电缆故障探测的发展

Ｖｏ１．３０　Ｎｏ　４　Ａｕｇ．２００６　湖　北　电　力　墨　鲞墨　塑　２００６年８月　电缆故障探测的发展　张　晖　（中铁十一局集团电务工程有限公司，湖北武汉测的新方法和他们的特点。最后探讨了电缆故障探测发展的新方向。　４３００７１）　［摘　要］　列举了电缆故障探测的传统方法，分析了传统方法的一些不足，然后介绍了电缆故障探　［关键词］　电缆故障探测；测距；定点；小波　［中图分类号］ＴＭ７２６．４　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１００６—３９８６（２００６）０４—００３１—０２　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃａｂｌｅ　Ｆａｕｌｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ＺＨＡＮＧ　Ｈｕｉ　（Ｅｌｅｖｅｎｔｈ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｒａｉｌｗａｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７１，Ｃｈｉｎａ）　［－Ａｂｓｔｒａｃｔ－］Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ　ｔｈｅ　ｔｒｄｉｔｉｏｎａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｂｌｅ　ｆａｕｌｔ，ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅｉｒ　ｓｈｏｒｔａｇｅｓ，ａｎｄ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｓｏｍｅ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．ｔｈｅ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｃａｂｌｅ　ｆａｕｌｔ：ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ａｓ　ｗｅｌ１．　－［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ￣ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｂｌｅ　ｆａｕｌｔ；ｄｉｓｔａｎｃｅ；ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ；ｗａｖｅｌｅｔ　测量点与故障点往返一次所需的时间来测距。脉冲　电压法主要有直流高压闪络（直闪法）与冲击高压闪　络（冲闪法）两种方法。　脉冲电压法的一个重要优点是不必将高阻与闪　络性故障烧穿，直接利用故障击穿产生的瞬时脉冲　１　电缆故障探测的传统方法　１．１　电缆故障测距的传统方法　（１）电桥法　对于电力电缆的测距，经典的方法是用电桥法。　此方法虽然方法简单，但是需要事先了解电缆线路　长度等原始数据，并仅适用于低阻及短路故障。而　在实际运行中，多为高阻及闪络性故障，由于故障电　阻很高，电桥电流很小，一般灵敏度仪表很难探测。　（２）脉冲回波法　对于低阻与断路故障，用低压脉冲反射法比电　信号，测试速度快，测量过程也得到简化。但脉冲电　压法也有它的缺点。首先安全性差，仪器通过一个　电容电阻分压器分压测量电压脉冲信号，仪器与高　压回路有电耦合，很容易发生高压信号串人，造成仪　器损坏；其次在利用闪测法测距时，高压电容对脉冲　信号呈短路状态，需要串一个电阻或电感以产生电　桥法简单直接，通过观察故障点反射脉冲与发射脉　冲的时间差测距。测试时，主动将一低压脉冲注入　压信号，增加了接线的复杂性，使故障点不容易击　穿；还有在故障放电时，特别在冲闪时，分压器耦合　的电压波形变化不尖锐，难以分辨。　（４）脉冲电流法　电缆，当脉冲传播到故障点时，发生反射，脉冲被反　射送回到测量点；仪器记录发射和反射脉冲的时间　差，若知道脉冲传播的速度就可以计算出故障发生　的距离。该方法简单直观，不需知道电缆长度等原　始技术资料，还可根据反射波形识别电缆接头与分　支点的位置。　（３）脉冲电压法　该方法是是２０世纪７０年代发展起来的用于测　量高阻与闪络故障的方法。首先将电缆故障在直流　或脉冲高压信号下击穿，然后通过记录放电脉冲在　［收稿日期］２００６—０５—２６　［作者简介］张晖（１９７１一），男，湖北咸宁人，工程师。　脉冲电流法是将电缆故障点用高压击穿，使用　仪器采集并记录下故障点击穿产生的电流行波信　号，通过分析判断电流行波信号在测量端与故障点　往返一趟的时问来计算故障距离。这种方法用互感　器将脉冲电流耦合出来，波形较简单，较安全。这种　方法也包括直闪法及冲闪法两种方法。　该方法是２０世纪８０年代初发展起来的一种测　试方法，以安全、可靠、接线简单等优点显示了强大　的生命力。与脉冲电压法使用电阻、电容分压器进　行电压取样不同，脉冲电流法使用线性电流耦合器　平行地放置在低压测地线旁，与高压回路无直接的　・　３］　・　维普资讯 http://www.cqvip.com

箜　鲞箜　塑　湖　北　电　力　Ｖｏ１Ａ．３０№４　２００６年８月　电器连接，对记录仪器与操作人员来说，特别安全、　方便。所以一般使用此方法。　１．２　电缆故障定点的传统方法　对于电缆故障的精确定点，是故障测距的关键。　测距时无论采用哪种仪器和测量方法，难免有误差，　为减少开挖，测距后必须精确定点，通常使用冲击放　电声测法、声磁同步检测法或音频感应法。通过定　点实验可有效的避免由于采用各种仪表测试故障距　离时存在的误差而导致的时间、物质及人力的损失。　实际应用中，往往因电缆故障点环境因素复杂，如震　动噪声过大，电缆埋设深度过深等，造成定点困难。　２　电缆故障探测的新方法　２．１　电缆故障测距的新方法　（１）因果网　因果网描述了故障元件、继电器、开关之间内在　的动作关系，它利用了比传统的专家系统更深的知　识及面向对象技术，对电力系统故障进行定位。它　具有简单、明确、通用性强等特点。　（２）利用小波变换进行故障选相　在脉冲法电缆故障定位检测中不可避免地存在　各种电磁干扰。脉冲信号输出引线引起的高频振　荡，采集系统本身固有的高频干扰，使用现场的空间　电磁干扰都会通过暴露在定位仪外的信号引线进入　测试系统，严重时可淹没反射脉冲的起始点，给故障　定位带来误差。为此，必须采用有效的数字信号处　理方法消除这些干扰的影响，提高故障定位精度。　小波变换是２Ｏ世纪８Ｏ年代后期发展起来的应　用数学分支，被誉为信号分析的数学显微镜，是信号　处理的前沿课题。小波变换在数字信号处理领域，　如滤波、奇异信号检测、边缘检测等方面应用广泛。　小波的多尺度分析方法能将各种交织在一起的不同　频率组成的混合信号分解成不相同频率的信号，并　直接在时域上反映出来，信号的位置、幅值和波形都　十分直观，能有效地实现信噪分离。小波变换具有　很好的时频局部特性，对分析信号上奇异点的位置　非常有效，这一特性适用于电缆故障定位中寻找反　射脉冲的起始点。　（３）基于整个输电网ＧＰＳ行波故障定位　全球定位系统ＧＰＳ是近年发展起来的始用于　通信系统的最新技术。输电线路行波故障定位具有　很高的精度，但需要高速Ａ／Ｄ采集、大量数据存储、　复杂的行波波头辨识，且对发展性故障、近距离故障　・　３２　・　ｕｇ．２００６　的测量处理比较困难。如用专用行波波头检测传感　器、高精度的ＧＰＳ时钟及存储行波波头时刻的高效　存取方法，在每个变电站安装一台专门设计的行波　波头记录仪，与调度通信构成输电网ＧＰＳ行波测量　网络，则可直接测量故障行波波头到达各个变电站　的准确时刻，由调度进行故障定位。　２．２电缆故障定点的新方法　（１）高频感应法　高频感应法就是利用高频信号发生器向电缆输　入高频电流，这样会产生高频电磁波，然后在地面上　用探头沿电缆路径接收电缆周围高频电磁场，电磁　场的变化经接收处理后直接在液晶屏幕上显示出　来，根据显示出数值的大小直接判断故障点位置。　高频感应法与传统的音频感应法相比有如下很　多优点。高频信号源本身就比音频信号源容易实　现，制造容易，可以减少定点探测装置的体积和重　量，其为设备的小型化和便携创造了有利条件。高　频信号的频谱抗干扰性能较强。高频感应法可以直　接将结果显示出来，比靠人耳辨别更可靠，更方便。　采用高频感应法比音频感应法要优越的多，而且它　可以在不停电的情况下采用耦合式接线来实施在线　的故障探测。　（２）红外热象技术　其原理为电缆一旦过载，线芯的温度将会急剧　上升，因此可对电缆的线芯温度进行监测来判断故　障位置。首先采用红外热象仪扫描电缆表面，拍摄　出电缆的表面温度场分布图象，处理可得出温度场　的具体数值分布，然后根据已建立的传热数学模型，　根据电缆结构参数，物性参数，环境温度及表面温度　对电缆线芯温度进行反演计算，从而实现电缆线芯　温度的非接触的故障探测。　正是红外技术不需接触设备，不要求设备停运，　且具有操作简便，检测速度快，工作效率高等优点，　红外热象技术必将发挥更大的作用。　３　结论　现代微电子技术的发展和新的故障探测理论的　出现，促进了电缆故障探测的进步。新的电缆探测　方法克服了传统方法的缺陷和不足。新的故障探测　理论与日新月异的传感器、微机及网络技术相结合，　为电缆故障探测开辟了广阔的前景。如今电缆故障　探测正向高测量精度，高智能化的网络化发展。