將斷路線與交流電源火線進行連接。遙測筆在對電源火線端的電纜以及電線進行檢測時，隨著電纜線路的移動一直到故障點的位置，遙測筆就會停止響聲。不過，遙測法在配網電力電纜線路的故障探測過程中，一般還會受其環境因素的影響，如環境濕度的影響、磁場干擾影響等，導致電纜故障探測不準確。如果配網電力系統中變壓器數量得到增加、且受到架空交叉連接、地埋線路、地質情況的影響，利用遙測法對配網電力電纜故障進行探測和排查，就會導致探測排查數據失真，使得配網電纜故障無法得到及時地探測和排除[5]。

4、錄波器

在配網電纜線路運行過程中，利用配網系統中所安裝的故障錄波器，能夠為配網電纜線路的實際運行狀況提供相應的支撐。并且，借助故障錄波器中所采集的相關數據，能夠實現對故障點位置的及時、快速判斷。故障錄波器會對在配網電纜線路的故障發生前后的電流和電壓數值進行全面的記錄，以此為電纜的故障類型探測和原因分析提供相應的依據，從而實現對配網電纜故障的具體定位。所以，在故障錄波器自動化裝置的應用前，可以將關于配網電纜線路的標準運行參數提前錄入到錄波器設備當中，隨時準備投入使用[6]。

5、監控中心

除了上述幾種電纜故障探測技術方法之外，還可以利用配網中心監控系統中的配網接線圖，對電纜的運行情況進行分析。因此，當配網電纜線路發生故障時，系統可直接發出電纜故障信號，同時，相關接收設備會接收信號，并將其上傳到在線監控中心，然后由專業人員利用對應軟件對電纜故障問題實施分析。所以，當電纜線路內部發生故障燈變化時，這就表示電纜線路存在異常，且報警系統也會顯示相應的故障警示信息，并發送到故障負責人手中，以此對電纜故障線路進行故障排查和處理。

（二）配網電力電纜故障探測流程分析

配網電纜線路故障流程主要從4個方面實現：電纜故障定點、電纜故障位置測距以及電纜故障性質診斷分析和電纜故障探測準備工作等。

1、電纜故障探測前的準備工作

配網電纜故障探測工作人員在進行電纜故障探測時，首先需要精準掌握電纜故障線路的設計資料，如電纜運維和檢修資料等，其中包含了電纜線路路徑信息、電纜走向以及電纜路面標志信息、電纜長度以及電纜中間接頭位置信息等。其次，需要準備相關電纜故障探測測量設備，并對設備的合格情況進行檢驗。如紅外成像儀設備、夜間探測設備等，并根據實際配網電纜故障探測作業情況，制定完善的安全措施。

2、電纜故障性質診斷

在對電纜存在的故障性質進行診斷分析時，首先需要借助絕緣電阻表與萬用表等設備，對電纜線路當中所存在的故障及其類型進行判斷，為后續電纜故障測距以及電纜故障定點等提供相應的依據，并為配網電纜故障探測工作奠定堅實的基礎。在配網電纜故障探測時，需要進行導通實驗，對相接地或相不接地的導通情況進行判斷。其次，需要針對電纜絕緣電阻的情況進行測量，以此來保障絕緣電阻表中的各個相能夠實現分別測量。因此，如果相接地不導通，那么絕緣電阻值就會呈現無窮大或者正常的狀態，這就說明此相為電纜斷線故障。如果相接地導通類當中，絕緣電阻值小于正常的值，這時可以使用萬用表對電纜絕緣電阻值進行精準測量。且測量阻值若是小于1kΩ，那么該相則為低阻故障；反之就是高阻故障（具體詳細情況見表1所示）[7]。

3、電纜故障測距分析

針對配網電纜線路中存在的故障問題進行測距分析時，可以選擇利用脈沖電流法、低壓脈沖法或者二次脈沖法等對電纜的故障點和探測點之間的距離進行判斷。以此對電纜故障點的大致范圍進行確定，并為電纜故障的位置定點提供相應的支持。如，利用低壓脈沖法針對配網電纜故障測距之前，對電纜的長度進行測量，然后結合測量的結果選擇對應的電纜故障測距方法，具體見表2所示。

表2 配網電纜線路的故障測距方法

（三）配網電纜故障距離測量分析

當電纜故障完成初步判斷操作之后，需要專業維護人員結合標記的配網電纜進行故障點距離測量，如利用阻抗法、電橋法等。因此，對電纜的線路中存在故障問題進行探測時，可以利用阻抗法來對配網電纜線路當中的均勻線路進行假設，然后以線路集中參數模型為基礎，利用電纜故障測距設備實現對電纜的測量，以此可以得到電纜的電流電壓值。這時，通過計算得到回路的阻抗值，最后根據電纜線路自身的長度和阻抗值兩者之間的關系，對電纜故障測距設備和電纜故障位置之間的距離進行計算，并為電纜故障位置定位提供相應的依據。

（四）配網電纜故障定點分析

當完成配網電纜故障的測距工作之后，故障維修人員需要對電纜故障點進行快速的確認，并結合相應的故障情況選擇對應的處理方案。如針對110kv配網電纜線路的故障位置進行定點時，然后利用聲磁同步法或聲測定點法等先進的技術方法，完成對配網電纜故障位置進行精準的探測，就可以得到電纜故障的測距結果。如，在實際電纜故障測量過程中，利用聲測定點法進行電纜測量時，會遭受周圍環境的影響。因此選擇利用聲磁同步的方法，對電纜故障檢測，結合電纜故障點位置與電磁波振動聲波同步的方法，能夠實現埋地電纜的故障進行檢測與分析，然后再通過人為的方式對電纜現場故障情況與干擾情況進行逐一排查。最后，借助聲磁時間差的轉換方法就能夠得到定點探頭和電纜線路故障位置之間的實際距離數值，且該數值能夠在顯示屏上顯示出來。同時，需要對測量所得到的電纜故障距離、電磁信號、聲波信號等進行存儲記錄。

四、案例分析

為了進一步實現配網中常見的電纜故障的探測，本文以某條10kV電纜線路中發生的故障問題展開故障探究。

（一）配網電纜故障性質的診斷

在電纜故障前，需要對電纜線路展開導通測試，對電纜的絕緣性和電阻、直流耐壓等進行試驗分析，并探討電阻測量結果及耐壓擊穿情況，具體結果見表3所示。

從下表3當中來看，該配網電纜線路并無斷線故障，且1、3相均為完好的相，而2相位高阻故障。

表3 配網電纜故障線路的導通實驗結果

（二）故障測距分析及定點

首先，從電纜故障測距上來看，針對2相的電纜高阻故障測距時，可以選擇利用故障測距設備和脈沖電流的方法進行測距，以此可以得到準確的電纜故障點與故障探測點的距離。圖三如下。

圖3 電纜故障測距現場圖

其次，在電纜故障的定點時，針對2相的配網電纜高阻故障展開故障定位，主要是根據電纜故障的測距結果，并借助對應的測量設備等，實現對此相的電纜故障定點。最后，通過核查發現，配網電纜線路接頭處存在故障。

五、常見電纜故障的預防對策

（一）加強提高工作人員的專業技能

在探測配網電纜線路中存在的故障時，探測人員的專業技能就顯得極為重要。因此，可以通過對電纜的管理制度方面進行優化和完善，并將配網電纜線路的鋪設標準規范和執行標準等合理歸納到對應的規章當中，然后結合實際情況對工作人員展開相應的培訓。同時，電纜鋪設工作中，需要避免安全隱患發生，只有這樣才能夠促進電纜故障探測效率和精準度得到提升。最后，可以通過提高工作人員責任感，有效避免不良事故的發生，使得電纜故障發生的概率得到降低，促進配網電力的穩定性提高。

（二）提高配網調度機制

降低電纜故障發生的概率，需要充分利用配網調度機制設計方案，實現對配網的管理。如，結合配網中電纜故障探測和處理的實際情況進行分析，應當堅持配網的調度原則進行調度機制設計，實現對電纜的集約化管理。但配網調度的管理面積較大，一旦發生調度失誤就會造成嚴重的后果。因此，這就要提高對配網的調度管理作業的重視，并進一步明確職責分工，從而為配網調度作業的順利實施提供相應的依據，促進配網電纜管理水平得到提升。

（三）合理選擇材料

除此之外，可以通過提升配網電纜的制造工藝水平，并嚴格要求作業人員要十分熟悉配網電纜的整體施工環節與流程。另外，要選擇品質優越的電纜，從產品源頭有效降低電纜的故障發生概率。同時，需要從每個環節入手，加強對施工質量的嚴格管理和把控。最后，需要充分對電纜使用過程中存在的安全因素影響進行分析，如機械施工導致電纜外部材料破損、施工環境等因素的影響，導致電纜保護層受到擠壓或破損等問題。因此，如果在價格合理的情況下，還需要選擇優質的電纜保護材料，以此使得配網電纜使用壽命得到延長，促進配網電纜的性能與穩定性得到提高[8]。

結語

在智能化配電網建設過程中，常見的電纜故障探測方法與應用保障了配網供電的安全性和穩定性。尤其是針對地下埋設的配網電纜故障問題，本文探究的電纜故障探測方法，不僅打破了傳統電纜故障探測方法的局限性，還為電纜故障的檢修服務提供方案，以此使得電纜的穩定運行和安全性得到保障。同時，在針對配網運行管理時，進一步加強對電纜故障探測工作的分析，還可以為電纜故障的探測提供相應的支撐，并實現全方位自動化定位與動態監測。