白宏偉

【摘要】隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高和電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電能已經(jīng)成為人們生產(chǎn)和生活中一種必不可少的能源。而隨著人們對(duì)城市環(huán)境和美觀程度的要求越來越高，柱上設(shè)備和配電架空線路已經(jīng)不能夠滿足人們對(duì)城市電網(wǎng)系統(tǒng)美觀性的要求。電力電纜的產(chǎn)生能夠在保證人們的用電需求的同時(shí)，保持環(huán)境的整潔，在現(xiàn)代的供電系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。然而，要保證電力電纜能夠有效運(yùn)行，必須采取有效的措施對(duì)電力電纜故障進(jìn)行及時(shí)的探測(cè)。本文將總結(jié)電力電纜故障的探測(cè)方式，為實(shí)際電力電纜故障探測(cè)提供理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】電力電纜；故障；探測(cè)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的逐漸發(fā)展和城市電網(wǎng)的逐漸完善，電力電纜在我國(guó)的工礦企業(yè)、事業(yè)單位等企業(yè)得到的重要的應(yīng)用。在電力電纜的應(yīng)用過程中，電纜的質(zhì)量和狀態(tài)會(huì)在很大程度上影響電網(wǎng)系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。一些電網(wǎng)的設(shè)計(jì)不符合規(guī)范、電纜的質(zhì)量存在缺陷或者電纜在工作的過程中過熱的原因以導(dǎo)致電纜出現(xiàn)故障，而在電纜出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)故障進(jìn)行探測(cè)和定位能夠減少電網(wǎng)故障而引起的重大經(jīng)濟(jì)損失。

1.常見電力電纜故障

電力電纜從鋪設(shè)安裝到運(yùn)行維護(hù)的整個(gè)過程，電力電纜故障具有不同的特點(diǎn)，所以，在進(jìn)行電力電纜故障探測(cè)的過程中，應(yīng)把握不同階段電纜故障的特點(diǎn)，從而能夠及時(shí)準(zhǔn)確找到電力電纜的故障。

1.1電力電纜安裝環(huán)節(jié)易出現(xiàn)問題

在電纜鋪設(shè)的過程中，由于選址不當(dāng)?shù)葐栴}，導(dǎo)致電纜旁邊的土壤影響電纜，從而使電纜產(chǎn)生位移，電纜附件的安全性得不到保障。在鋪設(shè)排管的過程中，由于橫向約束的影響，導(dǎo)致電纜易出現(xiàn)彎曲變形等問題，電纜的金屬保護(hù)套產(chǎn)生疲勞應(yīng)變，產(chǎn)生安全隱患。在進(jìn)行地溝敷設(shè)的過程中，一些鋪設(shè)工作不能夠牢固固定電纜，一出現(xiàn)斜面的滑落問題。此外，在斜井敷設(shè)電纜過程中，不能夠準(zhǔn)確衡量井位的跨度，使電纜在使用的過程中受到自身重力或者熱機(jī)械力的影響，在很大程度上減少電纜的壽命。電纜故障或者壽命受到影響除了受到電纜敷設(shè)不當(dāng)?shù)挠绊懼?，還受到外力因素的影響，其中最易受到機(jī)械損傷。機(jī)械損傷主要是由于在電纜鋪設(shè)完成之后，進(jìn)行道路綠化、園林建設(shè)或者建筑施工等，導(dǎo)致電纜鋪設(shè)的標(biāo)示樁被破壞或者丟失，從而使電纜受到外力的破壞造成故障。

1.2電纜運(yùn)行維護(hù)過程中易出現(xiàn)問題

電力電纜系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，由于自身性質(zhì)特點(diǎn)和敷設(shè)過程中的敷設(shè)方式問題；在運(yùn)行過程中外界環(huán)境的影響導(dǎo)致電纜運(yùn)行出現(xiàn)故障問題。其中電纜運(yùn)行過程中易出現(xiàn)的故障主要分為絕緣性問題和接頭問題。其中絕緣性問題產(chǎn)生主要是由于電纜的材料性質(zhì)和鋪設(shè)問題引起的。我國(guó)目前電纜鋪設(shè)采用的主要的絕緣材料為橡皮絕緣材料、塑料絕緣材料、氣體絕緣材料以及油浸紙絕緣材料。在鋪設(shè)的過程中可能因?yàn)樵煨筒划?dāng)、制作不良或者使用的過程中長(zhǎng)期過載、靠近熱源等多種原因，導(dǎo)致電纜易受到化學(xué)腐蝕和受潮，導(dǎo)致電纜在運(yùn)行的過程中會(huì)時(shí)常出現(xiàn)絕緣、老化或者受潮等問題，造成電纜故障。關(guān)于接頭問題主要是因?yàn)殡娎|鋪設(shè)的密封失效、連接不良、封鉛漏水或者在運(yùn)行過程中長(zhǎng)期過負(fù)荷運(yùn)行等原因造成的。電纜接頭的故障主要表現(xiàn)為電纜的終端頭或者中間接頭處發(fā)生爆炸。

2.電纜故障探測(cè)的傳統(tǒng)方法

2.1電纜故障測(cè)距的傳統(tǒng)方法

目前我國(guó)關(guān)于電纜故障測(cè)距的傳統(tǒng)方法主要有測(cè)量電阻電橋法、低壓脈沖反射法、脈沖電壓取樣法、脈沖電流取樣法和二次脈沖法五種。其中，測(cè)量電阻電橋法在被稱之為經(jīng)典方法。這種方法能夠有效地測(cè)量短路和低阻故障。進(jìn)行故障探測(cè)的主要原理是利用電橋平衡，對(duì)應(yīng)的橋臂電阻的乘積相等，電阻與電纜長(zhǎng)度成正比的。測(cè)量電阻電橋法具有操作簡(jiǎn)單方便、測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)。但是也具有測(cè)試局限性較高的缺點(diǎn)。在測(cè)量100千歐以下的短路或者接地電阻進(jìn)行相間短路、單相接地、二相接地或者三相短路等故障的測(cè)量的測(cè)試誤差能夠保持在0.3%-0.5%之間。而當(dāng)電阻的超過100千歐時(shí)，電橋的回路電流很小，導(dǎo)致一般電橋不能夠準(zhǔn)確測(cè)量和判斷電橋的平衡。低壓脈沖法主要用于測(cè)量電纜的低阻和斷路故障。而電纜運(yùn)行過程中低阻和斷路故障約占電纜運(yùn)行故障的百分之十左右。除此之外，低壓脈沖法還用于測(cè)量電纜的長(zhǎng)度，檢查電纜的斷路和短路點(diǎn)，以及測(cè)量電纜接頭和附件的位置和數(shù)量。低壓脈沖法故障探測(cè)的原理是將低壓脈沖在短時(shí)間內(nèi)沿著電纜進(jìn)行傳送，當(dāng)脈沖遇到中間接頭、終端頭、斷點(diǎn)或者短路點(diǎn)時(shí)，脈沖將會(huì)發(fā)生反射，之后使用脈沖之間的時(shí)間差來進(jìn)行測(cè)量差距。而這種探測(cè)方式的局限性在于不能用于測(cè)量高阻性和閃絡(luò)性故障。脈沖電壓取樣方法主要包括直流高壓閃絡(luò)法和沖擊高壓閃絡(luò)法。這種方法主要用來測(cè)量閃絡(luò)性故障和高祖泄露。主要的探測(cè)原理是用直流或者高壓脈沖信號(hào)將電纜的故障擊穿，只夠記錄下測(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)之間高壓脈沖的往返時(shí)間。脈沖電流取樣法的故障探測(cè)原理是采用高壓將故障點(diǎn)擊穿，在這個(gè)過程中，陡度較大的高壓直流電流遇到故障點(diǎn)之后會(huì)瞬間放電，同時(shí)伴隨著放電聲音、放電火花與放電脈沖波。該方法就是利用放電脈沖波在測(cè)量點(diǎn)與故障點(diǎn)之間往返時(shí)間的測(cè)量，從而計(jì)算出故障點(diǎn)的位置。二次脈沖法是采用高壓發(fā)生器沖擊閃絡(luò)技術(shù)，對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量的一種方式。這種方式測(cè)量故障點(diǎn)的始端或者近始端的波形較為復(fù)雜，而且存在一定的盲區(qū)，導(dǎo)致測(cè)量誤差較大。

2.2電纜故障定點(diǎn)的傳統(tǒng)方法

電纜故障定點(diǎn)的傳統(tǒng)方法主要包括聲測(cè)法、聲磁同步法和音頻感應(yīng)法三種。其中聲測(cè)法主要是利用在故障被擊穿時(shí)產(chǎn)生的放電聲音進(jìn)行測(cè)量。聲磁同步法是結(jié)合直流高壓沖擊故障產(chǎn)生的脈沖磁場(chǎng)和放電聲音。當(dāng)聲測(cè)定點(diǎn)中接收到的脈沖磁場(chǎng)即可認(rèn)為是故障點(diǎn)發(fā)出。音頻感應(yīng)法主要用于測(cè)量電阻小于10歐的低阻故障。

3.新型電纜故障探測(cè)方法

3.1新型電纜故障測(cè)距方法

結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生的新型電纜故障探測(cè)方式主要有：實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)、因果網(wǎng)電纜故障定位和小波變換電纜故障定位等方法。其中實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)是將利用計(jì)算機(jī)技術(shù)在電纜故障探測(cè)領(lǐng)域能夠使用人的思維來解決復(fù)雜的問題。為了能夠?qū)崿F(xiàn)人類專家的思維，要有包含大量專家知識(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并采用一系列新的規(guī)則來維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的正常運(yùn)行。因果網(wǎng)主要包括四類節(jié)點(diǎn)：征兆、狀態(tài)、假設(shè)和起始原因。其中狀態(tài)節(jié)點(diǎn)表示電網(wǎng)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。征兆節(jié)點(diǎn)是狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的征兆。假設(shè)節(jié)點(diǎn)是系統(tǒng)對(duì)故障進(jìn)行的診斷假設(shè)，起始原因節(jié)點(diǎn)表示的是使故障產(chǎn)生的最終原因。因果網(wǎng)能夠詳細(xì)地描述繼電器、開關(guān)和故障元件之間的關(guān)系，但并不涉及到部件的內(nèi)部細(xì)節(jié)，從而能夠更加直觀、簡(jiǎn)潔地描述故障發(fā)生的原因。小波變換電纜故障探測(cè)方式是由數(shù)學(xué)知識(shí)分支來的故障探測(cè)方式，是電纜故障探測(cè)的先進(jìn)算法，能夠有效應(yīng)用于電纜故障的暫態(tài)信號(hào)分析中。

3.2新型電纜故障定點(diǎn)方法

新型的電纜故障定點(diǎn)方法主要包括：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、全球定位系統(tǒng)的行波故障定位以及分布式光纖溫度傳感器。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過將節(jié)點(diǎn)比作神經(jīng)元，之后進(jìn)行神經(jīng)元之間輸入和輸出達(dá)到信號(hào)處理目的的一種方式。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要用于故障模式的識(shí)別和故障的征兆的預(yù)測(cè)。全球定位系統(tǒng)的行波故障定位主要是為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)阻抗算法對(duì)于阻抗接地、直流輸電線和多端電源線路故障探測(cè)不準(zhǔn)確的問題。分布式光纖溫度傳感器是通過檢測(cè)電纜故障點(diǎn)的溫度變化來對(duì)電纜故障點(diǎn)進(jìn)行定位的方法。該方法具有操作簡(jiǎn)便，定位速度快以及不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。

4.總結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)電力電纜要求的逐步提升，電纜故障的探測(cè)應(yīng)結(jié)合先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，從而能夠滿足人們的需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 馬麗莉.試論電力電纜故障探測(cè)和定位方法[J].機(jī)電信息，2013，（33）：105-106.