张云飞 李巧娟
（山西大学电力系 山西太原 030000）
摘要：本文以交联聚乙烯电力电缆为研究对象，分析了电缆故障原因和类型，介绍了目前国内外电缆故障测距定点的方法。并提出了一种基于低压脉冲反射法测量电力电缆故障的自动定位方法。
关键词：电缆故障 测距 定位 低压脉冲法
引言
随着社会的不断发展和城市建设美化环境的需要，电力电缆以其体积小、受自然气象条件(如雷电、风雨、盆雾、污秽等)和自然环境影响小、不占线路走廊等多种优点而在配电系统中广泛替代架空线路。特别是交联聚乙烯电力电缆，因其优越的电气绝缘性能,以及构造简单、现场安装条件要求低、施工方便等优点,更是得到大力推广。然而电力电缆多敷设于电缆沟内或者埋于地下, 一旦发生故障,不可能直观地发现故障点,如何方便经济地寻找到故障点成为一个难题。因此,本文针对交联聚乙烯电力电缆的特点,分析其故障原因和探测方法,以便迅速查找故障点,提高抢修效率减少故障修复时间及停电损失，提出了针对低压脉冲反射法的自动测量法。对于迅速准确地探测故障点的位置以及保证故障电缆的及时修复有着重要意义。
一 电力电缆的结构和组成
电力电缆基本组成有三部分，即导体、绝缘层和护层。此外为减小导体表面和绝缘层外表面的电场畸变，避免尖端放电，改善电场分布，电缆还有屏蔽层。按绝缘材料的分为挤包绝缘电力电缆和油浸纸绝缘电力电缆。
二 电力电缆故障原因
随着电缆数量的增多及运行时间的延长,由于电缆绝缘老化特性等因素,故障发生概率大大增加。电缆故障点的查找与测量是通讯和电力供应畅通的有力保障,但是因为电缆线路的隐蔽性、个别运行单位的运行资料不完善以及测试设备的局限性,使电缆故障的查找非常困难。尤其是在狂风、暴雨等恶劣天气中,给故障的查找、维修带来了很大不便。了解电缆故障的原因,对于减少电缆的损坏,快速地判定出故障点是十分重要的。电缆发生故障的原因是多方面的,常见的几种主要原因1归纳如下。
1、机械损伤。2、绝缘老化变质3、化学腐蚀4、设计和制作工艺不良
5、过电压6、过热。
根据故障电阻与击穿间隙情况,电缆故障可分为低阻、高阻、开路与闪络性故障[1]。具体分为：
1、低电阻接地或短路故障2、高电阻接地或短路故障3、开路故障4、闪络故障。
2、其中单相接地故障出现的几率最高,约占整个故障总数的80%左右;其次是两相短路故障,约占到12%以上;接下来就是两相接地短路故障,它的几率相对小一些,约占2%一3%;三相接地短路故障几率则更小,约占1%一3%,绝大多数都是由单相或两相故障发展而来。单相接地故障引起电源三相不对称,有关设备工作失常,容易造成设备的薄弱绝缘发生击穿,扩大事故范围,影响供电的可靠性。
因此,必须尽快确定故障位置,并采取相应的措施加以解决,这就是小电流接地电网的故障定位问题。中性点不接地系统的单相接地的准确诊断与处理问题,至今都是一个难题。
三 目前电缆故障探测方法
电力电缆多埋于地下,发生故障情况及埋设环境比较复杂,所以发生故障后,对电缆故障点的准确定位需要按照一定的程序进行。对于离线电缆故障的探测一般要经过诊断、测距、定点三个步骤。
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1、电缆故障性质诊断
电缆故障性质的诊断,即确定故障的类型与严重程度,以便于测试人员对症下药,选择适当的电缆故障测距与定点方法。
2、电缆故障测距
故障测距也叫粗测,在故障电缆芯线一端使用仪器施加测试信号或者在线测量、分析故障信息,初步确定故障的距离,为精确定点提供足够精确的信息。粗测方法主要有电桥法、低压脉冲法、脉冲电流法等。
3、电缆故障定点
故障定点是在粗测距离的基础上,精确地确定故障点所在实际位置,以便于立即进行检修。精测定点方法主要有声测定点法、音频感应定点法、时差定点法以及跨步电压定点法等。
四 低压脉冲法电缆故障自动定位原理与实现
1 低压脉冲反射法工作原理
1.1、 应用范围
低压脉冲反射法(以下简称低压脉冲法)用于测量电缆的低阻、短路与断路故障。低压脉冲法还可用于测量电缆的长度、电磁波在电缆中的传播速度，还可用于区分电缆的中间头、T型接头与终端头等。
1.2、工作原理
测试时向电缆注入一低压脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点，如短路点、故障点、中间接头等，脉冲产生反射，回送到测量点被仪器记录下来。
1.3、 发射脉冲的选择
（1) 脉冲的形状
电缆故障测量仪器使用的电压脉冲一般有矩形、指数、钟形等。由于矩形脉冲形成比较容易，故应用的比较多。
（2) 脉冲的宽度
脉冲总有一定的时间宽度，假定为τ，则在τ时刻以内到来的反射脉冲与发射脉冲相重迭，无法区分出来，因此就不能测出故障点距离，出现了盲区。假设脉冲发射宽度是0.5 s，电缆波速度是160m / s，其测量盲区就是40米，仪器发送脉冲愈宽，测量盲区愈大。从减小盲区的角度看，发送脉冲宽度窄一些好，但脉冲愈窄，它所包含的高频成分愈丰富，而线路高频损耗大，使反射脉冲幅值过小，畸变严重，影响远距离故障的测量效果。为解决这一问题，脉冲反射仪器把脉冲宽度分成几个范围，根据测量距离的远近来选择脉冲宽度，测量距离愈远，脉冲愈宽。
2 低压脉冲法的自动测量
上述论述表明低压脉冲反射法具有操作简单、故障信号的波形直观、对电缆线路技术资料的依赖性小等优点,并可测试电缆的全长和行波在电缆中的传播速度。但实际中由于线芯绝缘介质损耗引起的行波信号衰减,中间接头等的反射和其他干扰等因素,直接实现自动测量较困难,一般是依靠操作人员确定放电脉冲和反射脉冲的起始点。具体的方法是在测距仪器的显示屏上将故障信号的波形调整到合适的大小,再把光标分别移动到放电脉冲和反射脉冲的起始点,计算出故障距离。此方法用户用起来常感不方便且定位精度与使用者的经验有关。为此本文开发了相关电路及软件 ,实现了低压脉冲法的自动测量.
本文采用桥式全整流电路将发射波和反射波整形为正波,然后使用555定时器组成的施密特触发器，并加以改进，将发射波和反射波整形为正矩形脉冲。
结论
本文以电力电缆故障低压脉冲反射法为研究对象,主要完成了以下几方面内容:
一、本文首先介绍了电力电缆故障测距定位的方法。介绍电力电缆故障原因,性质,分类及探测步骤的基础上,分析了目前现场广泛采用的电缆故障测距的实用性方法,重点介绍了低压脉冲反射法的工作原理及相关内容。
二、提出了一种用于低压脉冲反射法测量电力电缆故障的自动定位方法,采用软件抗干扰方法处理故障波形,该方法将故障反射波整形为矩形脉冲,利用相关函数,对信号进行相关处理,消除其他各种千扰的影响,能自动计算电缆故障距离,自动判断电缆的低阻短路故障和开路故障。
参考文献
[1]任艳霞.电力电缆故障诊断与监测[D].北京交通大学，2007.
[2]白春涛,电力电缆故障低压脉冲自动测距方法研究[D].郑州大学，2007.
[3]张志恒，数字电子技术基础[M]，北京：中国电力出版社，2011.
论文作者:张云飞,李巧娟
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/4
标签：故障论文; 脉冲论文; 电缆论文; 反射论文; 低压论文; 电力电缆论文; 测量论文; 《电力设备》2016年第7期论文;