路徑測繪一體化技術在電纜故障中的應用

黃璐璐

【摘 要】電力系統是促進我國國民經濟迅速發展的基礎，而電力電纜又在電力系統中發揮著重要作用。隨著電力行業的飛速發展，10kV電纜已經遍布我國各個地區，以往的測試手段較為單一，往往是個人印象來判斷電纜的走向，或者依靠管線探測儀來局部探測，沒有做到探測測繪一體化，針對這個問題我們應該研發出了一種新型的電纜故障快速定位系統，從而滿足日常工作中的電纜維護和故障處理。該系統能通過GPS定位裝置繪測電纜實際路徑圖，配備的軟件應用平臺能夠實現數據共享，建立起電纜數據庫。文章主要對于路徑測繪一體化技術在電纜故障中的應用進行了分析。

【關鍵詞】路徑測繪一體化；電纜故障

前言

伴隨著我國國民經濟的飛速發展，各個領域都在實現高低壓線路的電纜化。電纜線路能否安全運行將會直接影響到人們正常的生活生產，傳統的電纜故障檢測方法有著諸多缺點與不足，所以對電纜的故障測試以及精確定位、查找其發生故障的位置，也成了保證電力系統安全發展的重要步驟。

1.傳統電纜故障檢測和定位方法

目前，我國的電力電纜在運行過程中常常會出現一些問題，主要表現為：外護套破損導致進水嚴重、直流耐壓試驗導致交聯電纜的損害、電纜實際路徑和圖紙并不相符、故障搶修時間較長、竣工資料不夠完整、電纜頭有缺陷、缺乏老化評定技術、當地環境潮濕導致故障預定位困難等。

電纜故障的測試一般要經過幾個步驟：性質診斷、故障測距、精測定點。性質診斷主要是初步判斷故障出現的性質，大概確定適當的測試方法來對電纜故障進行判斷；粗測距離是在出現故障的電纜線上添加測試信號，初步確定故障的距離，為后期的精測定點做好準備；精測定點就是在之前粗測的基礎上，精確的渠道故障點出現的位置，并及時進行修理。

目前，比較常用的電纜故障測試方法是離線測距方法，是在出現故障的地點停電后，通過相關的設備離線測量故障出現的距離的離線測距方法。這種方法也存在其弊端，比如測距時間較長，另外高壓測試設備也會對檢修人員造成人身不安全的隱患。離線測距主要分為阻抗法和行波法。阻抗法是通過測量并計算發生故障點到測量端的阻抗，再根據電力電纜的線路參數，再通過一定的計算得到故障距離。其中最常用的方法是電橋法，此方法簡單、精度高，但是一般只適用于高阻故障和閃絡性故障，并且需要提前知道電纜線路的具體參數，否則會有誤差較大的現象出現。行波法是通過確定行波傳播速度后，在測量行波的傳播時間來確定故障發生的地點。比較常用的有低壓脈沖反射法和脈沖電壓法，低壓脈沖反射法在測量時候不需要知道詳細的電纜參數，但缺點是不能用于測量高阻故障和閃絡性故障。

現如今，發展最為迅速的是在線測距，通過和GIS技術進行結合能快速準確的測量故障發生點。GIS技術能把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數據庫操作集成在一起，比如說查詢、管理和統計分析等。GIS能得到廣泛的應用，就在于它可以區別于其他的信息系統，可以對空間信息的存儲進行管理分析，也正是因為這個優勢，GIS可以在廣泛的公眾和個人企業事業單位中發揮解釋事件、預測結果、規劃戰略等的重要作用。因此通過在GIS電力系統中輸入各個電纜的信息，然后把測試結果和GIS數據庫連接到一起，就可以找到故障發生點和實際位置相對應的準確定位，可以方便維修。當然這就需要較完善的電纜以及地理信息資料，軟硬件的完美結合，在線監測的并行應用。其中有一種基于高速光電傳感技術的電纜故障測距方法，就是利用電纜發生故障的同時，會在故障發生點向電纜兩端同時傳播浪涌電流，通過到達電纜兩端的時間差，根據公式和浪涌電流在電力電纜中的傳播速度，計算出電纜故障的發生點，準確定位故障。

2.電纜故障定位系統構建故障類型數據庫：

2.1電纜故障數據搜集

分析電纜出現的故障實例，并收集不同類型電纜故障報告，我們發現電纜出現的故障類型主要包括下列幾種：根據故障的絕緣電阻分為400歐姆以內低阻故障，反之稱為高阻故障。低阻與高阻故障在單芯和三芯電纜中又分為短路和開路故障。外護套故障：根據《電力設備預防性試驗規程》，外護套對地絕緣電阻小于500兆歐姆或5kV直流耐壓試驗不能通過的缺陷或故障。

2.2通過真實現場的數據采集和試驗室內不同絕緣電阻下的模擬故障波形采集，我們積累了大量的故障類型報告，我們發現在干燥的環境下以及在運行中擊穿的電纜故障很容易能夠得到故障波形和故障點的距離，但是問題是水，交聯聚乙烯XLPE）。這類材料，無功損耗低和有驚人的絕緣性能。這類材料的安裝費用低，而使電纜本身的敷設更容易。但是如干年后，特別是首先送電的聚乙烯電纜開始壞得比更換和修復還要快。作為聚合過程的殘余物而產生的水，或者外護層絕緣的機械損傷而進的水。長時間之后會形成水樹枝，在整個絕緣的各處有一個或許多充滿水分的只有幾個微米寬的狹窄通道。只要不發生極端情況，這種通道可以長時間不發生問題。只要負荷變化，發熱等等一旦這個“通道”變干，水樹枝通道會變為電樹枝。這些電樹枝發展得比水樹枝快得多，局部放電（PD）在幾個星期內，電纜就會擊穿，其時間取決于負荷和電場強度。進水造成電纜的絕緣整體老化以及電纜接頭的制作工藝不嚴謹等情況所最終造成的電纜故障，在整個故障測試中難度非常最大。這類故障波形采集時，所發射出來高壓脈沖，很容易被水氣所吸收并在各個電纜接頭中衰減，我們采用專門的穩弧模塊將電纜故障點由于被擊穿產生的燃弧時間適當延長，保證故障波形能夠順利的被采集到。

3.結合GPS、路徑探測、測繪一體化

全球定位系統最早應用在通信行業中，近年來發展狀態非常迅猛，其應用也延伸到各行各業，電力也不例外。

3.1對于地下電纜普查，傳統的方法往往采用路徑測試和測繪進行外業工作。然后結合內業工作最終成圖。這種操作模式同樣存在著許多弊端，多次工作標識點被破壞導致重復作業，設備缺陷導致測繪不準確。

3.2針對以上的弊端我們采用彩屏智能數字管線探測儀進行管線定位，同時通過自主定制的通訊模塊與GPS結合進行實時經緯度數據采集，達到內外業數字一體化探測，數據自動存儲在外部GPS手持機中，免除人工記錄作業效率大大提高。之后可以將數據交于后臺進行修正錄入到GIS系統或者直接通過免費谷歌地圖來呈現。

3.3系統硬軟件平臺主要功能。①路徑探測測繪一體化。流程：首先確保有一臺可靠、精確、易操作、抗干擾性強的電纜路徑儀，能夠實時測尋電纜位置和具體走向的。其次是在查找電纜路徑的同時，通過通訊模塊將路徑儀與GPS高精度手持機（手機或者RTK等）同步連接，采集到經緯度、高程數據，避免再次進行路徑坐標GPS定位的采集工作。能夠直接繪制出電纜路徑，達成高精度的繪制目標，最終可建立起電纜數據路徑庫。②GIS信息庫實時更新。由于地理信息在實時變化，人類的活動也可能對電纜造成影響，我們設計出的電纜信息采集設備要與GIS信息庫實時聯通，經常進行路徑的修正，保證自動繪制出的電纜路徑與實際狀況完全一致。

4.結語

總而言之，電纜的安全運行是國家電力系統的基本要求之一，而綜合電纜故障定位儀器在實際應用中實現了電路路徑探測、GPS一體化、自動生成繪制電纜敷設路徑，能夠對多種電路故障進行精準定位，提高整個電力系統的運作效率，保證電力的安全、持續的供電，滿足廣大人民的生活和工作需求。

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