基于 PSCAD的电缆高阻故障测距模拟探讨

基于 PSCAD的电缆高阻故障测距模拟探讨

熊晨宇

河海大学能源与电气学院 211100

【摘要】随着社会经济的不断发展，人们的用电需求量越来越多，因此对用电的要求也不断增高，基于PSCAD仿真软件对电缆高阻故障进行测距是必然趋势，因此本文主要对基于PSCAD的电缆高阻故障测距仿真进行了探讨，根据仿真结果可以知道，使用该类仿真模型，能够保证定位故障距离的准确性，出现的误差相对较小，具有较大的应用价值和应用前景。

【关键词】PSCAD；电缆；高阻故障；测距仿真

目前电缆电线在使用的过程中最常出现的故障就是电缆高阻故障问题，其主要是因为电缆芯对地、线芯的绝缘电阻低于标准范围值。由于检测电缆高阻故障具有一定的复杂性，并且一般出现电缆故障的概率相对较低，所以相关的电缆检修人员无法获取较多的检修经验，测试技术能力不高。而PSCAD仿真软件的出现，能够构建出误差较小、准确模拟的高阻故障测距的仿真模型，帮助检修人员提高电缆高阻故障测距的能力和检修水平，具有十分重要的意义。

1.电缆高阻故障测距的相关概述

在现代社会中应用较为广泛的电缆测距方法为行波测距方法^【1】，其主要通过选择相应的测量点，在电缆一端中注入一定的脉冲信号，让其能够沿着电缆线进行传播，当其遇到短路、故障点时，就会产生反射，而通过对出现反射波与入射波之间存在的时间差进行计算，就能准确计算出出现故障的位置和距离。对于高阻故障，则需要采用脉冲电压或电流法进行测距。其中脉冲电压法主要是通过利用高压信号发生器，将直流高压信号施加在故障电缆当中，让故障点能够实现击穿放电，从而将脉冲从测量点到故障点之间往返的时间进行记录，并乘上脉冲信号传播的速度，就能将故障点的距离准确计算出来。

通常情况下高压的脉冲信号会沿着电缆线进行传播，并在出现故障的位置进行击穿放电，当产生反射波之后再回到测量位置，产生的两次脉冲信号的时间差T就表明在测量端和故障点处，脉冲信号往返的时间，一般情况下脉冲信号在电缆中传播的距离为已知，所以在对故障进行实际测距的过程中，只需要将入射波和反射波之间存在的时间差记录下来，就能够通过计算，解出故障点的位置，以及与测量端之间的距离，从而真正实现故障定位。

2.基于PSCAD的电缆高阻故障测距仿真模型

随着我国社会的不断发展，现代电力系统的规模也呈现不断扩大的趋势，越来越多的区域间联网增加了远距离输送的电量，在一定程度上增加了电力系统实际运行的难度，本文主要通过利用PSCAD仿真软件，分析了使用脉冲电压法测试高阻故障的过程。基于PSCAD仿真软件的电缆高阻故障测距仿真的流程如下：首先需要在仿真软件中新建项目文件，构建处相应的电气主接线图^【2】，其次需要设置相应的元件参数、故障以及输出量，使用FORTRAN编译器进行编译和连接，对其进行检查，如果发现出现了错误则需要进行修改，没有错误就需要显示处相应的曲线，并将结果输出到文件当中进行保存打印。

2.1基于PSCAD的高压脉冲信号模型

在仿真软件当中，通过结合直流电压源与断路器，让其能够产生一定的高压脉冲信号，并将直流电压源的电压设置为10kV；断路器在初始的过程中应该一直处于断开的状态，一般情况下其进行闭合是在初始的0.06s，从而与直流电源接通，接通0.05004s时会再次断开，在电缆线路中注入54的脉宽、10kV的脉冲信号。

2.2创建电缆模型

在PSCAD仿真软件中创建相应的电缆模型，需要保证选择的模型类型的准确性。一般情况下PSCAD仿真软件中电缆模型包括PI、Bergeron以及频率相关的三种模型类型。其中PI电缆模型主要是对长度相对较短的线路进行仿真，并对相应的输电系统进行研究^【3】。Bergeron电缆模型主要是基波频率的阻抗特性进行研究。与频率相关的电缆模型主要是将分布式的参数利用起来，通过模量分析、相域技术对其进行求解，能够将全频率范围内的线路特性准确的表征出来。通常在PSCAD仿真软件当中，目前具有较高精确性和稳健性的传输线模型为Frequency Dependent（Phase）Model模型。

因为在电力系统中，电缆具有比较独特的结构特性，且具有较为明显的频率相关特性，所以本文主要选择频率相关模型中具有较高精准度的模型进行仿真试验。

电缆类型选择完成后，需要根据具体的电缆情况将相关参数输入软件当中。本文采用的电缆原型为35kV YJXVLPE，其设置的参数包括导体标称截面、导体直径、电缆绝缘厚度、PVC外护套厚度以及电缆的近似外径，其具体数值分别为540m㎡、26.73mm、10.67mm、3.1mm、59.67mm，并且还要在仿真软件当中设置电缆的埋深情况、铜电阻率，具体数值为1m、1.75×10^-8ΩM，其他的数值一般选取系统默认值。当相关参数设置完成之后就能够将电缆线路具体分为两段电缆，通过在电缆当中设置相应的故障点，将电缆的长度进行改变，就可以模拟出不同距离的故障点。

2.3构建故障点模型

通过分析相关的测试原理可以知道，使用脉冲高压法进行故障测距，主要是将高压信号加入电缆当中，从而击穿故障点，所以在此过程中可以选用避雷器实现具体的模拟工作。

在PSCAD仿真软件当中就提供了相应的避雷器模型，其阀值电压设置为3kV，并联避雷器模型和10kΩ的电阻，并将其接入在模拟的故障点当中。如果外部的电压比阀值小，此时避雷器模型就会处于高阻的状态，此时可以知道故障点的阻抗具体值为10kΩ，电缆故障点就为电缆高阻接地故障，而让外部的电压相对较高时，此时避雷器就会对故障点进行击穿放电，让其产生一定的反射波，最后就能实现整个测距的全过程模拟。

3.基于PSCAD的电缆高阻故障测距仿真结果分析

假设在进行仿真的过程中电缆全长为18kM，第一段电缆的长度为14kM，第二段为4kM，其中14kM为故障距离，整个仿真的时间为0.1s。

3.1对行波速度进行校验

为了让整个测距仿真的准确性得到保证，相关的工作人员需要先对行波速度进行校验，去掉设置的故障点，可以知道电缆为完好的电缆，将此时的测试波形记录下来。闭合断路器时需要在电缆当中注入相应的高压脉冲信号，通过仿真试验可以知道，在0.050201s时电缆末端的反射波形就被测出，通过对计算可以得出行波的速度为147.14m/。

3.2电缆高阻测距

通过在线路中接入故障点，进行相应的仿真测距试验。当在断路器闭合时在电缆中注入相应的高压脉冲信号，在0.050201s时就能得到反射波形，通过对其进行相应的计算可以得出故障点的位置距离为14052.06m，其与实际的故障具有一定的0.613%的误差。

分别将第一段、第二段电缆的长度进行改变再进行多次的测试工作，可以得出相应的测试结果，如下表所示：

由上表可以看出，该仿真模型能够对不同长度的电缆和不同位置的故障点进行测距，且测距的结果相对比较准确，误差相对较小，具有较好的应用价值和应用前景，能够帮助相关的检测人员积累电缆高阻故障测距的经验，提高检修的能力。

4.结束语

随着科学技术的不断发展，PSCAD仿真软件的出现在一定程度上保证了我国电力系统使用的安全性，通过该仿真软件构建处相应的电缆高阻故障测量仿真模型，能够将电缆传输过程中行波暂态响应的过程准确反映出来，并通过仿真模拟，能够将出现故障的具体距离和位置准确定位，由于模拟产生的误差较小，所以可以将该类模型广泛应用于电缆高阻故障测距当中，将相关工作人员的测距能力和水平不断提高，为我国社会的发展提供电力保障。

【参考文献】

[1]马强,唐阳.基于PSCAD的电力电缆局部放电信号检测仿真研究[J].电工技术,2018(16):60-61.

[2]贾湘豫. 基于PSCAD的110kV线路故障测距的研究[D].广西大学,2017.

[3]高旭启,别士光,周明杰,平原.基于PSCAD的电缆高阻故障测距仿真研究[J].自动化与仪器仪表,2016(12):174-175+178.