一種簡易式電纜故障模擬裝置的研發

馮諾旼

摘 ?要：現有的電纜故障檢測培訓方式存在“故障設置不靈活、實操機會少”等不足。該文擬探討研發一套簡易式、低成本的電纜故障類型模擬裝置，根據10kV典型電纜故障產生的原理，設計該裝置的內部接線方式，使其能模擬10kV電纜所有的故障類型。該裝置制造成本低，便于攜帶，方便班組能隨時隨地開展電纜故障判斷及絕緣電阻表使用培訓和考核。

關鍵詞：電纜故障 ?模擬 ?接線方式

中圖分類號：TM72 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（a）-0040-03

近年來，因外力破壞、施工質量、產品質量引發的電纜線路故障時有發生。電力電纜線路作為電力系統的一項重要組成部分，如果故障發現不及時、檢修不到位，都將直接影響著整個電力系統的安全、穩定運行，甚至導致火災、大規模停電等嚴重事故，給國家和企業帶來不可估量的損失。因此，準確識別和快速處理電纜故障是保證電力系統安全、可靠、穩定運行的重要手段，也是輸配電線路電纜運行與檢修人員的考核重點。

目前國內已經有廠商研發出成熟的電纜故障模擬裝置，可以模擬出多種情況的電纜故障，供運行單位開展培訓及考核使用。但一套這樣的裝置價格高達幾十萬甚至上百萬，難以大規模開展推廣應用。且儀器體積、重量也決定其只能定點放置在培訓室使用。以上兩點，使得運行班組可以使用這套模擬裝置開展培訓的機會少之又少。

該文擬探討研發一套簡易式、低成本的電纜故障類型模擬裝置，以短導線代替電纜，通過暗盒中的開關模擬多種電纜故障的發生。蓋上暗盒后，讓培訓人員使用2500V搖表，判斷故障發生的類型，檢查其判斷結果是否與模擬開關設置結果相一致，以達到培訓目的。該裝置制造成本低，便于攜帶，方便班組能隨時隨地開展電纜故障判斷及絕緣電阻表使用培訓。

1 ?國內同類裝置的研發現狀

（1）電子元器件+PLC控制的故障模擬裝置[1]。

如圖1所示，電纜故障模擬裝置由模擬柜和操作臺構成，模擬柜整體采用封閉外殼進行封裝，便于安裝維護，采用模塊化結構，裝置上下部位設有進線端和出線端，通過電纜接頭串接于電纜線路中;中上部位為自動切換模塊，實現故障之間的快速切換;中間層為故障模擬模塊，各種故障模擬均由裝置內部的特定故障模塊實現。操作臺配備觸摸屏，通過PLC對自動切換模塊進行控制，實現故障設置與切換。

（2）單片機控制的電纜故障模擬裝置[2]。

如圖2所示，該10kV電纜故障模擬教學培訓箱控制部分主要由STC15F408AD單片機、JLX-12864G顯示液晶模塊、輕觸按鍵及10kV繼電器驅動電路構成。

按鍵作為設置電纜故障的指令輸入端，單片機將采集到的按鍵信息通過軟件運行設置A、B、C三相線路的故障類型及三相線路對地的故障類型，并通過液晶顯示模塊將故障內容顯示出來，并通過單片機控制驅動相應的10kV高壓干簧繼電器導通或斷開來模擬實際電纜故障的各種類型。

2 ?該項目中研發的模擬裝置及其技術原理

該裝置仿照目前10kV三芯電力電纜線路的運行方式和特征，設計出了一種能全面模仿各類型電纜故障的接線方式，如圖3所示。

該電路中，3條電路分支分別代表A、B、C三相電纜線芯。x、y、z和x、y、z三色實心圓分別代表電纜終端01頭和電纜終端02頭，黑色實心圓代表金屬接地點。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組分別為接地短路模擬開關、斷線模擬開關、相間短路模擬開關。

電纜正常運行情況下，Ⅱ組開關應在合上狀態，Ⅰ、Ⅲ組開關應在分開狀態。

當Ⅰ組開關合上時，所對應的電路分支將與接地點接通，模擬該相電纜短路接地故障，合上后單相模擬電路如圖4所示。

此時，使用絕緣電阻表的高壓引線連上模擬電纜接頭的測量端子，接地測量線接在模仿接地點的測量端子，則將測出絕緣電阻數值為0。而未合上該開關的另兩相，所對應的電路分支將與接地點仍然保持斷開狀態，測得的對地絕緣電阻為無窮大。由此即可判斷出故障相。

當Ⅱ組開關斷開時，所對應的電路分支兩端的通路將被斷開，模擬電纜的斷線故障，斷開后單相模擬電路如圖5所示。

此時，使用萬用表的兩條測量線分別接在模擬電纜接頭的測量端子，或按照實際測量方法，將其中一側端子和非故障相的端子短接，并測量另一側的兩個端子間的電阻，均能測出該相電纜電阻值無窮大。而未合上該開關的另兩相，所對應的電路分支將仍然保持聯通狀態狀態，測得的電阻幾乎為0。由此即可判斷出斷線的故障相。

當Ⅲ組開關合上時，所對應的兩個電路分支將接通，模擬該相電纜兩相間短路故障，合上后兩相模擬電路如圖6所示。

此時，使用絕緣電阻表或萬用表在任意一側的電纜終端測量端子進行測量，均能測出該兩相間絕緣電阻為0，而非短路故障的兩相相間仍保持非連通狀態，絕緣電阻仍為無窮大，由此可判斷出相間短路的兩相。

根據此原理，使用簡單的材料，制作出能滿足班組培訓和考核使用需求的簡易式電纜故障模擬裝置（見圖7）。

該裝置將電纜故障模擬開關藏于暗盒中。通過暗盒中的開關分合進行故障模擬后，將暗盒蓋上，讓學員或考生利用絕緣電阻表、萬用表等儀器，測量電纜的相間電阻、接地電阻、線路兩端電阻等數據，判斷出所模擬的是何相何種形式的故障，并與暗盒中的模擬結果進行比對，從而達到培訓和考核的目的。

3 ?結語

該文設計了一套電纜故障模擬裝置，能安全準確地模擬各種典型電纜故障，并根據培訓需要在各類型故障間靈活轉換、自由設定，為電纜故障檢測培訓提供了一種模擬實訓手段，彌補了現有培訓手段的不足，提高了培訓效率。

參考文獻

[1] 冼定，林子翔，凌志勇.10kV電纜故障模擬裝置研究與應用[J].科技與創新，2018（5）：87-88.

[2] 趙法強.10kV電纜故障模擬教學培訓箱的制作[J].技術應用，2019，2（26）：94-95.