城区电力电缆接头故障检测装置准确度试验研究

城区电力电缆接头故障检测装置准确度试验研究

吕品张显堡

浙江省送变电工程有限公司浙江杭州310016

摘要：随着城市进程的不断深入，促进电力建设规模也逐渐扩大，用电量也在迅速增长，电力电缆的性能直接影响城市电网的正常运行。电缆采用电缆井的方式铺设，深埋于地下，在整个城市电网运行过程中，处于隐蔽状态，当发生电力电缆故障时，难以通过故障检测装置对隐蔽状态的异常点进行定位排查。在这种情况下，发展高精度、智能化电缆故障检测装置，实现对故障点的准确定位排查，有利于减少电缆故障对城市电网运用带来的损失。

关键词：城区电力；电缆接头故障；检测装置；准确度试验

各种类型的多芯连接电缆是电子设备重要组成部分，连接电缆及接插件工作能否正常可靠地连接，是电子设备正常工作的前提和基础。长期的工作实践证明，各个设备间连接电缆故障是装备故障的重要原因，因此，当电子设备发生异常时，往往首先要确认连接电缆是否正常。

1故障原因及故障类型

1.1电力电缆的故障原因

（1）机械损坏。近年来，电力电缆的生产工艺和加工技术不断提高，因此，因制造技术造成的电缆缺陷并不常见。电力电缆的运行故障主要是因为机械损坏引起的，一旦电缆外层破裂或内部损伤，随着时间推移和环境变化，电缆就可能出现运行故障。机械损坏主要可能是在电缆安装施工时，由于施工设备或工具划伤电缆、拉伸或弯曲直径较大的电缆造成机械损伤；有些工程进行地面施工作业不当，也有可能造成电力电缆的损伤；如果电缆敷设在地质条件较差地区时，地基、地面可能出现沉降，产生地面冲击性负荷会造成电缆机械损坏。（2）绝缘损伤。电力电缆的绝缘一般包括电缆外护套的绝缘和电缆接头的绝缘。引起电缆的绝缘受损主要是两大原因，一是电力电缆受潮；二是电缆的绝缘层老化。铺设在地下的电力电缆如果受潮，很容易发生电缆故障。从受潮的部位来看，主要发生在电缆接头。首先，一般电缆的分支接头采用接头盒，一旦接头盒密封不严就有可能致使盒内受潮或进水，发生电缆故障。电缆的中间或终端接头的处理也比较重要，如果采用的接头封装方法不合理，也会造成电力电缆受潮。其次，电缆受潮也会出现在电缆外护套部位。如果电缆生产制造或安装铺设过程中电缆的金属外护套出现缝隙、小孔等损伤，很容易进水受潮。另外，电缆绝缘层会老化，绝缘性能也会随之下降。绝缘层的老化是不可避免的，但是如果铺设或使用不当也会加速老化。例如，在温度比较低的环境中铺设电缆，电缆的绝缘层脆性增加，电缆的绝缘层老化自然加速；电力电缆的埋设地点如果存在酸碱气体或液体以及其它腐蚀性物质也会造成绝缘层老化；电力电缆在运行时，出现过流、过载、铺设密度过大、通风不良等现象，也会使绝缘层变脆、老化。通过上述分析可知，造成电力电缆损伤的因素很多，应该在电力电缆施工和平时的运行时规范操作，尽量避免对电力电缆的损伤，从而降低电力电缆的运行故障率。

1.2电力电缆的故障类型

目前，电力电缆的故障按照绝缘电阻划分高阻故障、低阻故障、开路故障；按照电源相数划分为单相故障、双相故障、三相故障。另外，还有闪络性故障、封闭性故障或者短路故障、接地故障等。从发生故障的比例情况看，采用故障点的绝缘电阻值来判定故障情况的方法比较常用。例如，测量点的电阻值为无穷大时，即表明电缆该处为开路故障；低阻故障就是电力电缆某部位绝缘电阻小于一定的阻抗值。例如，故障点的电阻为零，即为低阻故障；高阻故障可分为泄漏性高阻故障和闪络性高阻故障，高阻故障的“高阻泄漏电阻”的阻值直接决定了高阻故障的特性。

2电缆接头故障检测装置硬件设计

根据电缆接头故障测试原理对电缆接头故障类型进行准确判断。由于脉冲信号在电缆线路中的传播速度较快，假设注入的脉冲信号距离故障点距离较近，遇到突变点返回的脉冲信号将会与接头处注入的信号相重叠，难以对脉冲信号的时间差进行判定，针对这种问题，采用双机联测的方式进行盲区测试。以下给出电缆接头故障检测装置硬件设计框图，如图1所示，选取C8051F005作为故障检测装置主控制芯片，控制EPM570型CPLD向待测电缆接头接入脉冲信号，并标记故障点返回脉冲信号，使用超高频法定位出电缆接头故障的具体位置。利用CPLD使得电缆接头故障检测装置控制更加灵活，响应速度更快，提高接头故障检测装置的整体性能。

2.1电缆配线测试

配线测试过程中，将两套电缆接头故障检测转置分别接入待测电缆两端，其中一端由继电器控制，向待测电缆接头接入脉冲信号，假设该电缆线路没有故障，脉冲信号将直接返回至装置B处，B装置在电缆线路另一端逐次扫描，得到已完成测试的脉冲信号。电缆接头故障检测装置A逐次接通接头电缆芯线并传送脉冲信号，检测装置B接收并记录，即可完成电缆接头配线序列的检测。

2.2断线与短路故障检测

假设，电力电缆存在接头故障，遇到突变点的脉冲信号将在该点处反射，返回到电缆接头故障检测装置，结合超高频法可对突变点的具体位置进行定位。返回的脉冲信号与实际故障点的类型有关，正脉冲信号则由CPLD的IO接收，负脉冲信号需要先通过转换成正脉冲才能IO口。电缆接头故障检测装置通过相位判别，图2表示了脉冲信号的相位以及转换电路，使用运放AD8021对电缆上的脉冲信号遇到故障点时反射的波形进行判定，可满足电缆接头故障检测装置微秒级脉冲的转换。电力电缆接头发生断线故障时，脉冲信号经过二极管D3和UI通道返回至CPLD进行采集，假设电缆线路为短路故障，负脉冲信号经过U2转变成正脉冲信号，返回至CPLD。

图1接头故障检测装置框图

图2脉冲信号相位判别电路

为了计算出时间差，在CPLD中设置定时器用于对注入脉冲信号和返回脉冲信号的时间计数，利用公式(5)定位故障点的位置。

3日常维护

日常维护工作是电力电缆正常运行基本保证。电力电缆的日常维护包括监视和巡查。通过日常的监视和巡查工作可以提前发现电缆运行的故障，将问题消除在萌芽状态中。如果处理故障，通过实际的监测也可以迅速解决问题，恢复供电。巡查和监视的主要内容包括：在电力电缆的线路上，防止无证施工和野蛮施工，现场监视机械施工，提醒施工人员注意事项；定期进行线路查巡，清除电缆沟或电缆管的杂物，注意电缆接头的老化情况，检测电缆的绝缘电阻，对电缆的附属设备进行加固或除锈处理；积极采用新技术和新产品，提高电缆线路运行效率。现在，市场上出现了大量的电力电缆的新产品。这些新产品采用新工艺和新技术，提高了产品的安全性、可靠性。最后，提高日常管理的水平需要建立一个完整的管理机制并加强对维护管理人员综合素质的培养。任何新技术新产品的使用，都需要一个科学的、有力的制度作为保证。因此，建立一个责任明晰、监督到位、奖罚分明的运行制度是必要的。另外，电力电缆系统良好运行也需要一个技术全面的维修队伍。因此，需要重视维修员工的技术培训。维护工作人员的培训应参照《国家电网公司生产技术人员职业能力培训规范》的要求，力求培训贴近实际，注重实用，使维护人员通过培训提高分析问题和解决问题的能力。当系统采用的新设备、新工艺时，一定做好相关人员的针对性的培训工作。一般聘请专家或厂家技术人员到场讲解，提高运行和检修人员的业务水平。

4结语

本文以故障原因及故障类型，电缆接头故障检测装置硬件设计化和日常维护进行分析。

参考文献

[1]卞佳音.高压电力电缆故障监测技术的研究[D].华南理工大学,2018.

[2]吕宝勤.论电力设备在线监测技术的开发与应用[J].中国城市经济,2017（27）:201.