李明生，閉永秀

（廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司北海供電局，廣西 北海 536006）

0 引 言

隨著配電網(wǎng)線路數(shù)量的增加，溫度、濕度的改變，運(yùn)行時(shí)間長，都會(huì)造成電纜絕緣的老化，甚至發(fā)生故障，影響電網(wǎng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定。因此，在配電電纜線路出現(xiàn)故障時(shí)，必須快速、準(zhǔn)確、有效地發(fā)現(xiàn)電纜線路的故障，并進(jìn)行有效處理，減少因電纜故障而造成的斷電時(shí)間。由于城市電纜大多分布在地下，其維修和檢查工作十分繁重，需要耗費(fèi)大量的人力物力。本文介紹了1種能夠?qū)χ鹘^緣故障進(jìn)行檢測、對(duì)電纜外套管故障進(jìn)行預(yù)定位的故障診斷方法。

1 研究背景

電纜外層往往被埋在潮濕的地底，長期使用后，電線外層的絕緣層會(huì)因?yàn)槌睗穸a(chǎn)生“水樹枝”現(xiàn)象，從而導(dǎo)致電纜發(fā)生故障。由于電纜中的故障種類繁多，必須對(duì)其進(jìn)行分類，采取對(duì)應(yīng)的維修措施。

在常規(guī)故障診斷模式中，主要依靠故障后的穩(wěn)定工作頻率來進(jìn)行識(shí)別。在線纜的故障識(shí)別中有2大類：一是測距，二是定位。前者主要是通過測量工具量測電纜的故障位置至試驗(yàn)點(diǎn)之間的電纜長度，從而對(duì)故障范圍進(jìn)行初步估計(jì)，避免盲目地查找故障原因。后者則是通過檢測儀器來判別故障的強(qiáng)度，從而逐步確定故障的位置。

常用的線纜故障診斷技術(shù)包括初始定位和準(zhǔn)確定位。初始定位就是大致確定故障的位置，而準(zhǔn)確定位則是通過粗略測量來確定故障的確切位置。粗略測量法主要有阻抗法、行波法、電橋法以及低壓脈沖反射法等，能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出電網(wǎng)的斷路網(wǎng)和低電阻故障，但無法準(zhǔn)確地識(shí)別出高電阻的故障[1]。

2 配電網(wǎng)電纜出現(xiàn)故障的原因

2.1 人為因素

（1）管理方面。配電網(wǎng)敷設(shè)在地面，對(duì)線路的具體維護(hù)工作不能忽視，要定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，保證電纜的正常使用。如果在使用過程中，由于管理不善或疏忽，將會(huì)導(dǎo)致配網(wǎng)的電纜發(fā)生故障。

（2）材質(zhì)因素。不同區(qū)域的電纜材質(zhì)差異較大，需要綜合考慮氣候、溫度等因素。在鋪設(shè)電纜時(shí)，工人為了節(jié)省成本，材料有明顯的質(zhì)量問題，可能導(dǎo)致電纜故障。

2.2 環(huán)境影響

（1）電腐蝕。從整體上看，配電網(wǎng)本身的構(gòu)造比較復(fù)雜，特別是在鋪設(shè)電纜時(shí)，要穿過幾個(gè)特別的地方。如在鐵路沿線敷設(shè)電纜，會(huì)導(dǎo)致電蝕現(xiàn)象，這種故障多發(fā)生在長期的電力磁場中。嚴(yán)重的腐蝕，甚至有可能造成絕緣層的損壞，導(dǎo)致電力故障。

（2）化學(xué)腐蝕。類似于電腐蝕，是1種在電纜鋪設(shè)的過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的酸性、堿性廢水和腐蝕性化學(xué)物質(zhì)。由于長期使用，導(dǎo)致電纜表層出現(xiàn)嚴(yán)重的銹蝕，從而導(dǎo)致了電纜的工作失效。

（3）地表塌陷。在許多沿海地區(qū)，軟土層面積比較大，在鋪設(shè)完電纜后，需要進(jìn)行長期的施工，在此情況下，極易產(chǎn)生軟土的沉陷，從而引起纜索本身的受力變化，誘發(fā)其在使用中的失效。

（4）自然災(zāi)害。由于許多地區(qū)經(jīng)常發(fā)生暴雨、酸雨、凍害等自然災(zāi)害，對(duì)配電網(wǎng)的安全造成了嚴(yán)重的影響，必須針對(duì)實(shí)際情況制定應(yīng)對(duì)措施。

2.3 其他因素

（1）接地放電。由于某些因素的影響，會(huì)使電纜發(fā)生接地短路故障。

（2）震動(dòng)斷裂。通常情況下，電纜所處的地面會(huì)被大面積擴(kuò)張，從而引起電纜的頻繁震動(dòng)，造成電纜外殼的損壞，從而導(dǎo)致線路的操作失效。

（3）超負(fù)荷運(yùn)行。由于其他因素，電力供應(yīng)緊張的情況會(huì)加重，從而使電纜一直處于超載狀態(tài)，使線路出現(xiàn)老化問題。

（4）接地電阻對(duì)配電網(wǎng)的影響。通過對(duì)地電阻阻值的測定，可以為配電網(wǎng)的整體故障排除提供一定的依據(jù)。同時(shí)，由于接地電阻附近的土壤不可能完全保持均勻，導(dǎo)致電阻參數(shù)的測量出現(xiàn)一定的誤差，從而影響到電纜的故障定位[2]。

3 電纜故障診斷裝置

電纜的故障診斷方法有電阻法、電橋法、脈沖法等。其中，故障診斷、粗測定點(diǎn)、精確定點(diǎn)是診斷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采用上述方法進(jìn)行電纜故障定位，不但耗時(shí)較長，需要采用多種診斷手段提高檢測準(zhǔn)確率，而且埋在地底的實(shí)際故障與診斷的位置存在著一定的誤差，從而極大地影響了電纜故障的診斷準(zhǔn)確率。因此，為了提高故障診斷的準(zhǔn)確性，縮短停電時(shí)間，本文采用電纜故障診斷裝置。其包括控制、交互、采集等模塊，輸出模塊，高壓產(chǎn)生模塊以及開關(guān)模塊等。各部件之間的聯(lián)系是控制與交互模塊、輸出模塊、高壓模塊、采集模塊與輸出模塊相連，控制模塊對(duì)輸出模塊進(jìn)行控制，高壓產(chǎn)生模塊輸出信號(hào)由開關(guān)器件輸出。交互式功能主要是設(shè)定參數(shù)和指令，然后向控制模塊發(fā)送指令，人機(jī)交互模塊由按鍵、顯示器等組成，操作人員可按指令輸入全部長度的電纜參數(shù)，操作啟動(dòng)、停止、升壓、降壓等按鍵，并由顯示器輸出測試的電壓、電流、電阻、故障距離等。

該系統(tǒng)主要功能是對(duì)開關(guān)設(shè)備的輸出和反饋進(jìn)行采集，然后將其傳輸給控制模塊，通過計(jì)算和處理得到相應(yīng)參數(shù)，再將其反饋給交互模塊，將1個(gè)恒定的直流電流（Direct Current，DC）輸入到由故障相和基準(zhǔn)相構(gòu)成的環(huán)路。開關(guān)設(shè)備是用來響應(yīng)控制模塊所發(fā)出的指令而輸出 DC或高電壓信號(hào)，并將其應(yīng)用到線纜。因?yàn)檩斎氲?個(gè)信號(hào)是直流低電壓和高電壓，為了防止彼此的干擾，在輸入端采用開關(guān)方式[3]。

4 配電網(wǎng)電纜線路故障檢測方法和措施

4.1 定期開展電力電纜試驗(yàn)

為了進(jìn)一步提高配電網(wǎng)電力故障診斷水平，必須對(duì)電纜運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以便對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的維修和管理。在試驗(yàn)過程中有2個(gè)主要的工作。

（1）測定絕緣電阻。從工作的觀點(diǎn)出發(fā)，可以從絕緣電阻的大小，全面地分析電纜的工作狀況。在具體的絕緣電阻測試方面，要重視對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律的總結(jié)，并通過對(duì)具體的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，以揭示其不足之處。

（2）直流電壓測試及漏電測試。通過直流耐壓測試，可以了解電纜的力學(xué)破壞程度、生產(chǎn)工藝中的缺陷等，而用數(shù)字方法測量電纜的絕緣狀況和潮濕問題，避免發(fā)生更嚴(yán)重的問題。

由此不難看出，在電纜的正常使用中，經(jīng)常進(jìn)行檢測和測試是非常有必要的。1年至少要進(jìn)行1次測試，一旦問題未得到解決，便需加大測試的力度，直到達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，才能投入使用[4]。

4.2 腐蝕、損壞以及質(zhì)量控制

從上述介紹中可以看出，配電網(wǎng)電纜在長期運(yùn)行的情況下，很容易出現(xiàn)腐蝕、損壞等問題。為此，有關(guān)單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)配電網(wǎng)電纜的管理和維修工作，以防止外部力量對(duì)配電網(wǎng)電纜造成破壞，同時(shí)減少周邊交通工具的碰撞；為了防止在使用中因外部力量而造成的損壞和腐蝕，需對(duì)某些安全線路進(jìn)行合理的選擇。

另外，在鋪設(shè)電纜時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)光纜的質(zhì)量檢查，保證其符合有關(guān)規(guī)定后，再進(jìn)行下一步的施工。此外，各有關(guān)單位必須保證完整的線材檢驗(yàn)體系，從根源上保證線材的質(zhì)量。在電纜故障檢修中，有可能會(huì)涉及更換線纜的問題，更換時(shí)還會(huì)使用某些新材料，這時(shí)有關(guān)人員要加強(qiáng)對(duì)材料和設(shè)備的檢查；對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行資格審查，防止有問題的材料流入工地[5]。

4.3 配電電纜線路日常維護(hù)管理

（1）在配電電纜線路的維護(hù)與管理中，必須建立健全的管理制度。特別是對(duì)配電電纜線路的維護(hù)，如果管理體系有問題，可能導(dǎo)致整個(gè)線路檢修工作不順暢，從而錯(cuò)失救援最佳時(shí)間，影響到維護(hù)的效率。因此，在配電電纜線路維護(hù)中，有關(guān)部門必須加強(qiáng)維護(hù)管理體系，使之能夠真正達(dá)到規(guī)范要求。

（2）提高配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行有效的方法是要使整個(gè)維修工作有一個(gè)系統(tǒng)的規(guī)劃，并使之與電力公司工作需求相適應(yīng)，使各部門工作都能按特定的需求和計(jì)劃進(jìn)行，分工明確，保證了電纜的維護(hù)、管理工作的規(guī)范化，保證電纜線路維護(hù)工作的正常運(yùn)行。如在更換老化電纜時(shí)，有關(guān)部門要提前做好各種準(zhǔn)備工作，為后期的工作提供良好的環(huán)境[6]。

4.4 配電網(wǎng)電纜故障檢測方法

通常采用電橋法、低壓脈沖反射法等進(jìn)行故障診斷。電橋法在電橋平衡中的運(yùn)用主要有電阻電橋法和電容電橋法，其中電橋法是最常用的一種。采用這種方法，可以方便、快捷地進(jìn)行故障診斷，但也有一定局限性，僅限于對(duì)高阻值、斷路器等故障進(jìn)行檢測。

而低壓脈沖反射法則是利用雷達(dá)的原理，將低電壓的脈沖注入到光纜的末端，當(dāng)信號(hào)的阻抗發(fā)生改變時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反射，此時(shí)便可以用相關(guān)儀器，計(jì)算出反射點(diǎn)距離[7]。

5 配電網(wǎng)電纜線路故障源定位方法

5.1 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和故障信息的獲取

在中低壓配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，采用的是環(huán)形結(jié)構(gòu)，其工作狀態(tài)也是明顯的開環(huán)。此外，由于主干線與環(huán)網(wǎng)柜之間存在許多分支，維護(hù)工作須與主干道分開進(jìn)行。隨著配電網(wǎng)自動(dòng)化程度的提高，電力系統(tǒng)的監(jiān)控已成為電力系統(tǒng)的重要組成部分，通過無線通信，可以實(shí)時(shí)地將線路的工作狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)的上傳，從而可以幫助用戶及時(shí)地找到故障點(diǎn)，在具體的信號(hào)檢測中，主要采用羅氏線圈法進(jìn)行故障定位。

5.2 測點(diǎn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及編號(hào)

電纜故障行波信號(hào)會(huì)在全網(wǎng)得到有效傳播，并經(jīng)過幾次回溯，最終抵達(dá)相應(yīng)分支和測量點(diǎn)。由于電纜具有顯著頻率依賴特性，在特定的回波信號(hào)中，其衰減程度相對(duì)較大。隨著故障點(diǎn)與測點(diǎn)間距增加，其行波信號(hào)也會(huì)被拉長。故而在序列與測點(diǎn)編號(hào)方面，要做好全網(wǎng)測點(diǎn)的標(biāo)號(hào)工作，在通過計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算后，對(duì)編號(hào)碼進(jìn)行分類和調(diào)整[8]。

5.3 故障分支與定位區(qū)段

從測試點(diǎn)的具體數(shù)據(jù)來看，可以獲得測量點(diǎn)以外的數(shù)據(jù)，并對(duì)終端序列進(jìn)行有效的編碼，從而為下一步的工作提供了方便。若測距結(jié)果僅有1處位于分支點(diǎn)，則一次可選取3個(gè)地點(diǎn)，此時(shí)3點(diǎn)的線長分別由L10、L20、L30表示；最后測量出3個(gè)末端長度的Xlf、X2f、X3f。若與分支點(diǎn)近似，則可得到預(yù)設(shè)的正閥值，且各節(jié)段之間有分支點(diǎn)，從而可判定各分支點(diǎn)的位置。若3種測距結(jié)果都出現(xiàn)在分支點(diǎn)，則能有效地提取出有關(guān)的測量數(shù)據(jù)，從而精確地確定故障部位。在此過程中，所得的計(jì)算值與前者相似，確定故障的位置。若3個(gè)測點(diǎn)同時(shí)指向同一支路，則可通過特定測點(diǎn)的溫度變化來判定接合部位是否有故障；測量工作可以在替代測點(diǎn)后繼續(xù)進(jìn)行[9]。

5.4 故障測距

從總體上講，因線路長度的差異，很容易產(chǎn)生誤差，并且整個(gè)波形失真因子也較大，由于故障點(diǎn)的改變，整個(gè)雙端測距原理的精度就會(huì)降低。當(dāng)兩個(gè)測量端點(diǎn)之間的距離越接近，得到的結(jié)果就越準(zhǔn)確。在獲得了故障點(diǎn)數(shù)據(jù)后，可以選擇離故障點(diǎn)最近的3個(gè)點(diǎn)，并在確定波速度后進(jìn)行了測量。另外，在測量點(diǎn)的選取上，應(yīng)盡量把2個(gè)點(diǎn)靠近中心，以便為進(jìn)行故障定位提供有利的條件[10]。

6 結(jié) 論

隨著電纜線數(shù)量的逐漸增加，電纜故障也是1個(gè)不容忽視的問題。為進(jìn)一步減少電纜故障發(fā)生的時(shí)間，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，文章就電纜故障診斷的問題進(jìn)行了探討，論述了故障診斷設(shè)備和部件的連接和功能，提出了1種故障診斷方法，即通過求出電纜在故障處導(dǎo)線電阻與比值，求出導(dǎo)線起始端到失效點(diǎn)的距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜的故障診斷和定位，編制特定的故障診斷程序，并根據(jù)相關(guān)的程序進(jìn)行故障診斷。該故障診斷方法具有接線方便、操作簡單、故障定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。