配电电缆故障诊断方法研究

(整期优先)网络出版时间:2022-12-18
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配电电缆故障诊断方法研究

刘泽金,王云,付兵,何成凡

国网成都供电公司

四川省 成都市 610000

摘要:电缆作为配电网中的重要组成部分,直接关系到配电网的运行。然而对于一些配电电缆来说,运行环境较为恶劣、电缆自身存在缺陷,使用时间较长等,使得电缆出现各种故障,影响电缆的正常使用,不利于配电网的运行。所以,为了提升整个配电网的运行质量,必须采取科学、合理的方式对电缆故障予以诊断。基于此,本文通过对配电电缆故障的简单介绍,进而阐述了一种电缆故障诊断方法,为确保电缆及配电网稳定运行提供支持。

关键词:配电网;电缆故障;故障诊断

引言:随着现代配电网规模得越来越大,使得电缆出现故障的几率越来越高,不仅影响用户对电力能源的正常使用,而且还会造成较大的经济损失,不利于现代社会的发展。所以,当电缆出现故障后,应根据故障的具体表现,结合相应的方法对电缆进行诊断,以查明故障的位置与原因,及时将故障解决,以防止故障造成较大的经济损失。

1 配电电缆故障概述

1.1常见故障

配电电缆的故障有很多,可将其划分成6大类型,分别为:(1)低阻故障,线缆绝缘层破损,使线缆与大地接触,通过兆欧表检测时,测量结果在波阻抗的1/10;(2)开路故障,线芯连续损伤,在电缆内部出现断线,同时在绝缘层处,也出现了一定的损伤,通过兆欧表测量时,可显示出无穷大的结果,而在直流耐压测试时,可发生电击穿的问题;(3)高阻故障,绝缘层出现破损,直接与大地相连,且通过兆欧表测量时,结果超过波阻抗的10倍;(4)闪络故障,高压保护时,电缆突然被击穿,在该电压水平下,又可对电压保护的故障。通过兆欧表测量时,可得到无穷大的结果;(5)击穿故障,指的是电缆运行时,在直流电压的作用下,使其绝缘层被击穿破坏;(6)运行故障,指的是电厂运行时,电缆馈出线、电机、变压器的电缆引线,其高压二次回路出现波动或发现接地信号,排除其他电力元件故障可能性而确定的电缆故障。相对于其他类型故障来说,该类型故障无明确特点[1]

1.2故障原因

现代配网线缆主要有两种类型,且两种线缆故障略有差异,其中,在架空线路方面,出现故障的几率较高一些,且以瞬时故障为主,在重新合闸后,基本可将大部分故障解决;在电缆线路方面,出现故障的几率较低,但绝大多数故障都是非常严重,只要出现故障,通常为永久性的,需要较长的时间修复,对配电网运行的危害性较高。针对电缆故障机理的不同,可诱因划分成3种类型,具体为:(1)材料质量。电缆由线芯、绝缘层构成,在对其制作时,由于管控不严格,操作不符合规定要求,导致电缆的质量较低,如电缆内部出现气隙,绝缘层的绝缘性不达标,防水性能较差等,均会使电缆在使用时增加故障发生率。(2)外力因素。电缆铺设时,由于切割过度,在电缆表面留下较深的刀痕;施工人员未能严格按照规定施工,或是电缆周边存在尖锐物体,直接造成线缆外层被破坏;线缆受到各种因素而出现细小的划痕,但施工时未能及时发现,随着电缆应用时间的不断增加,裂缝宽度会不断加大,从而诱发各种故障[2]。(3)环境因素。现代电缆通常位于地下,周边环境较为恶劣,温度较高,湿度较大,价值电缆需要长时间运行,使得电缆外层腐蚀速度较快,在运行一段时间后,很容易出现故障。

2 配电电缆故障诊断方法分析

2.1常用诊断方法介绍

随着现代电力事业及科学技术的快速发展,逐渐出现了越来越多更加先进的电缆故障诊断方法,常见的主要有以下几种:(1)零电位法,又称之为点位比较法,常用于较短的电路当中,测量方法较为简单,无需使用高精密仪器设备,也无需大量的计算。但得到的结果精确性并不是很高,电缆较长时故障位置的判断难度较大。(2)电桥法,在电缆的两端,分别与双臂电桥相连,有电桥测量电缆的电阻值,之后以此为基础,测量电缆的长度,通过两个测量结果比值的计算,预测出故障所处位置。但该方法电路较复杂,对操作要求高,容易受到人员因素的影响而降低诊断结果准确性。(3)电容电流法,电缆运行时,线芯间及线芯与大地间存在一定的电容,且电容均匀分布,根据这一原理,即可判断电缆的故障位置,判断结果非常精确,但该方法操作较为复杂,对人员的要求较高,若人员操作失误,将会严重影响诊断结果的准确性[3]。为此,本文提出了一种全新的电缆故障诊断方法,以提升诊断结果准精确性,降低诊断时间,为整个配电网更好地运行提供支持。

2.2诊断设备结构概述

本文提出的电缆诊断方法当中,主要由如图1所示诊断设备直接检测。该诊断设备内,共由六大系统构成,分别为:(1)控制系统,根据电缆故障检测的需求,自动对切换装置予以控制,以此控制其他各系统的运行。(2)交互系统,设备操作之前,故障诊断人员根据工作需求,录入相应的参数与指令,并将其传输给控制系统。该系统内,主要包括按键、显示屏等构件组成,在参数录入时,通过按键对数值加减,并利用显示屏将录入信息展示出来,操作人员根据显示屏信息的观察,确定参数是否准确,参数无误后,点击确定按键即可。(3)采集系统,在控制系统的驱动下,自动采集电缆相关数据信息,并在得到数据信息后,通过一定的转换,将其传输给控制系统,控制系统通过采集数据的分析,判断出电缆的基本情况,同时将这一信息传输给交互系统。(4)输出系统,向电缆故障相与参考相电缆线芯组成的回路传输恒定直流电流I。(5)高压产生系统,向电缆故障相内加载高压信号U

1。(6)切换系统。根据控制系统传输的质量,控制直流电流信号与高压信号的传输,

图1 电缆故障诊断设备结构图

2.3故障诊断流程

通过该设备对电缆故障诊断时,主要的判断原理为电缆线芯导体电阻与线芯的距离成正比,由故障相初始点开始,测量出电缆的电阻值,之后以此为基础,通过相应的公式进行计算,推导出线芯的电阻比例系数,即可直接推断出故障位置与初始点间的距离,从而完成整个诊断工作,具体如图2所示。

图2 电缆故障诊断原理图

(1)驱动输出系统运行,使其想电缆故障相与参考相组成的回路传输恒定直流电流I,在该电流的作用下,会使电缆出现相间电压U24

(2)驱动高压生产系统运行,在故障相上,加载已知的高压信号U1,在该高压的作用下,故障相会出现泄漏电流I1

(3)根据检测工作的需求,操作人员利用交互系统,设定相应的参数与指令,以此驱动切换系统的运行,使其控制电流与电压信号的传输;

(4)采集系统对电缆运行信息进行采集,并将其转换成数字信号后,传输到控制系统,有控制系统予以计算分析,推导出相应结果后,传输到交互模块,将电缆信息展示出来;

(5)通过下述公式,推导出线芯的电阻值:

    (1);

(6)在参考相的起始点4与故障相起始点2位置处,对电缆电压U24进行测量。有物理学知识可知,在两点之间,存在相同的电位,由此能够确定U24=U45

(7)在得到上述两个结果后,利用公式R45=U45/I1,即可推导出4—5两点间的线芯电阻值,进而判断出故障的发生点。

总结:综上所述,电路故障的类型、诱发因素有很多,对整个配电网的运行具有较大干扰。所以,为了保证整个配电网安全、稳定地运行,应注重配电电缆的管理,采用高质量的电缆材料,注重电缆铺设施工及后期维护管理,同时当电缆出现故障后,还用立即采取有效的方式予以诊断,以第一时间对电缆故障进行处理。

参考文献:

[1]赵书静,龚梁涛,詹博博,等.基于FMCW的10 kV配电电缆故障定位及类型识别方法[J].中国电机工程学报,2022,15(07):1-12

[2]郭秀才,刘冰冰,王力立.基于小波包和CS-BP神经网络的矿用电力电缆故障诊断[J].计算机应用与软件,2021,38(09):105-110.

[3]杨天宇,杨洋,凌立勇,等.基于大数据技术的高压电缆线路故障诊断及精益化管理系统[J].电力与能源,2019,40(06):697-699+714.

作者简介:刘泽金(1987、05-),男,国网成都供电公司,主要从事配网运检工作。