10kV电力电缆故障检测方法
时间：2023-06-01 07:37:00
原标题：10kV电力电缆故障检测方法
介绍了10kV电力电缆故障的主要原因和类型给出了电力电缆故障点搜索的基本过程，并阐述了常用的粗测和精确定位方法。结合10kV对故障检测的整个过程进行了梳理和分析。最后，介绍了电缆故障检测新技术的应用。
随着城市建设的快速发展，电力电缆供电因其安全、可靠、稳定、节约线路走廊、有利于城市美化而被城市配电网广泛使用，并逐步取代架空线路。但由于电力电缆埋在地下，运行环境复杂，故障点的确切位置难以尽快检测。
如果长时间找不到故障点，会影响电力运行的可靠性和安全性，造成时间、物力和人力的极大浪费。如何提高故障维护效率，及时修复故障电缆，保证供电可靠性，提高优质服务水平，履行优质服务承诺，是供电部门非常关心的问题。
1 电力电缆故障的原因和分类
1.1 电力电缆故障原因
（1）机械损坏。机械损坏是电缆故障中最常见的，占比最大。主要是由于安装过程中的损坏（划伤、扭曲、折扣等）、外力直接损坏（施工开挖、道路施工开挖、水管开挖等）、车辆滚动损坏、土地沉降造成的电缆接头和导体损坏。
(2)绝缘受潮。电缆终端或中间接头密封工艺差，附件制造质量不合格，金属护套被异物刺穿或腐蚀损坏。
（3）电缆接头故障。电缆接头是电缆线路中最薄弱的环节，经常发生直接过失（施工不良）造成的电缆接头故障。如接头压力不足、加热不足等原因。
(4)绝缘老化变质。由于电、热、化学、环境等因素的影响，电缆的绝缘会不同程度地老化。
1.2 电力电缆故障分类
目前，电力电缆故障只能涉及三种类型的故障：导体故障（芯线和金属屏蔽层）、主绝缘故障和护套故障。然而，由于电力电缆构组成不一致，人们的工作属性和目的要求不同，电缆故障分类方法较多。
本文主要结合当前故障检测技术和故障点电阻值对电缆故障进行分类，其电缆故障示意图和故障分类表如图1、表1所示。
图1 故障电缆示意图
表1 电力电缆故障分类
2 10kV搜索电力电缆故障点
2.1 电力电缆故障点的搜索流程
图2
2.2 电力电缆故障检测方法
2.2.1电力电缆故障粗测
(1)电桥法
电桥法是电力电缆测距的经典方法，历史悠久。包括直流电阻桥法、直流高压电阻桥法和电容桥法。电阻桥法只能测试一些单相对地或两相绝缘电阻较低的电缆故障；高压桥法主要用于测试电阻值大于10KΩ主绝缘单法主要测试电缆开路断线故障。
桥式操作相对简单方便，但需要提前了解电缆的准确长度等原始数据，不适合检测高电阻故障。实际电力电缆故障大多是高电阻故障。由于在故障电阻高的情况下，桥式电流很小，一般灵敏度仪器难以检测。
(2)行波法
1)低压脉冲法
低压脉冲法主要用于测量电缆开路、短路和低阻故障的故障距离；也可用于测量电缆长度、波速和识别定位电缆中间头T形状接头和终端头等。
测试原理：从测试端向电缆输入低压脉冲信号，沿电缆传输。当电缆中的阻抗不匹配时，如开路点、短路点、低阻故障点等，会产生反射脉冲。根据反射脉冲和发射脉冲之间的时差Dt脉冲传播速度V，计算故障点的位置。如图3所示，图4分别为开路故障试验原理电路、泄漏故障（低阻故障）试验原理电路图。
图4 泄漏故障
2)高压脉冲法
高压脉冲法是利用高压信号瞬间将电缆故障变成短路或低电阻故障，使故障点反射系数接近-1，故障点几乎产生全反射。通常有两种基本的闪光法，即直接闪光法和闪光法。当闪光法测试电缆故障时，电缆故障点形成的反射波为高压脉冲波，不能通过仪器直接显示。通常需要取样器将故障点在高压作用下形成的高压脉冲转换为仪器所需的低压脉冲信号。根据不同的取样方法，分为电压法、电流法和电压感应法，取样器原理图如图5所示。
图5
其中,R一是分压电阻，R2.取样电阻，Lp 为电流取样器，C储能电容，B为变压器。
直流高压闪光法（直接闪光法）：在故障电缆上施加直流电压，使故障点击房间放电，产生闪光。然后记录测量故障点击磨损产生的电流波信号在测试端和故障点之间往返所需的时间t,然后根据电缆中行波的传输速度V，故障距离可以计算出来。直闪法主要用于测试电力电缆的络性高阻故障，也可用于测试电阻值特别高但电阻值较低的泄漏性高阻故障。如图6所示，直闪法测试原理线路。
冲击高压闪络法(冲闪法)：由于直闪法所采用的直流高压电源的等效内阻比较大，电源输出功率受到了一定限制，对于绝大多数泄露性高阻故障，直闪法不能进行测试。
闪光法是利用大容量充电电容作为直流高压电源，接收故障电缆，使故障点闪光放电形成瞬时短路。主要用于测试电力电缆的泄漏性高电阻故障，也可用于测试电力电缆的低电阻、开路和闪光高电阻故障。测试原理线路与直闪法基本相同。不同之处在于储能电容器和电缆之间的球形间隙，如图7所示。
图6 直流高压闪络法接线原理图
图7
其中，T1为调压器、T二是高压试验变压器，C储能电容器，L线性电流耦合器，Js放电间隙。
2.2.2 电力电缆故障点精测
(1)声测法
利用故障点放电时产生的声波，声传感器检测电力电缆上方的声信号。声音最大的地方是故障点的位置。离故障点越远，振动声越小。
(2)声磁同步法
当故障点在冲击电压下闪光放电时，接收故障点放电产生的电磁波和振动声波，判断测量信号是否由故障点放电产生，准确判断故障点位置。
(3)音频感应法
低压音频信号在测量电路的一端增加一定功率的电缆故障，当测量信号传输到短路或断线点时，不能继续沿电缆传输，因此电缆故障点两侧的信号大小会发生明显变化。如果通过接收器检测电缆路径上方信号的变化，则可以确定故障点的位置。
同时，电缆基础数据的准确性和完整性对提高电缆敷设方向、电缆总长度、电缆中间接头分布等故障点搜索效率也非常重要。
3 现场应用实例
3.1 故障电缆基本情况
电缆型号为VLV22-8.7/10kV-3*35mm2 ；电缆敷设方式为直埋敷设；675m，测试长度为673.2m；一个中间接头。
3.2 确定故障电缆，确定故障性质
用兆欧表和万用表测量表和万用表测量，A相对地为∞，B相对地为0.4MΩ，C相对地为∞；分别通过A相对金属护层、C与金属保护层相比，电缆全长采用低压脉冲法测试，测试长度为673.2m，与标记长度基本一致，确定故障为单相泄漏高阻故障，试验波形如图8所示。
图8
3.3对电缆故障进行粗测与精确定点
采用冲闪电压感应法(CVGF)，即在使用冲闪法时采用如图(5)c所示取样器。工作时，当电容C上的直流电压足够高时，球隙Js被瞬间击穿，产生瞬间脉冲电流和电压信号，电压信号由变压器B采集并输出，电流信号由Lp采集并输出[3]，通过测试仪器接收信号并显示测试波形。当电压升到12kV时，故障点形成闪络放电，闪测仪出现如图9所示波形，故障点粗测距离为656.6m。
图9 采用CVGF法实测波形
在粗测距离的基础上，采用声磁同步法精确定位。由于故障点距离对端较近，利用同步接收定点仪直接到对端定点，在距离对端约17m处(即距离测试点656.6m处)很清晰的听到了故障点放电声音，开挖后故障点就在此处。
故障点确认后，将其在故障点锯开并作简单处理，分段进一步用摇表测量电缆对地绝缘低阻，测量结果表明电缆不存在其他故障点。
4 目前电缆故障检测的新方法
4.1 电缆故障测距的方法
(1)实时专家系统
专家系统，即用计算机来模拟专家思维，解决某一领域内的重大问题。文献[5-6]指出，电缆故障测距专家系统将专家知识库作为电脑的基本数据库，用一套规则来维护和更新知识库。它根据故障定位的三个主要内容把任务分为三个阶段：故障诊断、故障预定位、故障精确定点。
(2)小波变换应用在电缆故障测距中
小波变换，具有表征特征信号突变特征的能力以及对非平稳信号的良好的处理效果，可以从不同尺度下信号小波变换的结果进行干扰分析和抑制、提取信号故障特征参数，实现故障测距。有学者用小波变换来检测行波准确到达时间，在输电线路上已经成功应用。相同的原理也可以用于电缆的故障检测，但因为电缆的距离比较短又埋于地下，行波传播过程更为复杂，要达到几米的精确测距，需要克服更多的困难。
4.2电缆故障定点的新方法
(1)人工神经网络
人工神经网络(ANN)是一种新的信息处理理论，是以计算机网络系统模拟生物神经网络的智能计算系统。其具有良好的自适应性、自组织性和容错性，具有较强的学习、记忆、联想、识别等能力，现已广泛应用于电力系统中。电缆的故障测距是一种映射关系，即单端与两端故障电气量与故障点之间为一一映射关系，这种映射关系受到故障过渡电阻、系统运行方式等多种因素的影响[8]，很难用精确的数学模型来描述，而神经网络可以避开模型问题，从而为故障测距提供了崭新的途径。
(2)GPS(全球定位系统)行波故障定位
文献[9]成功地将全球定位系统(GPS)应用于电缆故障测距，将电缆故障测距技术推进了一步。该系统采用故障浪涌到达电缆两端的时间差来定位。
有学者利用分布式光纤传感器，将光纤复合到电缆中，做成光纤复合电缆，通过激光脉冲的注入时间反射光线的到达时间差来计算故障距离，同时通过检测故障点附近温度变化情况来实时监测电缆线路运行情况。这种检测技术成本较高，主要用于新敷设的重要电缆。
5 结论
电力电缆故障的检测需要理论知识和实践经验的结合，掌握绝缘击穿机理、测试仪器的结构和波形的形成过程来分析故障类型，抓住波形突变拐点进行比较对照，及时准确地查找出故障点并及时修复，提高电力电缆运行的可靠性。同时，在熟悉理论知识并不断实践的基础上多摸索、多总结，使得电缆故障测距、定点方法不断发展，不断改进。
(编自《电气技术》，原文标题为“10kV电力电缆故障检测”，作者为刘义平、曹婷 等。)返回搜狐，查看更多
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