城市配电网电缆故障诊断研究

苏俊、刘成、杨永平

摘要：电缆在配电网中的的使用越来越多，供电系统内部电缆出现问题的几率会变大。基于此，以电力电缆故障诊断为研究对象，采用小波奇异熵算法对电缆故障原始信号进行故障特征量提取，然后采用神经网络辨别电缆故障类型。仿真结果表明本方案能够准确辨别出故障类型，具有较高的精准度。

关键词：电缆故障；神经网络

引言

现代城市的电力电缆主要敷设在地下，有时会因电缆老化、过负荷或建筑施工误伤等因素而发生故障，从而对社会生活和工业生产造成巨大影响。本工作主要设计电力电缆故障精确定点检测系统，精确定点过程通常需要使用高压信号发生器击穿故障电力电缆，根据冲击放电产生的声音和脉冲磁场信号特征，采用声磁同步法方法检测出故障点位置，但冲击放电声经常受到检测环境中的噪声干扰，故采取谱减法先进行背景降噪，然后通过短时能量法粗判防止误判，然后再精确判断，通过软件仿真和现场采集数据测试验证，该算法检测方法精度较高。

1配电电缆故障主要原因分析

配电电缆线路与架空线路的故障有所不同，架空线路易发生故障，且多为瞬时性故障，可通过重合闸恢复供电；电缆线路不易故障，但是一旦发生故障就是永久性故障，恢复供电时间较长。电缆故障的原因较多，主要归结为生产质量、安装过程中的外力破坏及现场恶劣运行环境。（1）生产质量。电缆的制作过程很易出现质量问题，管控不严、操作不满足要求等导致绝缘管制作厚度不均、内部含有气隙、工艺粗糙等；压缩制作成本，选购不满足要求、防水性差的材料也会导致制作的电缆质量下降。（2）外力损伤。电缆在安装过程中过度切割、刀痕太深造成的电缆损伤；电缆在安装过程中因操作人员暴力、安装方法不正确或被尖锐物体破坏造成的电缆绝缘破损；裂痕或破损范围小不易察觉，长时间运行加之潮湿气体侵入，最终导致电缆击穿造成接地或短路。（3）运行环境。配电电缆一般用于城市地下，内部运行环境恶劣，高温、湿热；加之电缆会长时间超负荷运行，温度会不断升高，很易导致电缆接头或其他薄弱部分出现击穿导致的故障情况。

2电缆故障诊断方法研究

2.1电缆故障诊断装置

电缆故障诊断装置包括控制模块、交互模块、采集模块、输出模块、高压产生模块、切换装置。各部分连接方式为：控制模块与交互模块、输出模块、高压产生模块、采集模块相连接，输出模块、高压产生模块与切换装置连接，切换装置与采集模块连接。控制模块用于控制输出模块、高压产生模块通过切换装置输出信号。交互模块用于设置参数及命令，并将命令发送至控制模块。交互模块由按键、显示器等组成，操作者根据提示进行电缆全长参数的输入，操作启动、停止或升压、降压等按键，最后由显示器提供测试的电压、电流、电阻及故障点距离等信息。采集模块用于采集切换装置的输出及反馈信号，并发送至控制模块，由控制模块对数据进行运算处理，得出相关参数反馈至交互模块。

2.2测声法

测声法根据故障电缆在放电过程中产生的声音进行故障查找，这种方法对高压电缆的绝缘层闪络放电比较有效，在普通电缆中效果并不明显。测声法应用的设备主要为直流耐压试验仪器，高压电容器充电到相应电压范围内时，仪器会对电缆故障点进行放电，高压电缆的绝缘层会出现火花放电的声音。架空地面上安装的电缆，可通过听觉直接查找故障位置，若电缆安装在地下，需要先确定并标记电缆的总体走向，再利用相关技术进行定点测试，在检测的过程中放电声明显的地段，就是电缆的故障点。

2.3电桥法

电桥法主要使用双臂电桥对故障电缆测试直流电阻值的技术，测量时需要精准测试电缆的实际长度，并按照电缆的实际长度与电阻值的正比例关系，计算故障发生的位置。电桥法主要针对电缆直接短路或电路点电阻值小于1Ω的故障。采用电桥法时，工作人员需要保证计算的精准度，电桥连接线应短小，线径需要足够大。在进行电缆连接过程中，工作人员可采用焊接、压接等方式，计算得到的数值需要将小数点后面的数值全部保留，以确保计算数据的准确程度，避免在查找过程中出现误差，影响电缆维修的基本效率。

2.4高压脉冲反射法

高压脉冲反射法能够查找阻性短路或接地故障、闪络性故障等，故障大部分发生在电缆中间接头或终端接头的位置。高压脉冲反射法是一种不需要烧穿故障点的检测方法，在现阶段电缆故障检测中的应用效果不断增强。目前，高压脉冲反射法主要用于记录冲击电路的电压波动形状，如直流闪络法。直流闪络法适用于闪络性的电缆故障，常伴有闪络装的高阻性故障，在查找过程中，需要在故障的电缆上增加负极性的直流电压，当电压上升到某个数值范围时，故障点会出现闪络的现象。使用直流闪络法可快速找寻故障点，进行电缆维修，有效解决故障点存在的问题。

3电缆的维护与防范措施

3.1应对电缆本身质量问题的防范措施

在电力系统运行过程中，由于电缆本身质量问题造成的电力故障十分普遍，因此，需要加强对电缆本身的质量控制。可以从以下几个方面进行质量管理：（1）在采购配电电缆的过程中，就需要加强对材料的质量控制，严格按照工程质量要求进行选购，使其满足实际需求，为后续的安装或者设计提供质量保证；（2）在进行多股绞线的连接时，对于设备线夹也需要进行合理的设置与规划，要尽可能地确保电缆可以连接牢固，从而保证其安全稳定的运行；（3）在熔断器套管的固定位置，也需要采取有效的保护措施，可以在固定处加装瓷绝缘子，从而保证两者之间具有相应的距离；（4）相关工作人员需要定期对电缆质量进行检验，确保其质量达标，如果出现问题不大的情况，需要进行及时的检修和维护，以提高使用年限；对于质量问题严重的情况，则需要立即更换，以便更好地保障其安全稳定的运行。

3.2处理电缆操作过程中的防范措施

电缆操作上的故障问题通常是由认为造成的，为了提高电缆操作上的整体水平，则需要加强对电力工作人员的技能培训以及素质教育，不仅要引进优秀的技术人才，同时还要对当前的技术人员进行不定期的培训，以促进整体队伍的操作水平得到提升。另外，还需要加强对人员日常工作的监督管理，提高他们的安全责任意识，当面临故障问题时，能够及时解决并处理，以减少故障造成的损失，并保障电力运行的稳定。除此之外，还需要对带电体之间的距离进行有效检查，以便更及时的发现问题，减少电缆间歇性短路的问题，保证电力系统的稳定运行。

结语

随着电缆线路的逐步增多，电缆故障不容忽视，目前虽然有一些方法可对电缆故障进行定位，但都或多或少存在一定的局限性。为了进一步缩短电缆故障时间，提高企业经济效益，本文针对配电电缆故障定位进行电缆故障诊断方法研究，提出故障诊断装置及各部分连接情况及作用；给出故障诊断原理，即计算出电缆故障相始端到故障点的芯线导体电阻与故障相导体电阻的比例系数，已知电缆全长就可计算出始端到故障点的距离，完成电缆故障诊断及定位；制定具体故障诊断流程，按照相应步骤即可完成电缆故障的诊断。该诊断方法设备接线方便、操作简单、故障定位精度高。

参考文献

[1]毕晓辉.论述电缆故障产生的原因、查找方法及预防措施探述[J].中国战略新兴产业，2018（32）：211.

[2]赵宏伟.论述电缆故障产生的原因、查找方法及预防措施[J].管理与财富，2008（10）：54，58.

[3]韩沛松.基于融冰与机械破冰的电缆除冰装置[J].节能，2020，39（6）：95-97.