电缆通道智能故障识别系统

电缆通道智能故障识别系统

耿玲杨启明朱小明龚育成顾佳李石程嫣妍

（苏州供电公司215000）

摘要：电力电缆是电能传输的重要载体之一，其运行可靠性直接影响电力系统的供电安全。电力电缆诊断检测技术既包含对已发生故障的诊断、定位，也涵盖对电力电缆运行状态的监测，及时发现电缆老化等缺陷或故障隐患，对提高电缆运行的可靠性具有重要意义。文章简介电力电缆老化等缺陷及发生故障的机理，梳理常见电力电缆诊断检测技术并比较它们的优劣，在此基础上结合智能电网发展趋势，探讨电力电缆诊断检测技术的发展趋势和面临的挑战。

关键词：电力；电缆通道；电缆故障；智能识别

作为电能分配与传输的重要载体，电力电缆是电力系统中重要的基础设施，电缆质量在很大程度上决定了电力系统运行的安全性。现阶段，我国电网线路运行环境越来越复杂，加强对电力电缆的故障检查以及预防，才能保证电力系统长期处于正常运行的状态。现阶段，我国电力事业正处于快速发展的新时期，加强对电力电缆故障检修的研究具有十分现实的意义。

1电缆通道智能故障识别系统

1.1时域行波反射法

依据实现的测量方式和产生行波的种类不同，基于行波法的测距方法可分为A、B、C三种类型。

（1）A型测距法。该方法的基本原理是首先测量故障点产生的行波在测量端和故障点之间往返一次的时间，通过经验公式确定行波波速，然后根据s=vt/2来计算故障点距离测量端的距离。这种方法的优势在于原理简单，所用装置少，且不受过渡电阻的影响，而且理论上能够达到较高精度。但是长期以来，由于始终无法达到要求的信号采样频率以及满足的确定行波到达测量端时间精度要求，并且对故障点产生的行波特性认识不足，因此该方法未获得广泛应用。常见A型测距方法包括脉冲电压法和脉冲电流法

（2）B型测距法。该方法利用故障点产生的第一个行波波头，借助通讯通道实现测距。其优点是仅通过确定第一个行波波头到达电缆两端的时间就能够进行测距，并且不受故障点反射波和透射波的影响。

（3）C型测距法。该方法是利用脉冲发射装置向离线的故障电缆发射高频脉冲，根据附加的高频脉冲从测量端到故障点往返的时间进行测距。目前常见的C型测距法主要是低压脉冲反射法。由于C型测距法不能够实现在线故障测距，因此该方法已逐渐被其他方法取代。

1.2局部放电法

实施局部放电法时，要在被测电力电缆上加高电压，以使得电缆故障或缺陷处产生局部放电，放电信号用传感器系统检测、获取后传输至终端，再进行分析、处理和判断。显然，采用这种方法至关重要的，是其中的传感器系统要能较准确地获取放电信号。为实现电力电缆状态监测，人们已研发出多种局部放电信号传感器系统。

（1）实现脉冲电流法的线性耦合器

检测局部放电电流的脉冲电流法，是目前唯一有国际标准IEC60270可依的局部放电检测方法。实施它时，要采用线性耦合器采集电缆电流行波信号，可实现测量仪器与高压回路之间的耦合，操作简单方便，且检测分辨率较高。

（2）实现声学检测法的声学探测器

电缆发生局部放电时，电能瞬间得到释放，随即将在电缆中产生机械波。因此，电缆上的局部放电，在一定程度上可看作声波源。如此，利用声学探测仪器检测提取所产生的声波特征，便可得到电缆故障的信息。声学信号属机械波，长距离测量衰减严重，故这种传感器系统更适于近距离如电缆接头故障的检测。

（3）超高频天线

在被测电缆的中间接头或终端接头处放置超高频天线，它可耦合电缆的局部放电电磁波信号，其频带通常在百MHz到GHz量级。超高频天线可检测频率很高的信号，能有效避开低频噪声干扰，具有较高的检测灵敏度。

（4）铂电极对在电缆绝缘接线盒两侧的护套上各贴一对铂电极，就可采集电缆局部放电信号并校验脉冲输入。当局部放电在一侧发生时，另一侧电缆作为耦合电容，可将局部放电脉冲转化为电压信号，再经过放大就便于监测了。

（5）耦合传感器耦合传感器可通过电容传感器、方向传感器等实现检测信号的耦合。耦合信号幅度随时间的变化，可用于判断被测电缆局部放电信号的传播方向，并最终确定被测电缆上局部放电发生的位置。

1.3对高压交联聚乙烯电缆线路实行局部放电在线检测

即对电缆绝缘状况进行有效的、不间断的监控。近年来，很多电缆运行管理单位开展了电缆线路局放在线检测研究，取得了很好的成效。高压交联聚乙烯电缆绝缘中的局放从起始到形成击穿通道有相当长的发展过程。在电缆线路运行状况下，一般在电缆接头及终端处进行局放检测，通过检测到的沿电缆金属屏蔽层传播的局放信号，可以对电缆设备内部潜伏的故障隐患进行预判。如果检测发现电缆线路上某一部位出现超过正常允许值的局放信号，应当及时检修处理，消除缺陷，阻止绝缘局放的继续发展，从而确保电缆线路安全可靠运行。

2故障的检测

2.1脉冲电波反射法

脉冲电波反射法是利用电脉冲的反射特性来测试、定位电缆故障。如果在电缆的一端输入一个脉冲信号，该信号将沿电缆向终端传输。当遇到某点有电子或物理（阻抗）变化时，一部分或全部的脉冲量将反射回来，此时如果得到反射脉冲与发射脉冲之间的时间间隔Δt，即可计算出故障点的位置

s=v×Δt/2

式中，s为故障点的距离；v为脉冲传播速度。

阻抗的变化将会产生不同的反射波形，这就是判断故障类型的依据。在不同的故障形式下，反射脉冲和入射脉冲的关系是：

①断路故障：反射波和入射波表现为同极性、等幅值；②短路故障：反射波和入射波表现为反极性、等幅值；③低阻故障：反射波和入射波表现为反极性，但幅值小于入射波；④高阻故障：反射波和入射波表现为同极性，但幅值小于入射波。

2.2故障定位电路

电路的工作原理是：系统控制I/O口产生一个宽度为2μs的负脉冲作为发射脉冲，这个脉冲的下降沿启动定时计数器开始计数；同时，脉冲的上升会开放与非门U1，使脉冲进入导线的一端。当脉冲遇到故障点时，会产生反射波，反射波经U2、U3滤波放大后变为一个宽度为2μs的正向脉冲，这个脉冲的上升沿使定时器停止计时，同时，使A/D转换器开始测量反射波的幅值。这样就可以获得脉冲在导线中的传输时间Δt和反射波的幅值，检测电缆的故障。

通过上述分析可知，电力电缆运行环境越来越复杂，电缆本身质量、绝缘层老化与受潮、机械损伤、化学腐蚀等因素，都会导致电力电缆故障，对电力系统的正常运行造成影响，甚至会导致安全事故发生，威胁人员安全，造成巨大的经济损失。因此，必须采取有效的预防措施，加强日常管理，在故障发生后，采用有效的故障检测方法，及时发现故障发生位置，并进行处理，尽快恢复电力系统运行。

参考文献：

[1]刘宁东.浅谈电力电缆故障检修[J].中国科技纵横，2014，15（2）：36-37.

[2]孟庆然，耿军，刘卓.浅议电力电缆故障的检修[J].科技研究，2012，32（12）：99-100.

[3]程国凯，韩春雷，李富强.电力电缆故障测距综述[J].科技致富向导，2013，35（17）：147-148.