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【摘 要】本文针对低压电力电缆领域，探讨其故障定位查找的新方法，采用正弦波频率调制编码、直接数字频率合成等技术产生特征识别信息，故障测距和沿线手持定位器定位，实现了电缆故障的零误差定位。
【关键词】低压电力电缆 故障定位 故障测距 手持定位器
1、引言
随着社会的发展，电缆的维护变得越来越重要。电缆无论采取何种结构形式，都处于自然环境之中，由于受气候、周围环境、外力影响以及逐年腐蚀、老化等原因，线路特性会发生变化，甚至出现断线、接地等故障，使线路中断，给人们的日常工作、生活带来不便，保障电缆线路的安全运行是系统运行的基本要求，这就要求对于电缆故障及时进行处理，但电缆线路的故障检测比架空输电线路故障检测任务要艰巨很多，因为电缆线路一般位于沟槽中或埋于地下，不像架空线路那样具有直接可观测性。
笔者根据长期从事供电系统运营维护的经验，结合专业技术理论和施工组织管理实践，初步形成了关于电缆故障查找与定位的一些认识和体会，融合各种电缆故障测距定位原理，考虑到使用的实用性，设计了低压电缆故障定位装置，满足现场使用的需求。
2、电缆故障定位现状
目前电缆故障定位的方法较多，主要有：直流电桥法、低压脉冲反射法、脉冲电压法（冲闪法）、脉冲电流法、声测法等等，相对来说，电力电缆故障测试中粗测距离是很容易的。目前使用的电力电缆故障点测距装置，一般只要数分钟便可测出电力电缆故障点至测试端的粗略距离，而且粗测误差一般不会超过几十米，因此，电力电缆故障粗测距离已不是电缆寻测故障的主要矛盾。大量电力电缆故障测试实践证明：电力电缆故障精确定位已成为快速寻测电力电缆故障的主要问题。如果电缆故障点的检测结果与实际故障相差较大，那么也就失去了意义。所以，电缆故障检测要求精确度更高的方法。
另外，单一检测方法往往具有局限性，电桥法及低压脉冲反射法对断线故障和低阻故障很准确，但对高阻故障不适用。直流闪测法和冲击闪测法，分别测试间歇故障及高阻故障，两者都均可分为电流和电压闪测法。电压法可测率高，波形清晰易判，盲区比电流法少一倍，但接线复杂，分压过大时对人和仪器有危险；电流法则相反。目前这两种方法是国产高阻故障测试仪的主要方法，基本上解决了电缆高阻故障测试问题。但仪器有盲区，且波形有时不够明显，靠人为判断，仪器误差相对较大。而采用声测法时，由于部分电缆故障为封闭故障，十几米甚至几十米远的电缆故障点放电声几乎一样大，这给电缆故障定位带来了较大的困难，另外在实际电缆故障定点中，由于测试人远离测试端，当尚未听到由电缆故障点传出的声波时，心情往往会急燥起来，甚至会怀疑高压放电设备没有工作，有时在有脉冲声源的干扰背景中，往往需要知道自己听到的声波是否与放电设备的放电周期同步，否则就无法作出最后的判断。
有鉴于此，需要研究能够达到更精度、更准确的电缆故障定位新方法、理论和实现方式、装置结构。
3、主要技术方案
整套装置由发送器、接收器和手持式查线器组成，待查线缆两端分别接发送器和接收器，具体装置组成如图1所示。待查线缆两端分别接发送器和接收器，发送器将特征信号耦合到线缆，接收器在末端检出该特征信号，从而实现对线、寻线、故障测距等功能。发送器的主要任务是产生并发送用于对线、寻线和故障定位的标准信号。而利用手持查线器可以在线缆整个径路的不同位置寻出载有特征信号的目标线缆，也可进行故障点的精准定位，对其性能在灵敏性、抗干扰性和便携性上有较高的要求。
1、特征信号的确定
信号源采用采用正弦波频率调制编码技术，16组编码分时复用，直流注入目标电缆。频率幅值数控可调整的交流恒流源，其优点是电流恒定，信号不至于太微弱而影响测量，同时该电源频率可以设置为多种不同频率。
交流恒流源的设计中，首先通过直接数字频率合成（DDS）技术产生数字式的正弦波相位、频率和幅值可调的正弦波电压信号，然后再把所产生的电压通过电压-电流转换电路和功率放大电路输出电流，通过负反馈使得电流恒定。
2、故障定位原理的实现。
故障定位由两个相对独立的环节组成：故障测距和沿线定位。故障定位能够提供较为准确的故障地点，由发送端实现。沿线定位就是利用手持查线器沿线缆路径搜寻故障点，可以精准定位。一般应通过故障定位确定故障区域，再沿线精准定位。设计采用根据行波理论原理发展的低压脉冲反射法来实现故障定位，通过计量发射脉冲和故障点反射脉冲之间的时间差△t来测取故障距离，适于测定电缆的低阻和开路故障，也可用于校对电缆的全长和显示电缆中间接头的位置，还可用于测定电缆的波传播速度，测量准确率较高。而沿线准确定位时，在故障电缆内注入寻线时用的特征信号电流，通过声测和电磁测量共同完成故障点的判定。由于故障点放电时，除了产生放电声外，还会产生通过地面传播的高频电磁波，通过同时接收声波和电磁波方法来判断当前的声波是否由故障点放电引起，测出信号最强点即位故障点位置。
4、现场应用情况
目前，装置已经整体技术方案设计并生产了样机，进行了有关功能测试和现场实际运行检验，结果表明该装置满足电力电缆建设、运行维护及改造的需要，有利于提供施工效率和质量，经某地区电力设施改造工程2个月试用，即进行各种对线、寻线、故障定位操作89次，按平均每次节约30 min计，按每次作业需10人计，可节约施工时间45 h，若考虑到仪器简化操作还可以减少1-4人作业，则效益更高。
5、结论
所述的电力电缆故障定位装置，能够对电力电缆尤其是多芯线的低压电缆进行零误差的故障定位，能够切实提高施工效率，确保故障检修的全面、有序和准确性，对于保障整个系统的安全运营具有重要的意义和价值。
参考文献：
[1] 孙静. 电缆故障测试方法和查找定位研究[J]. 科技与企业. 2014（01）
[2] 余伟凌. 基于模式变换和小波变换的电力电缆故障测距方法[J]. 广东电力. 2007（03）
[3] 朱江，张龙海，张俊红. 低压电缆故障的诊断及定位[J]. 内江科技. 2010（05）
本项目为河北省教育厅青年基金项目（编号：QN2013121）
【关键词】低压电力电缆 故障定位 故障测距 手持定位器
1、引言
随着社会的发展，电缆的维护变得越来越重要。电缆无论采取何种结构形式，都处于自然环境之中，由于受气候、周围环境、外力影响以及逐年腐蚀、老化等原因，线路特性会发生变化，甚至出现断线、接地等故障，使线路中断，给人们的日常工作、生活带来不便，保障电缆线路的安全运行是系统运行的基本要求，这就要求对于电缆故障及时进行处理，但电缆线路的故障检测比架空输电线路故障检测任务要艰巨很多，因为电缆线路一般位于沟槽中或埋于地下，不像架空线路那样具有直接可观测性。
笔者根据长期从事供电系统运营维护的经验，结合专业技术理论和施工组织管理实践，初步形成了关于电缆故障查找与定位的一些认识和体会，融合各种电缆故障测距定位原理，考虑到使用的实用性，设计了低压电缆故障定位装置，满足现场使用的需求。
2、电缆故障定位现状
目前电缆故障定位的方法较多，主要有：直流电桥法、低压脉冲反射法、脉冲电压法（冲闪法）、脉冲电流法、声测法等等，相对来说，电力电缆故障测试中粗测距离是很容易的。目前使用的电力电缆故障点测距装置，一般只要数分钟便可测出电力电缆故障点至测试端的粗略距离，而且粗测误差一般不会超过几十米，因此，电力电缆故障粗测距离已不是电缆寻测故障的主要矛盾。大量电力电缆故障测试实践证明：电力电缆故障精确定位已成为快速寻测电力电缆故障的主要问题。如果电缆故障点的检测结果与实际故障相差较大，那么也就失去了意义。所以，电缆故障检测要求精确度更高的方法。
另外，单一检测方法往往具有局限性，电桥法及低压脉冲反射法对断线故障和低阻故障很准确，但对高阻故障不适用。直流闪测法和冲击闪测法，分别测试间歇故障及高阻故障，两者都均可分为电流和电压闪测法。电压法可测率高，波形清晰易判，盲区比电流法少一倍，但接线复杂，分压过大时对人和仪器有危险；电流法则相反。目前这两种方法是国产高阻故障测试仪的主要方法，基本上解决了电缆高阻故障测试问题。但仪器有盲区，且波形有时不够明显，靠人为判断，仪器误差相对较大。而采用声测法时，由于部分电缆故障为封闭故障，十几米甚至几十米远的电缆故障点放电声几乎一样大，这给电缆故障定位带来了较大的困难，另外在实际电缆故障定点中，由于测试人远离测试端，当尚未听到由电缆故障点传出的声波时，心情往往会急燥起来，甚至会怀疑高压放电设备没有工作，有时在有脉冲声源的干扰背景中，往往需要知道自己听到的声波是否与放电设备的放电周期同步，否则就无法作出最后的判断。
有鉴于此，需要研究能够达到更精度、更准确的电缆故障定位新方法、理论和实现方式、装置结构。
3、主要技术方案
整套装置由发送器、接收器和手持式查线器组成，待查线缆两端分别接发送器和接收器，具体装置组成如图1所示。待查线缆两端分别接发送器和接收器，发送器将特征信号耦合到线缆，接收器在末端检出该特征信号，从而实现对线、寻线、故障测距等功能。发送器的主要任务是产生并发送用于对线、寻线和故障定位的标准信号。而利用手持查线器可以在线缆整个径路的不同位置寻出载有特征信号的目标线缆，也可进行故障点的精准定位，对其性能在灵敏性、抗干扰性和便携性上有较高的要求。
1、特征信号的确定
信号源采用采用正弦波频率调制编码技术，16组编码分时复用，直流注入目标电缆。频率幅值数控可调整的交流恒流源，其优点是电流恒定，信号不至于太微弱而影响测量，同时该电源频率可以设置为多种不同频率。
交流恒流源的设计中，首先通过直接数字频率合成（DDS）技术产生数字式的正弦波相位、频率和幅值可调的正弦波电压信号，然后再把所产生的电压通过电压-电流转换电路和功率放大电路输出电流，通过负反馈使得电流恒定。
2、故障定位原理的实现。
故障定位由两个相对独立的环节组成：故障测距和沿线定位。故障定位能够提供较为准确的故障地点，由发送端实现。沿线定位就是利用手持查线器沿线缆路径搜寻故障点，可以精准定位。一般应通过故障定位确定故障区域，再沿线精准定位。设计采用根据行波理论原理发展的低压脉冲反射法来实现故障定位，通过计量发射脉冲和故障点反射脉冲之间的时间差△t来测取故障距离，适于测定电缆的低阻和开路故障，也可用于校对电缆的全长和显示电缆中间接头的位置，还可用于测定电缆的波传播速度，测量准确率较高。而沿线准确定位时，在故障电缆内注入寻线时用的特征信号电流，通过声测和电磁测量共同完成故障点的判定。由于故障点放电时，除了产生放电声外，还会产生通过地面传播的高频电磁波，通过同时接收声波和电磁波方法来判断当前的声波是否由故障点放电引起，测出信号最强点即位故障点位置。
4、现场应用情况
目前，装置已经整体技术方案设计并生产了样机，进行了有关功能测试和现场实际运行检验，结果表明该装置满足电力电缆建设、运行维护及改造的需要，有利于提供施工效率和质量，经某地区电力设施改造工程2个月试用，即进行各种对线、寻线、故障定位操作89次，按平均每次节约30 min计，按每次作业需10人计，可节约施工时间45 h，若考虑到仪器简化操作还可以减少1-4人作业，则效益更高。
5、结论
所述的电力电缆故障定位装置，能够对电力电缆尤其是多芯线的低压电缆进行零误差的故障定位，能够切实提高施工效率，确保故障检修的全面、有序和准确性，对于保障整个系统的安全运营具有重要的意义和价值。
参考文献：
[1] 孙静. 电缆故障测试方法和查找定位研究[J]. 科技与企业. 2014（01）
[2] 余伟凌. 基于模式变换和小波变换的电力电缆故障测距方法[J]. 广东电力. 2007（03）
[3] 朱江，张龙海，张俊红. 低压电缆故障的诊断及定位[J]. 内江科技. 2010（05）
本项目为河北省教育厅青年基金项目（编号：QN2013121）