论文部分内容阅读
摘要：隨着电力行业和科技水平的快速发展，从电力电缆故障现状出发，对当前常见的电缆故障定位方法原理以及优缺点进行了剖析，主要包括阻抗法、行波法、声测法、声磁同步法等，最后对电缆故障定位方法的发展趋势进行了展望。
关键词：电缆;故障定位;重合闸;阻抗法
引言
我国城市化进程在不断加快，土地资源越来越紧缺，因此架空线路转变成电缆的趋势逐年加快，使得电缆在城市内110kV及以下电压等级输电应用中愈加广泛。随着城市的发展，对电力需求不断上升，已运行的电缆往往超负荷运行，加上电缆随着运行年限加长的自然老化过程，以及外力破坏等因素，电力电缆故障率逐年上升。电缆故障后一般不允许重合闸，如果不能快速准确地判断故障点所在位置，将极大地加剧巡检工作量，并引起长时间停电事故，造成严重经济损失，与此同时也给生活及生产带来不便，快速精准地诊断电缆故障对于及时排查故障并恢复供电具有重要意义，因此有必要对电缆故障定位方法进行深入研究。
1电力电缆故障原因
1.1施工故障
不科学的安装以及施工是引起高压电力电缆故障的主要原因。敷设电缆时，若施工人员不根据规范开展施工作业，就有可能会对高压电力电缆使用寿命造成影响。此类故障的相关表现主要体现在如下4个方面。第一，电力电缆表面存在破损的情况。施工人员在操作过程中的失误与错误等，均会让电力电缆表面出现破损，水流入电缆中内，进而形成安全隐患。第二，连接管接触不良。就需要长距离施工的电力电缆而言，若施工人员未正确处理两个电缆间的导体连接管，除了会引起接触不良的故障外，还会引起毛刺以及尖角的情况。第三，未严格密封中间接头。施工人员在敷设电缆的过程中，若电缆中间接头存在密封性不强的情况，当电缆处在潮湿环境中时，水分就会由接头处进入，进而影响电缆绝缘性。第四，电缆接头设置不合理。导致此问题的原因主要在于施工人员未根据设计方面对电缆予以敷设，如电缆周围存在多个接头，导致电缆运行安全性与稳定性下降。
1.2超负荷运行
现阶段，用电量越来越高，电缆长期处于超负荷运行状态。同时，电缆在正常运行时暴露在空气中，尤其是高温环境，超负荷运行会造成电缆温度较高，对电缆的使用寿命造成影响，加快电缆老化速度，影响绝缘性，同时也很容易发生击穿事故。
1.3电缆质量问题
电缆质量问题也是引起电缆故障的主要原因之一，其中较为常见的状况为质量问题导致的电缆进水，这是电缆本体质量问题造成绝缘事故的主要原因。要想对此问题予以有效的解决，需要在展开农网改造中，借助新型的交联电缆对油纸绝缘电缆进行更换。由于当前国内有很多生产电缆的厂家，同时质量各不相同，因此应大力控制电缆质量。在生产电缆中，针对绝缘屏蔽层表面和加工环境的处理，均应加大控制力度。
2电缆故障定位方法
2.1阻抗法
使用阻抗法进行故障定位的前提是线路参数已知，并且测量点与故障点之间的阻抗可以测量或计算，并且电缆线路的参数必须均匀分布。在此前提下，故障距离的确定可以通过特定的方程计算而出。电桥法是阻抗法的一种，在电缆故障定位技术发展初期应用最多的即是电桥法。采用电桥法进行故障定位时，忽略电缆线路的分布参数影响将电缆当作集中参数进行处理，因此在相同时刻下，电缆任何一点的电流大小相等，且不存在相位偏差，电缆的本体电阻与电缆长度呈正比关系。进行故障定位前，应将故障相一端与非故障相一端相连，电桥两臂分别接在故障相与非故障相的另一端，然后调节电桥上的变阻器使得电桥平衡，电桥平衡时电流计指针为0。电桥平衡后利用简单分压关系和已知电缆长度即可求出故障点与观测点的距离。对于低阻类型电缆击穿，一般用低压电桥，而对于断线击穿，则采用电容电桥。电桥法测量结果准确，但需要完好的非故障相作为测量回路，此外，试验电压不能过高。电桥法故障定位原理简单，测量精度较高，但只适用几种特定类型的故障，对于高阻故障，电桥法失效。由于施加电压较低，在高阻故障下，电桥中流过的电流很小，对电流计的测量精度提出了很高的要求，当精度不够时则容易造成定位不准。此外，使用电桥法需要提前获知电缆的详细参数，这对于工程实践来说往往具有较高的难度，因此随着新技术的不断发展，电桥法逐渐在电缆故障诊断中淡出了舞台。
2.2行波法
行波定位法在架空线路故障诊断中应用广泛，定位精度高，且响应及时，可以快速定位故障点。行波法在电缆中的应用首先是以低压脉冲法出现的，该方法基于电磁脉冲折返射原理，当人为向故障电缆中注入高频电流脉冲时，前行的电流脉冲在遇到故障点时会产生反射，通过记录起始脉冲与反射脉冲的时间差，并利用单端行波定位即可实现故障点的精确定位。最新的低压脉冲法已不需要监测记录的波形主波与反射波来判断时间差，而是通过仪器自动计算，大幅提升了诊断效率，但这种方法也存在着缺陷与不足，如脉冲电压幅值较低，当遇到高阻故障时，反射波微弱以至于无法识别。脉冲电流法弥补了低压脉冲法难以定位高阻故障的缺陷。该方法需要对故障电缆施加高压，使得故障点发生击穿，产生脉冲电流，然后用高性能监测终端监测并提取故障行波信号，根据行波定位法即可确定故障点所在位置。这种方法大部分场合下可靠性较高，但也存在一定的盲区，且有时故障闪络波形复杂，加大了识别难度，严重时造成定位失败。在行波定位法的基础上，20世纪90年代衍生了一种被称作二次脉冲法的定位方法，该方法首先发送一个低压脉冲进行电缆长度的测量与校核，得到精确全长后，进一步发送一个高压脉冲使得故障点发生击穿，然后再发送一个低压测试脉冲，即可在被击穿的故障点处形成反射。该方法对于大多数类型电缆故障是适用的，安全性高且精度较为理想，缺点是故障点维持低阻状态时长无法确定，当电缆受潮严重，使得击穿时间增加时，则容易增大定位误差。
2.3声测法
声测法是一种精确定位方法，其通过探听电缆故障点产生的声音进行精确定位，由于声波在介质或空气中传播时衰减极快，通过声音信号即可判定故障点是否在被测点附近。如果电缆敷设较浅或者护层已被破坏，对外会产生较为强烈的放电声音，无需借助外在仪器即可听到放电声音;反之，如果电缆护层未被烧穿，放电声音很小，则需要高精度的声音接收仪器，通过测量微弱振动信号并进行转换以及放大后才能变成可听声音。声测法仪器结构及原理简单，价格相对低廉，定位精度高，缺点是容易受噪音干扰，当现场环境噪声较大时可能无法利用该方法进行故障诊断。
结语
目前电缆故障诊断技术已多样化，为电缆故障的快速排查提供了有力的解决手段，然而对于电缆故障的预防及预警尚缺少有效手段，相关研究工作尚处于摸索阶段，需进一步加深研究，从而在根本上避免故障的发生。
参考文献
[1]朱晓辉，孟峥峥，王浩鸣，等.运行高压交联聚乙烯电力电缆的介电性能[J].高电压技术，2015，41（4）：1090-1095.
[2]王立，杜伯学，任志刚.高压交联聚乙烯电缆绝缘劣化试验分析[J].高电压技术，2014，40（1）：111-116.
[3]王沐雪，王紫叶，陈语柔，等.高压电力电缆故障分析及相关技术[J].通信电源技术，2019，（5）：67-68.
[4]陈许议.高压电缆常见故障的分析及预防措施[J].电力安全技术，2019，（5）：23-26.
关键词：电缆;故障定位;重合闸;阻抗法
引言
我国城市化进程在不断加快，土地资源越来越紧缺，因此架空线路转变成电缆的趋势逐年加快，使得电缆在城市内110kV及以下电压等级输电应用中愈加广泛。随着城市的发展，对电力需求不断上升，已运行的电缆往往超负荷运行，加上电缆随着运行年限加长的自然老化过程，以及外力破坏等因素，电力电缆故障率逐年上升。电缆故障后一般不允许重合闸，如果不能快速准确地判断故障点所在位置，将极大地加剧巡检工作量，并引起长时间停电事故，造成严重经济损失，与此同时也给生活及生产带来不便，快速精准地诊断电缆故障对于及时排查故障并恢复供电具有重要意义，因此有必要对电缆故障定位方法进行深入研究。
1电力电缆故障原因
1.1施工故障
不科学的安装以及施工是引起高压电力电缆故障的主要原因。敷设电缆时，若施工人员不根据规范开展施工作业，就有可能会对高压电力电缆使用寿命造成影响。此类故障的相关表现主要体现在如下4个方面。第一，电力电缆表面存在破损的情况。施工人员在操作过程中的失误与错误等，均会让电力电缆表面出现破损，水流入电缆中内，进而形成安全隐患。第二，连接管接触不良。就需要长距离施工的电力电缆而言，若施工人员未正确处理两个电缆间的导体连接管，除了会引起接触不良的故障外，还会引起毛刺以及尖角的情况。第三，未严格密封中间接头。施工人员在敷设电缆的过程中，若电缆中间接头存在密封性不强的情况，当电缆处在潮湿环境中时，水分就会由接头处进入，进而影响电缆绝缘性。第四，电缆接头设置不合理。导致此问题的原因主要在于施工人员未根据设计方面对电缆予以敷设，如电缆周围存在多个接头，导致电缆运行安全性与稳定性下降。
1.2超负荷运行
现阶段，用电量越来越高，电缆长期处于超负荷运行状态。同时，电缆在正常运行时暴露在空气中，尤其是高温环境，超负荷运行会造成电缆温度较高，对电缆的使用寿命造成影响，加快电缆老化速度，影响绝缘性，同时也很容易发生击穿事故。
1.3电缆质量问题
电缆质量问题也是引起电缆故障的主要原因之一，其中较为常见的状况为质量问题导致的电缆进水，这是电缆本体质量问题造成绝缘事故的主要原因。要想对此问题予以有效的解决，需要在展开农网改造中，借助新型的交联电缆对油纸绝缘电缆进行更换。由于当前国内有很多生产电缆的厂家，同时质量各不相同，因此应大力控制电缆质量。在生产电缆中，针对绝缘屏蔽层表面和加工环境的处理，均应加大控制力度。
2电缆故障定位方法
2.1阻抗法
使用阻抗法进行故障定位的前提是线路参数已知，并且测量点与故障点之间的阻抗可以测量或计算，并且电缆线路的参数必须均匀分布。在此前提下，故障距离的确定可以通过特定的方程计算而出。电桥法是阻抗法的一种，在电缆故障定位技术发展初期应用最多的即是电桥法。采用电桥法进行故障定位时，忽略电缆线路的分布参数影响将电缆当作集中参数进行处理，因此在相同时刻下，电缆任何一点的电流大小相等，且不存在相位偏差，电缆的本体电阻与电缆长度呈正比关系。进行故障定位前，应将故障相一端与非故障相一端相连，电桥两臂分别接在故障相与非故障相的另一端，然后调节电桥上的变阻器使得电桥平衡，电桥平衡时电流计指针为0。电桥平衡后利用简单分压关系和已知电缆长度即可求出故障点与观测点的距离。对于低阻类型电缆击穿，一般用低压电桥，而对于断线击穿，则采用电容电桥。电桥法测量结果准确，但需要完好的非故障相作为测量回路，此外，试验电压不能过高。电桥法故障定位原理简单，测量精度较高，但只适用几种特定类型的故障，对于高阻故障，电桥法失效。由于施加电压较低，在高阻故障下，电桥中流过的电流很小，对电流计的测量精度提出了很高的要求，当精度不够时则容易造成定位不准。此外，使用电桥法需要提前获知电缆的详细参数，这对于工程实践来说往往具有较高的难度，因此随着新技术的不断发展，电桥法逐渐在电缆故障诊断中淡出了舞台。
2.2行波法
行波定位法在架空线路故障诊断中应用广泛，定位精度高，且响应及时，可以快速定位故障点。行波法在电缆中的应用首先是以低压脉冲法出现的，该方法基于电磁脉冲折返射原理，当人为向故障电缆中注入高频电流脉冲时，前行的电流脉冲在遇到故障点时会产生反射，通过记录起始脉冲与反射脉冲的时间差，并利用单端行波定位即可实现故障点的精确定位。最新的低压脉冲法已不需要监测记录的波形主波与反射波来判断时间差，而是通过仪器自动计算，大幅提升了诊断效率，但这种方法也存在着缺陷与不足，如脉冲电压幅值较低，当遇到高阻故障时，反射波微弱以至于无法识别。脉冲电流法弥补了低压脉冲法难以定位高阻故障的缺陷。该方法需要对故障电缆施加高压，使得故障点发生击穿，产生脉冲电流，然后用高性能监测终端监测并提取故障行波信号，根据行波定位法即可确定故障点所在位置。这种方法大部分场合下可靠性较高，但也存在一定的盲区，且有时故障闪络波形复杂，加大了识别难度，严重时造成定位失败。在行波定位法的基础上，20世纪90年代衍生了一种被称作二次脉冲法的定位方法，该方法首先发送一个低压脉冲进行电缆长度的测量与校核，得到精确全长后，进一步发送一个高压脉冲使得故障点发生击穿，然后再发送一个低压测试脉冲，即可在被击穿的故障点处形成反射。该方法对于大多数类型电缆故障是适用的，安全性高且精度较为理想，缺点是故障点维持低阻状态时长无法确定，当电缆受潮严重，使得击穿时间增加时，则容易增大定位误差。
2.3声测法
声测法是一种精确定位方法，其通过探听电缆故障点产生的声音进行精确定位，由于声波在介质或空气中传播时衰减极快，通过声音信号即可判定故障点是否在被测点附近。如果电缆敷设较浅或者护层已被破坏，对外会产生较为强烈的放电声音，无需借助外在仪器即可听到放电声音;反之，如果电缆护层未被烧穿，放电声音很小，则需要高精度的声音接收仪器，通过测量微弱振动信号并进行转换以及放大后才能变成可听声音。声测法仪器结构及原理简单，价格相对低廉，定位精度高，缺点是容易受噪音干扰，当现场环境噪声较大时可能无法利用该方法进行故障诊断。
结语
目前电缆故障诊断技术已多样化，为电缆故障的快速排查提供了有力的解决手段，然而对于电缆故障的预防及预警尚缺少有效手段，相关研究工作尚处于摸索阶段，需进一步加深研究，从而在根本上避免故障的发生。
参考文献
[1]朱晓辉，孟峥峥，王浩鸣，等.运行高压交联聚乙烯电力电缆的介电性能[J].高电压技术，2015，41（4）：1090-1095.
[2]王立，杜伯学，任志刚.高压交联聚乙烯电缆绝缘劣化试验分析[J].高电压技术，2014，40（1）：111-116.
[3]王沐雪，王紫叶，陈语柔，等.高压电力电缆故障分析及相关技术[J].通信电源技术，2019，（5）：67-68.
[4]陈许议.高压电缆常见故障的分析及预防措施[J].电力安全技术，2019，（5）：23-26.