配网电缆故障测距研究

摘 要：电缆的大量投入和使用年限的增加，使其出现故障的概率也日益提升，给客户和电力系统造成巨大的损失，快速定位和修复故障成为迫切需要。内容首先阐述了配网电缆故障测距研究的重要意义，其次分析了目前电缆故障常见类型及产生原因，最后研究了电缆故障测距的方法，包括传统电缆故障测距方法和当前发展的在线监测测距方法，希望能为同仁起到一定的帮助作用。

关键词：配电网；电缆故障；测距

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.06.194

0 引言

随着配电网改革的持续进行，配电线路的架空线路逐步被电缆替代，通过电缆为人们输送源源不断的电能，确保正常的经济活动。电缆运行过程中若发生故障，不仅会给电力公司带来经济损失，还可能威胁到人们生命和财产的安全。在电缆发生故障时，及时、准确的查找出故障点并进行维修是确保正常供电的关键问题，然而，由于电缆都埋于沟内或地下，一旦发生故障，可能要大量人力和经济投入查找故障点，若能通过技术快速查找到故障点，就能极大的缩短故障停电时间，提升供电可靠性。本文对配网电缆故障测距研究。

1 配网电缆故障测距研究的重要意义

由于社会用电负荷的持续增加，电缆运行时间和数量急剧增加，发生故障的状况也日益频繁。电缆通常敷设在电缆沟内或埋在地下，所以一旦发生故障，要及时、快速的判断发生故障点的位置存在较大困难，不仅严重影响了工作效率，也对电力系统的经济效益造成巨大影响，因此，研究配电网电缆故障测距方法就存在重要的理论和现实意义。近些年来，国内外学者对配电网电缆故障测距进行了大量的研究，并取得了一定的研究成果。

2 电缆故障常见类型及发生原因

2.1 电缆故障的常见类型

电缆故障的种类很多，根据不同的分类特性，可分成不同类型：根据故障性质的不同，电缆故障可分为接地、短路、开路和闪络故障；根据故障产生原因的不同，电缆故障可分为瞬时、永久、绝缘击穿和隐性故障；根据测试结果的不同，电缆故障可分为低阻接地、高租接地、短线、断线及闪络性故障等。

2.2 电缆故障发生的原因

电缆故障发生的原因有很多种，具体来说总结如下：

（1）机械损伤。电缆在施工时，由于施工不认真安装时使电缆外部出现机械损伤，或者电缆安装完成后，其周围施工而对其造成了机械损伤。（2）外皮的电腐蚀。电缆通常敷设在强电场的下方，如电车轨道附近，这种情况下，经常会导致电缆外皮铅包腐蚀，造成腐蚀致穿，最终使电缆的绝缘遭到损坏。（3）化学的腐蚀。若电缆所埋的区域属于酸性、碱性或煤气站旁边，极易造成电缆的铠装和铅包发生腐蚀。（4）地面的下沉。当电缆所埋的区域穿过高大的建筑物地面，建筑物在电缆的上方，由于重力的作用可能会造成地面下沉，在这种情况下，电缆由于受到垂直力的作用很容易造成电缆发生变形，最终造成电缆铠装破裂或断裂。（5）电缆外绝缘物流失。电缆敷设的环境可能并非十分整齐，而是地沟凹凸不平，这就造成敷设的电缆发生起伏，高点的电缆油逐步流向低处，最终导致高处的电缆绝缘降低，引发电缆故障。（6）长期过负荷运行。若电缆长期处于超负荷工作状态，就可能造成电缆温度升高，薄弱或接头处很容易被击穿，进而造成电缆故障。（7）震动破裂。若电缆埋设的位置正好是铁路的下方，火车通过时轨道的震动就可能造成电缆外皮破裂。（8）其它原因。购买的电缆质量不好，如工艺不精、接头不好，或施工人员在进行敷设时没有严格按照技术要求进行也会导致电缆发生故障。

3 电缆故障测距的方法

3.1 传统常用的电缆故障测距方法

（1）粗测距方法。传统的粗测距方法主要包括下述几种类型：第一，经典电桥法。这种测距方法的原理是将电桥两臂分别连接到故障相和非故障相，通过调节桥壁上的电阻器，确保整个电桥处于平衡状态，根据理论计算就能得出故障距离。第二，故障点烧穿法。这种测距方法经常应用于高阻故障，将直流负高压电输入电力设备，使高阻故障点能够产生电弧放电并使绝缘介质发生碳化，由于碳化与低电阻是紧密相连的，这就使原有的高阻故障转变为现在的低阻故障，最后通过低压脉冲法测出就可以确定故障点的位置，该法经常被用在油纸绝缘电缆。第三，二次脉冲法。这种测距方法是一种新型的测距方法，测距原理为：对故障电缆释放一个低压脉冲，若存在，就表明相对于低压脉冲，故障电缆是开路，此时在低压脉冲的释放端就可以收到芯线绝缘良好的电缆波形，这个过程完成后，再对故障电缆分别释放一个高压脉冲和低压脉冲，若电缆故障点的电弧没有熄灭，此时故障点相对于低压脉冲是完全短路，释放端就会接收到线芯对地短路的波形；将两次接收到的发射波进行叠加，就会发现叠加结果存在明显的发散点，这个发散点就是故障点的发射波形点。

（2）精确测距。在粗测距的前提下在进行精确的测距，以便能准确确定故障点的位置，常用的精测距方法包括下述几种：第一，音频法。当配网电缆发生以下几种故障时：相-相、相-地及三相-地故障时，故障点的阻值为零，放电间隙被短路，难以精准确定故障点的位置，而音频法能根据电缆两芯线电流磁通相位差确定故障位置的。第二，声磁传播时间测量法。这种测量方法的原理是在冲击脉冲放电时，在故障电缆的线路上取某个测量点，根据声波传播的速度和传播的时间确定故障点的位置。在实际测距过程中，声波时间不易直接测量，因此经常使用声波和电磁波的传播实际差代替传播时间，然后根据速度和时间计算出该点距离故障点的距离。

3.2 当前发展的在线监测测距方法

当前发展的在线监测有下述几种类型：小波变换、神经网络和专家系统。

（1）基于小波变换的电缆故障测距。由于小波变换在时域和频域具有典型的局部化特性，对传播过程中发生异常的信号点相当敏感，十分适合时变的非平稳信号分析，对电缆故障测距而言，使用小波变换进行故障测距的关键是暂态故障特征的提取。目前在小波变化进行电缆故障测距研究主要集中与两方面研究：p端同步检测和单端检测。双端同步检测是一种改进的电缆测距方法，在具体测距过程中，按照四步骤进行：同步采样、小波分析、故障行波到达时间检测和故障距离计算。对同步采样获得数据信息进行小波分析，并确定故障行波到达的时间，最后计算出故障位置。采用这种测距方法的优势是故障距离越远，测定越准确；距离越近，误差越大。单端测距是一种仅需要故障检测时记录的信号，这种测距方法的时间都是基于故障被发现的瞬间。然而使用这种方法进行测距时，测量端的反射波极可能来源于故障点，也可能来源于远端的反射波，要采取合理的方法对这种反射波进行区分。单端测距的研究方法通常是基于接地性故障和非接地性故障进行研究的，对接地性故障的测距由于存在诸多影响因素，在距离电缆两端很近的单相接地故障进行测距时，还存在较大的测量误差；对非接地性电缆故障的测距在具体使用时比较复杂，但其具有十分广泛的使用范围和准确度。

（2）基于神经网络的电缆故障测距。基于人工神经网络的电缆故障测距是一种模拟生物神经网络的测距方法，神经网络的每个结点都类似于人类的神经元，这个神经元能够对数据信息进行存储、处理等，并能和其他结点并行工作，要确定电缆故障位置，可向神经网络输入需要的信息，经过各个不同结点进行处理后输出最后结果。在电缆处于正常工作状态时，现将不同地点的测量电压电流输入作为样本输入到神经网络中，以此为基础通过神经网络确定电缆故障的具置。

（3）实时专家系统电缆故障测距。实时专家系统是一种智能化的程序，智能化是指在某种特定情况下能够模仿行业专家的思维来解决问题，基于此，这种系统要进行工作，必须要储备相当量的行业知识，只有这样才能具有人类专家的逻辑推理和思维能力，进而解决具体问题。目前采用这种测距法主要有两个研究方向：其一，将专家知识库作为基本数据库，通过采用某种特定规则来持续更新和维护数据库，并在实际使用过程中不断进行修正；其二，基于继电保护的专家系统，这种方法在具体测距过程中不需要对电缆进行停电处理，通过自带的C语言集成诊断电缆故障发生的类型，然后采用电流脉冲法对电缆故障进行精确的定位。

4 结束语

总之，由于受到各种因素的影响，国内电力系统的发电、输电、配电网几个环节中，配电网环节总是不能得到应有的重视，最终导致电缆故障日益严重。本文对现有和当前正在发展的电缆故障测距方法进行研究，希望能为未来电缆测距的具体使用提供借鉴。

参考文献：

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[2]于泽，费明.基于小波变换和行波法的电缆故障测距方法研究[J]，科学技术与工程，2014，11（34）：344-347.

[3]黄福臣.电力电缆故障测试的一种新方法[J].厦门科技，2014（06）：56-58.

作者简介：许远（1986-），男，福建龙岩人，硕士，工程师，主要从事配电电缆维护工作。