許湛揚(yáng)　羅航

【關(guān)鍵詞】常見電纜故障；探測方法；應(yīng)用研究；配網(wǎng)；故障定位技術(shù)

前言

為有效降低配網(wǎng)架空路線所產(chǎn)生的費(fèi)用，提高配網(wǎng)線路的安全性穩(wěn)定性，在配網(wǎng)建設(shè)中電纜得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，由于電纜長期掩埋于地下潮濕環(huán)境之中，所以電纜非常容易受到潮濕環(huán)境的影響，從而導(dǎo)致電纜絕緣性大大降低。當(dāng)電纜發(fā)生故障時(shí)，若無法及時(shí)對電纜故障進(jìn)行處理與維護(hù)，則會導(dǎo)致配網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的故障，所以配網(wǎng)電纜故障探測及故障位置定位研究成為配電網(wǎng)從業(yè)人員所需要關(guān)注的熱點(diǎn)問題[1]?；诖?，本文對配網(wǎng)中常見的電纜故障探測方法及應(yīng)用展開探究，并提出相應(yīng)的改善方式。這對促進(jìn)配網(wǎng)供電的穩(wěn)定性和安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、配電網(wǎng)中常見電纜故障探測的重要性

在針對配網(wǎng)電纜的故障進(jìn)行探測時(shí)，傳統(tǒng)人工電纜檢測的方法已經(jīng)無法充分滿足現(xiàn)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(nèi)配電網(wǎng)電力系統(tǒng)的發(fā)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(fā)展。自動化控制技術(shù)與故障探測技術(shù)兩者之間的有效結(jié)合，能夠快速、精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)對電纜故障位置的定位，及時(shí)處理配網(wǎng)電纜故障，以此充分保障配電網(wǎng)電力系統(tǒng)的電能穩(wěn)定輸出。

二、配網(wǎng)電纜故障的原因及分類

（一）故障原因

圖1 配網(wǎng)電纜的機(jī)械損傷示意圖

城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，由于城市土地資源相對比較稀缺，傳統(tǒng)的配網(wǎng)架空線路設(shè)計(jì)嚴(yán)重影響了城市的規(guī)劃發(fā)展。如今，電力電纜線路已經(jīng)逐漸替代了傳統(tǒng)配網(wǎng)架空線路的設(shè)計(jì)。根據(jù)電纜技術(shù)的發(fā)展，電纜所承受的電壓等級得到了進(jìn)一步的提高，其電纜的絕緣材料設(shè)計(jì)，從常見的橡膠絕緣材料轉(zhuǎn)變成了氣體絕緣材料、交聯(lián)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(wǎng)常見故障的維護(hù)工作影響，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對電力故障進(jìn)行探測研究，并制定完善的電纜故障維護(hù)的方法[2]。

（二）常見電纜故障分類

配網(wǎng)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(wǎng)電纜的外部故障方面來看，主要是由于電纜線路在實(shí)際鋪設(shè)作業(yè)時(shí)，可能受到施工設(shè)備的影響，造成電纜發(fā)生機(jī)械損傷，具體情況見圖1所示。并且，在實(shí)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(dǎo)致絕緣性下降或電纜斷裂的情況發(fā)生，進(jìn)而引發(fā)電纜故障，使得配網(wǎng)電力傳輸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行受到嚴(yán)重影響[3]。此外，配網(wǎng)電纜在運(yùn)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(wǎng)中常見的電纜故障探測方法研究

（一）電纜故障探測技術(shù)

1、紅外線探測技術(shù)

如果配電網(wǎng)中電纜突發(fā)故障時(shí)，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(dǎo)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(shí)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(shè)備，對配網(wǎng)電纜線路進(jìn)行溫度掃描。而紅外線成像儀的應(yīng)用，可以直觀地對配網(wǎng)電纜中超過標(biāo)準(zhǔn)溫度的電纜進(jìn)行熱點(diǎn)定位，以此結(jié)合溫度的變化結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對電纜線路中存在的故障發(fā)生點(diǎn)進(jìn)行判斷。并且，由于紅外線探測技術(shù)具備操作簡單和高效故障檢測等優(yōu)點(diǎn)，在配網(wǎng)電纜故障探測方面得到了廣泛的應(yīng)用[4]。

2、高頻感應(yīng)技術(shù)

該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)主要是利用電磁波信號發(fā)生設(shè)備，向配網(wǎng)電纜輸入高頻電流，然后利用電磁波，進(jìn)行電纜線路鋪設(shè)。同時(shí)，還需要對電纜周圍的電磁場信號進(jìn)行收集，并對其收集的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再將結(jié)果載入顯示器。最后，根據(jù)其數(shù)值實(shí)現(xiàn)對電纜故障位置進(jìn)行定位。此外，該項(xiàng)技術(shù)的信號具有較強(qiáng)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(yīng)用。

3、遙測法

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

4、錄波器

在配網(wǎng)電纜線路運(yùn)行過程中，利用配網(wǎng)系統(tǒng)中所安裝的故障錄波器，能夠?yàn)榕渚W(wǎng)電纜線路的實(shí)際運(yùn)行狀況提供相應(yīng)的支撐。并且，借助故障錄波器中所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對故障點(diǎn)位置的及時(shí)、快速判斷。故障錄波器會對在配網(wǎng)電纜線路的故障發(fā)生前后的電流和電壓數(shù)值進(jìn)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(yīng)的依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)電纜故障的具體定位。所以，在故障錄波器自動化裝置的應(yīng)用前，可以將關(guān)于配網(wǎng)電纜線路的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行參數(shù)提前錄入到錄波器設(shè)備當(dāng)中，隨時(shí)準(zhǔn)備投入使用[6]。

5、監(jiān)控中心

除了上述幾種電纜故障探測技術(shù)方法之外，還可以利用配網(wǎng)中心監(jiān)控系統(tǒng)中的配網(wǎng)接線圖，對電纜的運(yùn)行情況進(jìn)行分析。因此，當(dāng)配網(wǎng)電纜線路發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可直接發(fā)出電纜故障信號，同時(shí)，相關(guān)接收設(shè)備會接收信號，并將其上傳到在線監(jiān)控中心，然后由專業(yè)人員利用對應(yīng)軟件對電纜故障問題實(shí)施分析。所以，當(dāng)電纜線路內(nèi)部發(fā)生故障燈變化時(shí)，這就表示電纜線路存在異常，且報(bào)警系統(tǒng)也會顯示相應(yīng)的故障警示信息，并發(fā)送到故障負(fù)責(zé)人手中，以此對電纜故障線路進(jìn)行故障排查和處理。

（二）配網(wǎng)電力電纜故障探測流程分析

配網(wǎng)電纜線路故障流程主要從4個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：電纜故障定點(diǎn)、電纜故障位置測距以及電纜故障性質(zhì)診斷分析和電纜故障探測準(zhǔn)備工作等。

1、電纜故障探測前的準(zhǔn)備工作

配網(wǎng)電纜故障探測工作人員在進(jìn)行電纜故障探測時(shí)，首先需要精準(zhǔn)掌握電纜故障線路的設(shè)計(jì)資料，如電纜運(yùn)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(biāo)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(zhǔn)備相關(guān)電纜故障探測測量設(shè)備，并對設(shè)備的合格情況進(jìn)行檢驗(yàn)。如紅外成像儀設(shè)備、夜間探測設(shè)備等，并根據(jù)實(shí)際配網(wǎng)電纜故障探測作業(yè)情況，制定完善的安全措施。

2、電纜故障性質(zhì)診斷

在對電纜存在的故障性質(zhì)進(jìn)行診斷分析時(shí)，首先需要借助絕緣電阻表與萬用表等設(shè)備，對電纜線路當(dāng)中所存在的故障及其類型進(jìn)行判斷，為后續(xù)電纜故障測距以及電纜故障定點(diǎn)等提供相應(yīng)的依據(jù)，并為配網(wǎng)電纜故障探測工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在配網(wǎng)電纜故障探測時(shí)，需要進(jìn)行導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)，對相接地或相不接地的導(dǎo)通情況進(jìn)行判斷。其次，需要針對電纜絕緣電阻的情況進(jìn)行測量，以此來保障絕緣電阻表中的各個(gè)相能夠?qū)崿F(xiàn)分別測量。因此，如果相接地不導(dǎo)通，那么絕緣電阻值就會呈現(xiàn)無窮大或者正常的狀態(tài)，這就說明此相為電纜斷線故障。如果相接地導(dǎo)通類當(dāng)中，絕緣電阻值小于正常的值，這時(shí)可以使用萬用表對電纜絕緣電阻值進(jìn)行精準(zhǔn)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(xì)情況見表1所示）[7]。

3、電纜故障測距分析

針對配網(wǎng)電纜線路中存在的故障問題進(jìn)行測距分析時(shí)，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(diǎn)和探測點(diǎn)之間的距離進(jìn)行判斷。以此對電纜故障點(diǎn)的大致范圍進(jìn)行確定，并為電纜故障的位置定點(diǎn)提供相應(yīng)的支持。如，利用低壓脈沖法針對配網(wǎng)電纜故障測距之前，對電纜的長度進(jìn)行測量，然后結(jié)合測量的結(jié)果選擇對應(yīng)的電纜故障測距方法，具體見表2所示。

表2 配網(wǎng)電纜線路的故障測距方法

（三）配網(wǎng)電纜故障距離測量分析

當(dāng)電纜故障完成初步判斷操作之后，需要專業(yè)維護(hù)人員結(jié)合標(biāo)記的配網(wǎng)電纜進(jìn)行故障點(diǎn)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(jìn)行探測時(shí)，可以利用阻抗法來對配網(wǎng)電纜線路當(dāng)中的均勻線路進(jìn)行假設(shè)，然后以線路集中參數(shù)模型為基礎(chǔ)，利用電纜故障測距設(shè)備實(shí)現(xiàn)對電纜的測量，以此可以得到電纜的電流電壓值。這時(shí)，通過計(jì)算得到回路的阻抗值，最后根據(jù)電纜線路自身的長度和阻抗值兩者之間的關(guān)系，對電纜故障測距設(shè)備和電纜故障位置之間的距離進(jìn)行計(jì)算，并為電纜故障位置定位提供相應(yīng)的依據(jù)。

（四）配網(wǎng)電纜故障定點(diǎn)分析

當(dāng)完成配網(wǎng)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(diǎn)進(jìn)行快速的確認(rèn)，并結(jié)合相應(yīng)的故障情況選擇對應(yīng)的處理方案。如針對110kv配網(wǎng)電纜線路的故障位置進(jìn)行定點(diǎn)時(shí)，然后利用聲磁同步法或聲測定點(diǎn)法等先進(jìn)的技術(shù)方法，完成對配網(wǎng)電纜故障位置進(jìn)行精準(zhǔn)的探測，就可以得到電纜故障的測距結(jié)果。如，在實(shí)際電纜故障測量過程中，利用聲測定點(diǎn)法進(jìn)行電纜測量時(shí)，會遭受周圍環(huán)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(jié)合電纜故障點(diǎn)位置與電磁波振動聲波同步的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)埋地電纜的故障進(jìn)行檢測與分析，然后再通過人為的方式對電纜現(xiàn)場故障情況與干擾情況進(jìn)行逐一排查。最后，借助聲磁時(shí)間差的轉(zhuǎn)換方法就能夠得到定點(diǎn)探頭和電纜線路故障位置之間的實(shí)際距離數(shù)值，且該數(shù)值能夠在顯示屏上顯示出來。同時(shí)，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(jìn)行存儲記錄。

四、案例分析

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)中常見的電纜故障的探測，本文以某條10kV電纜線路中發(fā)生的故障問題展開故障探究。

（一）配網(wǎng)電纜故障性質(zhì)的診斷

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

從下表3當(dāng)中來看，該配網(wǎng)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(wǎng)電纜故障線路的導(dǎo)通實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（二）故障測距分析及定點(diǎn)

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(shí)，可以選擇利用故障測距設(shè)備和脈沖電流的方法進(jìn)行測距，以此可以得到準(zhǔn)確的電纜故障點(diǎn)與故障探測點(diǎn)的距離。圖三如下。

圖3 電纜故障測距現(xiàn)場圖

其次，在電纜故障的定點(diǎn)時(shí)，針對2相的配網(wǎng)電纜高阻故障展開故障定位，主要是根據(jù)電纜故障的測距結(jié)果，并借助對應(yīng)的測量設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)對此相的電纜故障定點(diǎn)。最后，通過核查發(fā)現(xiàn)，配網(wǎng)電纜線路接頭處存在故障。

五、常見電纜故障的預(yù)防對策

（一）加強(qiáng)提高工作人員的專業(yè)技能

在探測配網(wǎng)電纜線路中存在的故障時(shí)，探測人員的專業(yè)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(jìn)行優(yōu)化和完善，并將配網(wǎng)電纜線路的鋪設(shè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等合理歸納到對應(yīng)的規(guī)章當(dāng)中，然后結(jié)合實(shí)際情況對工作人員展開相應(yīng)的培訓(xùn)。同時(shí)，電纜鋪設(shè)工作中，需要避免安全隱患發(fā)生，只有這樣才能夠促進(jìn)電纜故障探測效率和精準(zhǔn)度得到提升。最后，可以通過提高工作人員責(zé)任感，有效避免不良事故的發(fā)生，使得電纜故障發(fā)生的概率得到降低，促進(jìn)配網(wǎng)電力的穩(wěn)定性提高。

（二）提高配網(wǎng)調(diào)度機(jī)制

降低電纜故障發(fā)生的概率，需要充分利用配網(wǎng)調(diào)度機(jī)制設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)的管理。如，結(jié)合配網(wǎng)中電纜故障探測和處理的實(shí)際情況進(jìn)行分析，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持配網(wǎng)的調(diào)度原則進(jìn)行調(diào)度機(jī)制設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對電纜的集約化管理。但配網(wǎng)調(diào)度的管理面積較大，一旦發(fā)生調(diào)度失誤就會造成嚴(yán)重的后果。因此，這就要提高對配網(wǎng)的調(diào)度管理作業(yè)的重視，并進(jìn)一步明確職責(zé)分工，從而為配網(wǎng)調(diào)度作業(yè)的順利實(shí)施提供相應(yīng)的依據(jù)，促進(jìn)配網(wǎng)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(wǎng)電纜的制造工藝水平，并嚴(yán)格要求作業(yè)人員要十分熟悉配網(wǎng)電纜的整體施工環(huán)節(jié)與流程。另外，要選擇品質(zhì)優(yōu)越的電纜，從產(chǎn)品源頭有效降低電纜的故障發(fā)生概率。同時(shí)，需要從每個(gè)環(huán)節(jié)入手，加強(qiáng)對施工質(zhì)量的嚴(yán)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(jìn)行分析，如機(jī)械施工導(dǎo)致電纜外部材料破損、施工環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致電纜保護(hù)層受到擠壓或破損等問題。因此，如果在價(jià)格合理的情況下，還需要選擇優(yōu)質(zhì)的電纜保護(hù)材料，以此使得配網(wǎng)電纜使用壽命得到延長，促進(jìn)配網(wǎng)電纜的性能與穩(wěn)定性得到提高[8]。

結(jié)語

在智能化配電網(wǎng)建設(shè)過程中，常見的電纜故障探測方法與應(yīng)用保障了配網(wǎng)供電的安全性和穩(wěn)定性。尤其是針對地下埋設(shè)的配網(wǎng)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(tǒng)電纜故障探測方法的局限性，還為電纜故障的檢修服務(wù)提供方案，以此使得電纜的穩(wěn)定運(yùn)行和安全性得到保障。同時(shí)，在針對配網(wǎng)運(yùn)行管理時(shí)，進(jìn)一步加強(qiáng)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(yīng)的支撐，并實(shí)現(xiàn)全方位自動化定位與動態(tài)監(jiān)測。