一种基于低压脉冲法的电力电缆故障定位方法 |
| 2013-02-07 22:25 作者：王宝成 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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据《硅谷》杂志2012年第22期刊文称，介绍一种基于低压脉冲法的电力电缆故障定位方法，该方法通过检测入射脉冲与反射脉冲的时间差，利用相关计算公式与函数，对测量数据进行相关处理，进而计算出电缆故障距离，并判断电缆的故障类型，并在实际应用中验证该方法的有效性和正确性。
关键词：电力电缆；低压脉冲法；故障定位
0引言
在实际生产与应用的过程中，由于各种因素的作用，电缆特别是电力电缆容易发生绝缘劣化现象，进而导致故障发生。一般情况下由于电缆常敷设在地下，并且具有一定的长度，所以电力电缆的故障点的定位在实际的生产应用当中具有重要的意义。
1电缆绝缘劣化的原因
交联聚乙烯（XLPE）塑料电缆由于其性能优良、安装方便并且工艺简单等优点，在现阶段得到大规模的应用。它不仅大量的应用于配电网中，而且还应用于高压输电线路中。XLPE电缆绝缘劣化的原因大致分为以下几种。
1）热劣化；电缆在运行时，其运行温度超过电缆材料的允许温度，从而发生氧化分解等化学反应，在该过程中生成物在电离作用下使电缆的绝缘电阻和耐压性能下降。
2）电气劣化；XLPE电缆在运行过程中，其内部的气隙、绝缘层和屏蔽层之间的空隙部位的会发生电晕放电现象，进而侵蚀绝缘使电缆绝缘的耐电性及耐电强度降低。
3）水树枝劣化；XLPE电缆在潮湿环境中长时间受到水的浸渍，绝缘材料会有吸潮现象，由于电缆长时间的在高场强环境下工作，水分将呈现树枝状侵蚀电缆，从而形成水树枝劣化。
4）化学性劣化；该种劣化特征主要发生在强酸、碱以及有机物浓度较高的场所。其形态主要表征为溶胀、龟裂及溶解等。
2低压脉冲法原理
综前所述，在多种因素共同作用下电缆会发生绝缘劣化而导致故障，其主要表现形式是绝缘故障。除局部放电以外，绝缘劣化能够进一步引起短路故障、断路故障（开路故障）、低阻故障以及高阻故障。
对于离线下电缆的故障定位，其理论依据系电流在电缆中的传输规则，该方法称为行波法。其具体定位方式按照故障类型的不同可分为两种情况，既低压脉冲法和闪络测试法。本文重点介绍低压脉冲法，闪络测试法不再赘述。
低压脉冲法主要用于对电缆的开路、低阻和短路类型的故障进行测量，其原理图如图-1所示：
图1离线下电缆故障定位原理图
图中，在电缆首端放置一测试仪，向故障电缆的一端发送宽度为2μs幅度为230V的低压脉冲。测试记录仪显示的脉冲从入射脉冲t1开始，当脉冲传播到故障点时，将会产生一个反射波并回到始端。设反射波到达始端的时间为t2，τ为脉冲波从发出到达故障点又反射回来所经历的时间，则有τ=t2-t1。设脉冲在电缆中的传播速度为v，则有
S=0.5vτ（2-1）
式中，S为测试端到故障点之间的距离。
在此种方法中需要知道脉冲在电缆中的传输速率v，而脉冲的传输速度是由电缆的绝缘介质决定的，与它的内部导线、几何尺寸几乎无关。经查阅相关文献资料可知，在常用的交联聚乙烯电缆（XLPE）中，v=172m/μs，聚氯乙烯电缆v=184m/μs。随着电缆运行时间的增加，其传输速度一般略有减小。
当电缆发生短路或低阻故障时，反射脉冲波的极性和入射脉冲相反。而当发生开路故障时，其反射脉冲波的极性和入射脉冲相同。由此可判断电缆故障的性质。
3实例应用
河南神火集团工业园110kV变电站共有2回110kV进线，4回35kV出线，8回10kV出线。其中10kV出线中有6回为XLPE电缆出线，近四年来通过低压脉冲法对电缆故障定位判断所测得数据如表1所示。
表1电缆故障定位判断数据及分析
日期 往返时间τ（μs） 计算结果（m） 实际故障距离（m） 误差（%） 脉冲极性 故障类型
2008.2.23 122.01 9150 9021 1.43 同相 开路
2009.3.30 60.12 4509 4502 0.16 反相 短路
2010.8.26 47.00 3025 3010 0.49 同相 开路
2011.7.3 106.10 7958 8006 0.60 同相 开路
2011.8.12 10.45 784 800 0.75 同相 开路
2012.6.19 93.86 7040 7012 0.40 反相 短路
通过近四年来的数据记录可以看出，低压脉冲法在实际运行应用当中可靠性是比较高的，当故障点距离在8500m以内时误差率始终在1%以内。当故障点较远时其误差会有所增大，需要配合其他方法进行校正。
4结论
通过以上实例分析可以看出，低压脉冲法在电力电缆故障定位的应用中具有精度高、故障类型判断准确等特点。从而减少故障定点的工作量，有利于迅速及时地排除故障，及时恢复供配电线路的运行，减少相应的经济损失。具有重要的现实意义和经济价值。
作者简介：
王宝成（1985-），河南永城人，毕业于华侨大学电气工程及其自动化专业，助教，永城职业学院，从事行业：电力及电机相关专业教学与研究；孙德光（1976-）河南永城人，助理工程师，河南神火电力公司，从事行业：电气工程施工运行及安装。 |
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