配電網(wǎng)電纜故障及其查找定位

張曉萌 趙晨伊 宋唯寧

（國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司電纜運(yùn)檢室 吉林長(zhǎng)春 130000）

配電網(wǎng)電纜故障及其查找定位

張曉萌 趙晨伊 宋唯寧

（國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司電纜運(yùn)檢室 吉林長(zhǎng)春 130000）

隨著工業(yè)化及配電網(wǎng)改革進(jìn)程的逐漸加快，配電網(wǎng)電纜逐漸被廣泛應(yīng)用與電力事業(yè)之中，為了確保輸電線路能夠正常用電，應(yīng)當(dāng)盡可能避免配電網(wǎng)電纜故障問(wèn)題，在出現(xiàn)緊急情況時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)迅速查找定位，從而避免電纜故障引起的供電系統(tǒng)癱瘓等一系列問(wèn)題，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)配電網(wǎng)電纜故障及其查找定位的研究，對(duì)于確保供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高供電的安全性有著重要的意義。本文通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)常見(jiàn)的故障及原因做出分析，從而具有針對(duì)性的提出了故障處理的措施及模式，以期望提供相關(guān)參考。

配電網(wǎng)電纜故障；查找定位

1 引言

當(dāng)前，電力電纜由于維修工作量較少、穩(wěn)定性較高等顯著優(yōu)點(diǎn)，在城市系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)前也有許多城市電網(wǎng)規(guī)劃首選配電網(wǎng)電纜，此外，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電纜故障的快速查找定位，能夠提高電纜故障的處理速度，還對(duì)于提高電力系統(tǒng)的可靠性及安全性有著關(guān)鍵的作用。事實(shí)上，配電網(wǎng)具有一定的特殊性，大部分電纜基本通過(guò)埋藏于地下管道的方式，實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行，這也為電纜故障發(fā)生后的處理增加了難度。為了提高配電網(wǎng)供電的整體質(zhì)量，許多區(qū)域已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)自動(dòng)化，當(dāng)前配電網(wǎng)故障需要處理的問(wèn)題也逐漸凸顯出來(lái)，只有通過(guò)總結(jié)現(xiàn)有的配電網(wǎng)自動(dòng)化故障處理的模式及方法，才能夠在電纜故障時(shí)實(shí)現(xiàn)精確查找定位，從而確保供電系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

2 供電配電網(wǎng)自動(dòng)化的概念

配電網(wǎng)自動(dòng)化的概念是形成于20世紀(jì)90年代，但是直到今天，配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)還未能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠真正意義上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)技術(shù)與電力設(shè)備的無(wú)縫結(jié)合，從而在確保配電網(wǎng)正常平穩(wěn)運(yùn)行的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)事故的實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)。配電網(wǎng)電纜查找定位的實(shí)現(xiàn)，也能夠在提高供電整體質(zhì)量的同時(shí)，把供電部門(mén)的管理工作與日常實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)相結(jié)合，從而確保用戶的正常用電。按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，配電網(wǎng)自動(dòng)化可以分為配電管理系統(tǒng)自動(dòng)化、饋線自動(dòng)化、用戶自動(dòng)化及變電站自動(dòng)化等四個(gè)當(dāng)面。其中，饋線自動(dòng)化作為配電網(wǎng)自動(dòng)化的關(guān)鍵人物，是確保供電正常平穩(wěn)運(yùn)行的重要保證。當(dāng)前配電網(wǎng)自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，主要是指10kV配電網(wǎng)的自動(dòng)化監(jiān)控。

3 常見(jiàn)的故障及原因

近些年來(lái)，電纜故障的原因有多種，有部分研究人員也針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題作出了具體研究，有數(shù)據(jù)顯示，電纜故障問(wèn)題的形成主要是絕緣損傷及導(dǎo)線斷線等問(wèn)題引起的，其中最為主要的問(wèn)題就是絕緣強(qiáng)度的降低，導(dǎo)致絕緣層被擊穿，從而造成了配電網(wǎng)電纜的具體故障。

3.1 機(jī)械損傷

機(jī)械損傷在配電網(wǎng)電纜故障中發(fā)生率最高，此類(lèi)損傷雖然在發(fā)生時(shí)極易識(shí)別，但是卻對(duì)配電網(wǎng)的影響最大。在直埋電纜上進(jìn)行土建的施工，最容易造成電纜的損傷，甚至?xí)斐呻娎|的短路。造成機(jī)械損傷的原因主要有幾點(diǎn)：①電纜直接遭受外力的破壞，例如在建設(shè)項(xiàng)目時(shí)通過(guò)人為等其他因素，直接造成了外力的損傷；②原因則是電纜在安裝過(guò)程中被破壞，這種情況主要是由于牽引力過(guò)大而造成的；③由于自然因素造成的電纜損傷，比如受環(huán)境因素制約，熱脹冷縮作用對(duì)電纜造成的破壞，或者因山體滑坡等不可抗力造成的電纜頭被拉斷，這些情況都會(huì)造成電纜或者附件的破壞。

3.2 受潮或水浸

受潮或者水浸等因素也會(huì)造成配電網(wǎng)電纜的故障，這種電纜故障的發(fā)生率僅次于機(jī)械損傷的發(fā)生。由于電纜通常被埋藏在地下或者隧道之中，往往會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間水浸的情況，這樣往往會(huì)使得電場(chǎng)作用發(fā)生異常，進(jìn)而直接對(duì)電纜的絕緣強(qiáng)度造成降低，尤其是在電纜受潮或者水浸的情況下，往往會(huì)造成跑油的情況，從而會(huì)增加電纜運(yùn)行的不安全性，此外，電纜還有可能會(huì)在惡劣條件下被擊穿或者被異物刺穿，這些原因都會(huì)在一定程度上對(duì)配電網(wǎng)電纜的正常運(yùn)行造成影響，進(jìn)而導(dǎo)致電纜進(jìn)水情況的發(fā)生。

3.3 超負(fù)荷運(yùn)行

由于電流的熱效應(yīng)的原因，當(dāng)負(fù)載電流通過(guò)電纜時(shí)，往往會(huì)造成電纜的急劇升溫，出現(xiàn)導(dǎo)體發(fā)熱的情況，同時(shí)，集膚效應(yīng)也會(huì)對(duì)絕緣介質(zhì)產(chǎn)生一定的附加熱量，從而導(dǎo)致電纜溫度增加。尤其是在長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行的情況下，電纜難以承受過(guò)高的溫度，就會(huì)對(duì)電纜造成直接的損傷，從而導(dǎo)致電纜老化現(xiàn)象的加快，甚至出現(xiàn)被擊穿的現(xiàn)象。尤其是在高溫的夏天，室外溫度的增高，也會(huì)致使電纜溫度的迅速增加，因此在夏天配電網(wǎng)電纜故障的發(fā)生率高于其他季節(jié)。

4 配電網(wǎng)查找定位自動(dòng)化的難點(diǎn)分析

配電網(wǎng)電纜想要實(shí)現(xiàn)查找定位，一般對(duì)于設(shè)備的要求較高，此外，由于建設(shè)規(guī)模大、投資資金較高等因素，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)查找定位的自動(dòng)化面臨著幾個(gè)方面的難點(diǎn)：①變電站的10kV出線開(kāi)關(guān)、開(kāi)閉所、配電變壓器等作為配電自動(dòng)化的控制主要對(duì)象，涉及的內(nèi)容較為廣泛，這也給系統(tǒng)組織的具體管理帶來(lái)了諸多困難。②配電網(wǎng)中部分開(kāi)關(guān)設(shè)備等都設(shè)于戶外，這使得設(shè)備受環(huán)境因素的影響較大，因此配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的承受能力是當(dāng)前研究需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一。③在配電自動(dòng)化站內(nèi)，由于設(shè)備數(shù)量較少，當(dāng)前通信手段難以滿足全部設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)和要求，因此需要將多種手段與通訊技術(shù)相結(jié)合，這在一定程度上也增加了通信系統(tǒng)運(yùn)行的難度。

圖1 配電網(wǎng)管理系統(tǒng)主要功能圖

圖2 故障定位整體步驟示意圖

5 常見(jiàn)的電纜故障點(diǎn)尋測(cè)方法

5.1 傳統(tǒng)的方法

早前在電橋法的試用下，主要是通過(guò)調(diào)節(jié)橋臂的平衡，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與電纜總長(zhǎng)度計(jì)算距離的統(tǒng)一，但是這種方法誤差較大，后來(lái)局域行波在長(zhǎng)線上傳輸?shù)睦碚摶A(chǔ)，發(fā)現(xiàn)了行波在電纜線路中遇到阻抗不同的點(diǎn)時(shí)，能夠產(chǎn)生折射現(xiàn)象，從而確立了通過(guò)收集波形而分析故障點(diǎn)位置的方法。

（1）低壓脈沖法是指以低壓脈沖測(cè)量故障點(diǎn)的反射脈沖與反射脈沖的時(shí)間差，來(lái)實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的查找定位。這種方法對(duì)于斷線及低阻故障較為實(shí)用，只要選擇的波速度能夠精準(zhǔn)去頂，就能夠?qū)崿F(xiàn)距離的準(zhǔn)確測(cè)算。

（2）脈沖電流法是指用高壓治理脈沖擊穿故障點(diǎn)，在用線性耦合器在電流擊穿時(shí)，通過(guò)運(yùn)用電流脈沖與發(fā)射脈沖的時(shí)間差，來(lái)實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)距離的確定，這種情況主要適合于高阻故障的確定，在實(shí)際運(yùn)用中成功率也難以確定，受現(xiàn)實(shí)因素影響較多。

表1

5.2 多次脈沖法

由于高阻接地時(shí)波形較為復(fù)雜且難以判斷，因此在原有基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了二次脈沖的研究理論，此類(lèi)方法在實(shí)際操作中也取得了較好的效果。其主要原理是通過(guò)對(duì)故障電纜發(fā)射低壓脈沖，由于脈沖在高阻故障點(diǎn)的變化較小，因此不會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象，這也使得脈沖在另一側(cè)的終端被反射回來(lái)后，能夠使得儀器將完整的波形進(jìn)行保存，這樣再對(duì)故障點(diǎn)電纜發(fā)射高壓脈沖后，能夠?qū)崿F(xiàn)故障點(diǎn)的擊穿，從而形成低阻故障，而此時(shí)儀器通過(guò)觸發(fā)低壓脈沖，使得被擊穿的故障點(diǎn)實(shí)現(xiàn)反射，最后一期將兩次低壓脈沖的波形疊加起來(lái)分析研究，就能夠確定故障點(diǎn)的位置。

6 配電網(wǎng)電纜故障查找定位處理的主要措施

在配電網(wǎng)運(yùn)行中，采用何種控制模式現(xiàn)故障的查找定位對(duì)于配電網(wǎng)的及時(shí)恢復(fù)有著重要的影響。

6.1 饋線的典型供電結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，環(huán)網(wǎng)和輻射網(wǎng)作為我國(guó)10kV饋線的兩種主要供電結(jié)構(gòu)，部分輻射網(wǎng)也逐漸被改造成了環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，隨著自動(dòng)化技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，饋線的供電結(jié)構(gòu)也得到了不斷地優(yōu)化和提升。所謂手拉手線路結(jié)構(gòu)，是指一條出線經(jīng)變電站出線開(kāi)關(guān)后，經(jīng)若干分段開(kāi)關(guān)分段，到聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)；聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)再經(jīng)若干分段開(kāi)關(guān)，經(jīng)另一出線開(kāi)關(guān)到另一變電站；而閉環(huán)結(jié)構(gòu)則是指在配電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下，實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)。

6.2 兩種故障處理模式

基于主站監(jiān)控的饋線故障處理模式。在這種模式下，需要將各個(gè)開(kāi)關(guān)裝設(shè)饋線終端單元，在正常情況下，各饋線終端單元相應(yīng)柱上的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行信息的才能，從而將這些信息實(shí)現(xiàn)反饋，這種故障處理方案能夠幫助迅速確定故障源及地點(diǎn)，從而迅速恢復(fù)供電的使用，該方案是當(dāng)前饋線故障處理中較為常用的方式，從而實(shí)現(xiàn)故障的迅速查找定位，在恢復(fù)供電，實(shí)現(xiàn)故障隔離等方面都發(fā)揮著重要作用。

基于系統(tǒng)保護(hù)的饋線故障處理：

當(dāng)前，在饋線網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障情況后，在各個(gè)開(kāi)關(guān)處安裝的饋線終端單元能夠迅速實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，在判斷自身公里方向的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)相鄰單元的通信配合。通過(guò)綜合分析后，能夠迅速確定故障發(fā)生的區(qū)段，從而實(shí)現(xiàn)故障的一次性處理，這種模式也能夠快速實(shí)現(xiàn)故障的隔離，減少對(duì)非故障區(qū)段的影響，從而使得饋線故障的處理更為合理。表2為低壓配電網(wǎng)定位的其他方法與措施，希望能夠提供相關(guān)參考。

表2 低壓配電網(wǎng)故障定位其他方法與措施

7 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)今社會(huì)配電網(wǎng)電纜的使用中，電力電纜由于其自身的諸多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)之中，一旦發(fā)生電纜故障，如何實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的查找，確認(rèn)故障點(diǎn)的位置并實(shí)現(xiàn)故障的及時(shí)清除，依舊是供電部門(mén)需要面臨的重要問(wèn)題，因此相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)引起重視，在原有理論基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)故障的迅速查找定位，從而確保配電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

[1]司冬梅.10kV配電網(wǎng)離線故障定位和檢測(cè)系統(tǒng)的研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2009（2）：25～28.

[2]王彥霞.電力電纜的故障和查找方法[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007，17（28）：264～266.

TM75

A

1004-7344（2016）36-0069-02

2016-12-7

張曉萌（1988-），女，研究生，主要從事電纜運(yùn)檢工作。