电力电缆故障测试方法

电力电缆故障测试方法（精选11篇）

电力电缆故障测试方法 第1篇

一旦电缆绝缘被破坏产生故障、造成供电中断后, 测试人员一般需要选择合适的测试方法和合适的测试仪器, 按照一定的测试步骤来寻找故障点。

电力电缆故障查找一般分故障性质诊断、故障测距、故障定点三个步骤进行。

(1) 故障性质诊断。就是对电缆的故障情况初步了解和分析的过程, 然后根据故障电缆绝缘电阻的大小对故障性质进行分类。

(2) 故障测距。根据不同的故障性质选用不同的测距方法粗测故障距离。

(3) 故障定点。依据粗测所得的故障距离进行精确故障定点, 在精确定点时也需根据故障类型的不同, 选用合适的定点方法。例如:对比较短的电缆 (几十米以内) 也可以不测距而直接定点;但对长电缆来说, 如果漫无目的地定点, 将会延长故障修复时间, 影响供电质量。

2 故障性质诊断

2.1 电缆线路故障性质的分类

(1) 接地故障。电缆一芯或数芯接地故障, 称为接地故障。当电缆绝缘由于各种原因被击穿后, 通常发生此类故障。

接地故障又可分为低阻接地故障和高阻接地故障。不同仪器对高、低阻故障的划分有所不同, 一般接地电阻在50 kΩ以下者为低阻接地故障, 以上者为高阻接地故障。

(2) 短路故障。电缆二芯或三芯短路故障, 称为短路故障。通常也是由于电缆绝缘被击穿而引起。

短路故障也可以分为低阻短路故障和高阻短路故障。其划分原则与接地故障相同。

(3) 断线故障。电缆芯中一芯或数芯断开, 称为断线故障。通常是由于电缆线芯被短路电流烧断或在外力破坏时断开。

按其故障点断线电阻大小, 以1 MΩ为分界点, 也可分为低阻和高阻断线故障。实际应用中, 故障电缆的电阻较易测量, 用电阻的大小判断故障是低阻还是高阻就显得较为方便。

(4) 闪络性故障。试验电压升至某值时, 监视泄漏电流的电流表指示值突然升高, 电压下降时, 此现象消失, 绝缘又恢复正常, 此为闪络性故障。

这类故障大多发生于电缆线路运行前的电气试验中, 并大多出现于电缆接头和终端内。

(5) 混合故障。同时具有上述两种或两种以上的故障称为混合故障。

2.2 电缆线路故障性质的判别

电缆运行时故障性质比较复杂, 除发生接地或短路故障外, 还有断线故障。因此, 在测试时还应做电缆导体连接性的检查, 以确定是否发生断线故障。

确定电缆故障的性质时, 一般应用1 000 V或2 500 V兆欧表及万用表进行测量并做好记录。

(1) 首先在电缆任意一端用兆欧表测量L1相对地、L2相对地及L3相对地的绝缘电阻值, 测量时另外两相不接地, 以判断是否为接地故障。

(2) 测量各相间绝缘电阻。分别测量L1相与L2相、L2相与L3相、L3相与L1相的绝缘电阻, 以判断有无相间短路故障。

(3) 如果电阻很低, 则用万用表测量各相对地的绝缘电阻和各相间的绝缘电阻。

(4) 由于运行故障有发生断线故障的可能, 所以还应做电缆导体连续性是否完好的检查:在一端将三相短路 (不接地) , 到另一端用万用表测量各相间是否完全通路, 相间电阻是否完全一致。

例如发生L1相与L2相及L2相与L3相间不通, 而L1相与L3相通路, 则可判断为L2相断线。当发现三相都不通时, 则有可能发生两相断线或三相断线, 必要时可利用接地极作回路以检查是否三相均断线。

当用万用表检查发现三相之间的电阻不一致时, 应用电桥测量各相间电阻、检查有无低阻断线故障。

(5) 分相屏蔽型电缆 (如交联聚乙烯电缆和分相铅包电缆) , 一般均为单相接地故障, 应分别测量每相对地的绝缘电阻。

当发生两相短路故障时, 一般可按两个接地故障考虑, 在实际运行中也常发生在不同位置的两点同时发生接地的相间短路故障。

3 故障测距

电缆线路发生故障大多为单相接地故障, 其次为断线故障。目前多采用电缆故障测试仪测试的方法进行故障测距。

3.1 电缆故障测试仪低压脉冲电压法测距工作原理

在电缆一端通过电缆故障测试仪向电缆中输入脉冲电压信号, 电压行波信号以一定速度沿电缆线路向前传输, 当遇到故障点时, 就会产生反射, 并返回到测量仪器。当电缆线路发生短路故障时电压行波将产生负的全反射;当电缆线路发生断线故障时电压行波将产生正的全反射。通过检测反射信号和发射信号的时间差, 就可以判断出故障距离。

该方法具有操作简单、测试精度高等优点, 主要用于对断线、低阻接地故障进行测试, 但不能测试高阻接地故障, 而高压电缆中高阻故障较多。

3.2 二次脉冲法

高压电缆线路中接地故障多为高阻接地, 其接地电阻往往有几万欧姆甚至更高, 测试高阻接地故障需用二次脉冲法。

二次脉冲法是近几年来出现的比较先进的一种测试方法, 是基于低压脉冲波形容易分析、测试精度高的基础上开发出的一种新的测距方法。

基本原理:通过高压发生器给存在高阻或闪络性故障的电缆施加高压脉冲, 使故障点出现弧光放电。

由于弧光电阻很小, 在燃弧期间原本高阻或闪络性的故障就变成了低阻短路故障。此时, 通过耦合装置向故障电缆中注入一个低压脉冲信号, 记录下此时的低压脉冲反射波形 (称为带电弧波形) , 即可明显地观察到故障点的低阻反射脉冲。

在故障电弧熄灭后, 再向故障电缆中注入一个低压脉冲信号, 记录下此时的低压脉冲反射波形 (称为无电弧波形) , 此时因故障电阻恢复为高阻, 低压脉冲信号在故障点没有反射或反射很小。

对带电弧波形和无电弧波形进行比较, 两个波形在相应的故障点位置上将会明显不同, 波形的明显分歧点离测试端的距离就是故障距离。

4 故障定点

对于长电缆, 按上述故障测距的方法探测故障点的位置一般总会有一定误差。为了更准确地测出故障点, 减少开挖处理电缆的工作量, 多采用声测法进行定点。

该方法是对故障电缆施加高压脉冲, 使故障点放电, 通过听故障点放电的声音来找出故障点。声测法是目前电缆故障测试中应用最广泛最有效而又最简便的一种方法, 95%的电缆故障可依此法进行定点, 但它不适用于接地电阻特别低 (小于50Ω) 的情况, 对其余情况很少发生误判断。

路灯电缆故障测试仪简述 第2篇

路灯电缆故障测试仪简述

路灯电缆故障测试仪由电缆故障测试仪主机、电缆故障定位仪、电缆路径仪三个主要部分组成。电缆故障测试仪主机用于测量电缆故障故障性质，被测电缆全长及电缆故障点距测试端的大致位置。电缆故障定点仪是在电缆故障测试仪主机确定电缆故障点的大致位置的基础上来确定电缆故障点的精确位置。而对于未知走向的埋地电缆，则需使用电缆路径仪来确定地下电缆的走向。若已知地下电缆的具体走向，可不使用电缆路径仪。HC电缆故障测试仪主机可与笔记本电脑直接相连，便于管理与操作。HC整套电缆故障测试仪器配合使用可以快速准确地找到各种电缆的故障点，适用于广大厂矿企业、冶金、石化系统、电厂、机场、铁路和供电等部门。HC电缆故障综合测试仪广泛应用于35KV以下各种不同截面的铝芯、铜芯电力电缆、高频同轴电缆及市话电缆的低阻、短路、开路及各种高阻故障的探测，是保障安全供电的必备设备和电缆生产、维护工作者的得力助手。

一、电缆故障测试仪（主机）

可测的电缆故障类型：

各种截面的铝芯或铜芯电力电缆、同轴电缆、及其他类型电缆的：闪络性电缆故障或电阻值极高的故障；封闭性电缆故障或一般高阻的故障；电缆的低阻故障、短路或开路故障；电缆长度和电波在电缆中的传播速度。

规格及参数

可测电缆的电压等级： 35KV 以下； 最大测试距离： 15Km； 工作极限误差： ±3%；

使用环境温度：-10～40℃； 使用环境湿度： 45～75 %； 工 作 电 源： 可充电电池 功 耗： 30W；

外 形 尺 寸： 230*140*270（mm3）； 重 量： 2 kg；

二、电缆故障定位仪

电缆故障定位仪配备了一流的集成电路和放大器。在HC电缆故障定位仪器的声音通道上的过滤装置最大限度地去除干扰噪音，同时增强电弧产生的声 音。液晶显示屏可同时显示声音脉冲和磁脉冲以及故障点距探头测试点的距离。这样通过监听地下声音的变化及显示距离来共同判断故障点。

电力电缆故障测试方法 第3篇

关键词电缆故障;测试信号;小波去噪;算法改进

中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)081-0119-01

由于不经处理的原始测试信号容易畸变,现场测试人员很难通过此信号判断出故障距离。所以,各电缆故障测试仪的厂家在仪器里都有对信号进行处理,使得有用的信号得以保留,无用的信号得以屏蔽,最后得到的波形尽量与典型波形接近,便于测试人员判断。小波分析作为一种新型的时频分析方法,由于其具有良好的时频局部性,并且具有Mallat快速算法,因此受到了越来越多的关注。运用小波进行一维信号消噪处理是小波分析的一个重要应用之一,小波变换可以同时进行时频分析,具有时频局部化和变分辨率特性,因此特别适合于处理非平稳信号。由于信号和噪声的模极大值在小波变换下呈现出的不同的变换趋势,因此小波去噪是基于模极大值原理的。Mallat利用奇异信号和随机噪声在小波变换各尺度空间中模极大值的不同传播特性,提出了基于模极大值的小波消噪方法,该方法经过对模极大值的处理之后,存在一个由模极大值重构小波系数的问题,计算比较复杂。另外一种比较简单的方法是对各个尺度上的小波系数进行重新整定,然后进行小波重构。

1小波消噪方法的改进探讨

1.1软阈值消噪法的基本原理

对于信号f(t)L2(R),如果在t0附近满足

(1)

(k为正常数),则称α是f(t)在t。处的李氏指数,它是表示信号奇异性的一个数字特征。如果信号变化越平滑,李氏指数α就越大。如果信号的李氏指数α>0,则该信号的小波变换系数模极大值随着尺度的增大而增大,如果α<0,则该信号的小波变换系数模极大值随着尺度的增大而减小。

理论上已经证明:白噪声的李氏指数α<0,它的小波变换系数模极大值随着尺度的增大而减小,而阶跃信号的李氏指数α=0,它的小波变换系数模极大值不变。反射波的上升沿或下降沿部分与阶跃信号的跳跃部分基本相同,且受电缆衰减的影响,其陡度有所降低,李氏指数α>0,小波变换系数模极大值随着尺度的增大而增大。小波系数经过这样处理后就可以认为经过处理的小波系数是由信号引起的,对处理后的小波进行重构就可以得到消噪后的信号,具体过程如下:

1)对含有噪声的信号进行二进小波分解,得到各尺度的小波系数;

2)取,对小波系数进行如下处理:

3)经过处理后的系数进行重构得到去噪声后的信号。

1.2改进后的软阈值消噪法

传统的软阈值消噪法中的阈值λ是固定不变的,这种消噪方法计算比较简单,是一种相对粗略的消噪方法。但是我们知道,随着尺度的增加,白噪声的小波系数极大值逐渐减少,而有用信号的小波变换系数的极大值随着尺度增大而增大,原来软阈值法没有很好的利用这一规律。可以想象如果所设定的软阈值系数λ能够随着分解尺度等增加而逐渐减小,可以使得噪声信号衰减很多,而有用信号则得到更大地保留。根据电联测距信号与噪声信号的不同点,采用了改进的软阈值消噪法,结果表明可以有效的消除噪声信号,信噪比大大提高。

由于采用200MHz的采样频率采集信号,样本信号在第一尺度上的高频分量绝大部分是噪声。因此,强制把保留信号的第一制度上的小波变化系数估计值置零。

假定噪声幅值的分布符合正态分布,选用式(3)来估计噪声在第一尺度上的小波变换系数模极大值λt(若保证噪声幅值绝对值大于λt的概率小于0.1%,K取3.3)。由于噪声的小波变化系数随着尺度的增大而缓慢变小,利用式(4)估计噪声在尺度j2上的小波变化系数模极大值λj,然后利用式(5)计算保留信号的小波变化系数估计值,最后根据重构保留信号。

2结语

小波消噪对非平稳信号的噪声消除具有无可比拟的优点。在实际工程应用中,所分析的信号可能包含许多尖峰或突变部分,且噪声不是平稳的白噪声,对这种信号进行分析处理,首先要做预处理,将噪声去除,提取有用信号。对于这种信号的消噪,传统的Fourior分析显得无能为力。因为Fourior分析是将信号变换到频域中进行分析,不能给出信号在某个时间点的变化情况,因此信号在时轴上的任一突变都会影响信号的整个频谱。而小波分析由于能同时在时频域中对信号进行分析,所以他能有效区别信号中的突变部分和噪声,从而实现非平稳信号的消噪。利用小波分析理论的优势,根据噪声信号和真实信号在不同小波分解尺度上的传播特性,提出了利用改进的软阈值消噪方法对测距信号进行消噪处理,结果表明,该方法可以有效地消除白噪声信号的干扰,为故障测距提供良好的条件,该方法也可以应用于其它领域一维信号的消噪。利用数学的方法对现有的电缆故障测距仪进行升级改造是以后测距仪的一个发展方向。

参考文献

[1]张晖.电缆故障探测的发展[J].湖北电力,2006,30(4).

电力电缆故障测试方法 第4篇

电缆主要是由导线绞合而成的, 通常为绳索状, 不同组别的导线之间是彼此绝缘的, 共同围绕中心部位扭制而成, 最后在外面覆盖绝缘层。电力电缆的作用在于传输并分配电能, 在10k V的配电线路中, 电力系统的电缆路线往往会面临电缆故障等问题, 必须具备有效的查找定位方法, 才能够及时找到故障位置并采取处理措施, 因而至关重要。

2 10k V电力电缆故障的查找方法

电力电缆的故障查找方法包括电桥法、低压脉冲发射法、高压闪络法等。

(1) 电桥法适合处理10k V电缆中的短路故障、低阻故障, 外护套故障。首先在电缆一端短接故障相电缆和完好相电缆, 在另一端使用仪器测量, 先进行故障点粗测定位, 然后利用故障点两侧的电缆线芯电阻与比例电阻构成Whitestone/Murray电桥, 实现对故障点的精确定位。

(2) 低压脉冲反射法运用原理, 主要是根据传输线存在的电波发射现象, 集合故障位置反射脉冲与发射脉冲两者的时间差, 实现对故障点的定位。因此, 该方法适用于处理电缆故障中的低阻或开路问题, 该方法试验简单, 无需掌握线路的原始资料, 且操作安全、简便。

(3) 高压闪络法, 可分为直流高压闪络法、冲击高压闪络法两种。直流高压闪络测试法更加适用于测量闪络故障、高阻故障;而冲击高压闪络测试法则更加适用于大部分闪络故障, 断路和低阻、短路性故障的处理。这两种方法的操作都简单安全, 但是不宜使用较高的电流。

3 10k V电缆故障的定位方法

3.1 测量电缆长度

查找10k V电缆故障的第一步是测量相关电缆线路的长度, 首先在测量前要去除电缆线路两端的接头并悬空, 要注意测量仪器的良好性能和信号;接着利用低压脉冲法测量出现故障的电缆线路的长度, 并与正常运行时电缆线路长度相比较。

3.2 预估定位

运用电缆故障电源配合, 对电缆的故障点进行初步的定位, 原理是利用定位电源, 对故障点施以高压脉冲电流, 通过电流经过故障点时产生的放电声, 初步确定故障点所处的区域范围。在停止施加高压电流之后, 再打开相应的电缆沟板, 即会在电缆的某一段中, 发现存在破损的保护层, 进而得以初步判断该处为电缆的故障点。

3.3 电缆故障的精确定位

电缆故障点的定位越来越精确化, 需要在实践中运用理论知识, 敏锐地抓住电缆测量过程中变形和突变的问题, 从而准确并且及时地为电缆故障做出定位。电缆故障定位流程见图1。

3.3.1 声波法

如果是高阻性电缆故障的定位, 可采用声波法进行寻找, 使用高压脉冲发生器, 对故障电缆进行放电, 故障点即会产生电弧, 同时出现放电声音, 如果电缆为直埋的情况, 则会产生地震波, 定点仪声测探头拣拾地震波信号, 同时在放大后可以通过耳机、表头等输出。地震波通过电缆的故障点传至地面, 在约2m的半径范围之外即会很快衰减, 通常以4m距离为标准, 运用定点仪监听一次地震波。若监听到地震波, 则说明故障点处于2m范围内, 从而找到声音信号的最大点, 即为精确的故障点位置。

3.3.2 多次脉冲法

所谓的多次脉冲法, 是指以高压脉冲法为基础, 利用高压脉冲的复杂波形, 变为最简单容易掌握的低压脉冲法短路故障测试波形, 从而快速、准确地测得故障位置。通过足够高的电压冲击, 故障点在遭受电弧击穿短路并延弧的同时, 会发送一个或多个低压测试脉冲, 在短路点即会得到一个短路反射回波, 且该反射回波极性, 与发射脉冲极性是相反的。在故障点的短路电弧熄灭之后, 会再发射一个低压测试脉冲, 用以测得电缆开路全厂波形。前后两次所采集的波形, 将能够同时显示于一个屏面上, 进行自动靠拢、对齐和叠加, 根据其极性差异, 即可定位故障距离, 故障点前的两个测试波形若重合良好, 则一旦越过故障点, 两个波形就产生明显离散, 不再重合。两条曲线的离散点就是故障点距测试端的距离。

3.3.3 电容电流测定法

电容电流测定法, 则是依据电缆在运行过程中, 芯线之间、芯线对地等, 存在的均匀分布电容特征, 根据电容量和电缆长度之间所呈现的线性比例等, 得出电缆始末两端的电容电流, 然后根据比例关系, 即可计算出故障点的确切位置。例如, 假设所使用的设备是一台1~2k VA单相调压器, 一只0~30V, 0.5级的交流电压表, 一只0~100m A, 0.5级的交流毫安表。①向电缆每相的芯线施以相同电压, 在电缆的首端分别测出每相芯线的电容电流:Ia, Ib, Ic。②在电缆末端, 测量每相芯线电容电流:Ia′, Ib′, Ic′。③根据电容量的计算公式:C=I/2nf U, 通过计算可知, 若电压U、频率f不变, 则C与I成正比关系, 电容电流之比即是电容量之比。若电缆全长是L, 芯线断线点的距离是X, 则:Ia/Ic=L/X, X= (Ic/Ia) L0, 由此计算得出电缆芯线断线点的距离。

3.3.4 电缆故障定点的新方法

(1) 人工神经网络 (ANN)

人工神经网络的优势在于具备良好的容错性、自组织性与自适应性, 属于智能系统。因为该系统具有很强的学习、记忆与识别能力, 被广泛应用于电缆故障的测距中, 以计算机网络系统来模拟生物的神经网络, 从而避免使用复杂的数学模型来描述各种映射关系, 得以更加便捷地找到故障点。

(2) GPS行波故障定位

在测试电缆故障距离的过程中, 可运用全球定位系统 (GPS) , 利用故障浪涌至电缆两端的时间差, 判断故障点的位置, 通过GPS行波在电缆故障中的应用, 将故障测距技术向前推进了一大步。

(3) 分布式光纤温度传感器

分布式光纤温度传感器设备较为复杂, 且成本也相对较高, 因此通常被用于一些重要电缆的故障测距作业中, 其工作原理主要是通过故障点周围环境温度的变化, 来检测电缆的正常运行, 从而判定故障点的位置。

4 10k V电缆故障查找定位与处理实例分析

4.1 故障概况

2016年5月1日晚19:25分, 10k V天一线出现接地故障, 经石门线路班进行巡线采取故障隔离后, 发现10k V天壹线出线间隔至天壹线1#分支箱之间高压电缆故障。

石门公司进行绝缘试验发现电缆A相绝缘电阻为零, 电缆长度约1100m, 型号YJV22-300, 因电缆为直埋, 路面硬化, 开挖工作难度太大, 现无法确认故障点。石门公司请检修公司配电室给与支持, 派专业人员前来检测。

4.2 故障查找步骤

(1) 将故障电缆两端解头。

(2) 进行外观检查:电缆外观是否破损情况。

(3) 根据电阻值初步判断故障类型:高阻故障 (200Ω以上) 、低阻故障 (200Ω以下) 。

(4) 将故障电缆两端解头, 三相悬空。

(5) 用绝缘电阻测试仪在故障电缆一端, 对故障电缆三相分别进行绝缘测试, 另一端悬空。测试结果为:A-BCE:0, B-ACE:15S:, 30.05GΩ, 60S:40.4GΩC-ABE:15S:9.2GΩ, 60S:10.2GΩ用万用表测量相间绝缘电阻, 测量结果为A-地:1.8ΩB-地:0C-地:0。

4.3 查找定位

属于低阻故障, 应采用弧反射法进行故障查找。用T30-E脉冲反射仪测电缆全长为1180m。用弧反射法打出故障波形, 显示故障点在568m处。用轮式测距仪推到568m处, 结合T16定点仪听故障点, 最后在535m处找到故障点, 数据降到0.6, 由此判定故障点就在下方。用挖掘机挖开水泥路面2m深发现故障点就在此处。

事故原因是由于钢筋击穿电缆的损伤, 对于低阻故障采用弧反射法查找效果明显。

4.4 电力电缆故障的排除方法

若发生故障的电力电缆故障点电阻无穷大, 使用低压脉冲探测法能够准确迅速的找到断路位置。单纯的断路在电缆故障中比较少见, 通常断路故障为相对地或相间高阻故障或者相对地或相间低阻故障并存。

低压脉冲测量电缆故障点的电阻为零的情况, 能够准确找到短路故障。测量出的故障点电阻在0~100Ω为低电阻引发的电缆导电性能下降故障。

对于电缆结合部位应该采用高压冲闪测量, 故障点电阻较大。一般情况下, 如果测试电流超过了15m A, 则测试波形存在重复性, 能够相重叠, 同时, 如果一个波形有一个发射、三个反射、且脉冲幅度逐渐减弱, 则所测的距离是故障点与电缆测试端之间的距离, 否则即为故障点到电缆测试对端的距离。

5 结语

对于10k V电缆故障的查找、精确定位等, 对于电缆故障的检修而言是关键环节, 掌握必要的电缆故障查找方法非常重要。在电缆发生故障时, 应当能够灵活运用这些方法, 以便及时确定电缆故障点, 高效解决故障问题, 保证电网运行的安全性与可靠性。

参考文献

[1]周辉, 汪志刚, 袁晟.电力电缆故障测寻仪的使用[J].大众用电, 2014 (3) :62~63.

[2]王军, 周伟民, 段发强, 等.电力电缆故障分析及探测技术研究[J].智富时代, 2015 (5) :34~35.

电缆故障点查找方法 第5篇

【关键词】电缆；电缆故障；接地；短路

0.前言

唐山不锈钢有限责任公司作为一个国有股份制冶金企业，拥有110kv变电站3座、35kv变电站2座、高压配电室26个，变压器130余台，为其提供可靠的电力供应，其中高压电缆总长度约10万米，其敷设方式多样，部分电缆因施工、运行等原因，时常发生短路和接地性短路故障，因此迅速找出电缆故障点，并及时进行处理，对降低事故损失，具有重大意义。通过近几年电缆故障处理，我总结、探索出一套寻找电缆故障点迅速而有效的方法，现介绍如下：

1.电缆故障种类

当运行中的电缆发生故障时，首先判别故障的种类。电缆故障种类大致可以分为三种：接地故障、短路故障、断线故障、断线及接地故障。其故障类型常见的有以下几方面：

①三芯电缆单相或两相接地。

②二相间短路。

③三相间短路。

④单相断线或多相断线。

判别电缆故障性质时，首先采用兆欧表法对故障电缆线路进行判定，测量电缆相间及相与地之间的绝缘电阻，根据阻值判定电缆是否断线、短路、接地等。测量的断线的方法是将电缆两相电缆的一头短接，在电缆另一端进行阻值测量，得出结果。短路及接地故障，是将非检测相接地，然后用高压摇表对检测相进行电阻测量，根据阻值情况，判断电缆是短路故障（一般阻值为零）、低阻故障、还是高阻故障。

2.电缆故障点排查方法

确定好电缆故障类型后，采取相应的排查方法，对故障点进行定位，是电缆故障处理中的关键环节，下面由简到繁介绍几种方法：

2.1感官搜寻法

当运行中的电缆发生故障造成断路器报警动作后，先用兆欧表测量判断电缆故障类型，电缆遥测为短路或低阻故障时，表明电缆已经击穿，此类事故暴露较为明显，如果电缆敷设方式及位置便于人员进入观察，且距离不是很長时，可采用感官搜寻法，即采用眼观、手摸、鼻闻等方式进行逐步排查，重点对电缆终端头、中间头部位进行排查。可在较短时间内迅速找到故障点。

2.2分割查找法

分割查找法是将故障电缆线路分段，此方法用于电缆敷设路线较长，中间有串联设备或电缆头采用高压插头连接方式的场合，可以起到缩小排查范围，减小排查难度的作用。

2.3电桥法

电桥法就是双臂电桥测出电缆芯线的直流电阻值，再准确测量电缆实际长度，按照电缆长度与电阻的正比例关系，计算的故障点。用电桥法测寻单相或两相低阻接地故障，原理接线如图一所示。在三相电缆中，将一相绝缘损坏的缆芯和另一相完好的缆芯，两者的一端以跨接线相连，将两者的另一端与电源的两级相接，若已知电缆的长度为L电缆的全部缆芯的截面和材料都相同，则当电桥平衡时，有如下关系：

R1/R2=(2L-X)/X (1)

X=2LR/(R1+R2) (2)

如果将已损坏的缆芯也完好的缆芯在电桥上的位置互相调换，当电桥平衡时，有如下关系：

图1　用电桥法测量但想地租接地故障接线图

采用电桥法时应保证测量精度，电桥连接线要尽量短，经径要足够大，与电缆芯线连接要采用压接或焊搂，计算过程中小数位要全部保留。

2.4测声法

所谓测声法就是根据故障电缆放电的声音进行查找，该方法对于高压电缆芯线对绝缘层闪络放电较为有效。当电容器C充电到一定电压值时，球间隙对电缆故障芯线放电，在故障处电缆芯线对绝缘层放电产生"滋、滋"的火花放电声，再在杂噪声音最小的时候，借助耳聋助听器或医用听诊器等音频放大设备进行查找。查找时，将拾音器贴近地面，沿电缆走向慢慢移动，当听到"滋、滋"放电声最大时，该处即为故障点。使用该方法一定要注意安全，在试验设备端和电缆末端应设专人监视。原理接线如图二所示：

图2　用声测法找故障点接线图

2.5电容电流测定法

电缆在运行中，芯线之间、芯线对地都存在电容，该电容是均匀分布的，电容量与电缆长度呈线性比例关系，电容电流测定法就是根据这一原理进行测定的，对于电缆芯线断线故障的测定非常准确。测量电路如图4所示，使用设备为1～2kVA单相调压器一台，0～30V、0.5级交流电压表一只，0～100mA、0.5级交流毫安表一只。 接线图如图三所示：

图3　电容电流测定电缆故障点接线图

测量步骤：

①首先在电缆首端分别测出每相芯线的电容电流(应保持施加电压相等)Ia、Ib、Ic的数值。

②在电缆的末端再测量每相芯线的电容电流Ia′、Ib′、Ic′的数值，以核对完好芯线与断线芯线的电容之比，初步可判断出断线距离近似点。

③根据电容量计算公式C=1/2πfU可知，在电压U、频率f不变时C与I成正比。因为工频电压的f(频率)不变，测量时只要保证施加电压不变，电容电流之比即为电容量之比。设电缆全长为L，芯线断线点距离为X，则Ia/Ic=L/X，X=(Ic/Ia)L。

测量过程中，只要保证电压不变，电流表读数准确，电缆总长度测量精确，其测定误差比较小。

电缆故障排查的方法还有脉冲测量法烧穿法直流高压闪络测量法冲击高压闪络测量法，但文中提到的方法均为易操作、快捷、准确的几种，所需设备基本为冶金企业一般具备的，所以较为经济适用。

【参考文献】

［１］进网作业电工培训教材．辽宁科学技术出版社，1993．

［２］电气设备安全运行与维修手册．北京机械工业出版社，1999．

浅谈电缆故障测试仪使用方法 第6篇

1 电缆故障测试仪的原理

脉冲法测试原理:脉冲法测试即为电缆故障测试仪内部产生一脉冲波, 这一脉冲波加于电缆上, 当脉冲波遇到电缆特性阻抗变化的点, 就会产生一回波信号 (根据传输线原理) , 仪器在电缆的测试端将这两个信号 (发射波和回波) 采集并显示, 根据这两个波的时间差来计算出故障点与测试端的距离。因此这种测试方法不受电缆敷设规则影响, 只与电波在此电缆中的传输速度有关。

2 电缆故障测试步骤

(1) 用万用表、绝缘电阻表或由电缆预试结果判断电缆故障性质。

(2) 将电缆三相端头从母盘上拆掉, 将电缆故障测试仪放在适合操作的位置, 准备好市电220 V插座。将电缆故障测试仪所配双色夹子线置于仪器输入、输出端口, 将电缆地线找出并用刮刀将地线上氧化层刮干净。

(3) 根据电缆故障性质选择合适的测试方法。低阻故障和开路故障最好用脉冲法, 对低阻故障也可以采用闪络法, 泄漏性高阻故障最好采用闪络法 (冲L法) 。有些泄漏性高阻故障也可以采用直闪法, 但是通常都不这样做。闪络性高阻故障最好采用直闪法, 也可以用两种方法都测一下, 相互比较提高判断的准确性。

(4) 选择工作接地点, 并从所选择的接地点分别引出两条地线, 一条接电缆故障测试仪的接地端, 另一条接高压设备的接地端。

工作地线的选择原则, 是要确保测试相与其构成一闭合回路, 使电缆故障测试仪能够得到正确的测试波形。还应注意的是, 工作地线必须和系统地线连在一起, 使人、电缆故障测试仪接地端、高压设备接地端以及被测电缆接地端四体同位, 以确保人身安全和仪器设备完好。若电缆是相间故障, 工作地线必须是其中一相线, 且作地线的相线必须和系统接地端连在一起。对于无铅套管的电缆, 在进行高压闪络测试时, 绝大多数故障是对大地或空间放电。从理论上讲, 故障相对地或空间也形成一闭合回路, 但实际上回路内的等效阻抗相当大, 从而电缆故障测试仪上也就得不到正确的测试波形。在测试中如果遇到这种情况, 可采取对可疑故障点直接定点的方法来解决。无论什么地线, 其接地点一定要可靠。

(5) 用脉冲法测试电缆全长, 以校准被测电缆的电波传输速度。

(6) 按所选择的测试方法对故障点进行粗测, 若一种测试方法不够理想, 可用其他方法进行比较测试。

(7) 粗测完毕后, 对故障点进行定点。

(8) 测试结束后, 必要时可进行经验总结和误差分析。

电缆故障测试仪可用于测试电缆的低阻 (短路) 与开路故障, 也可用于校准电缆的全长和显示电缆中部分接头的位置。

3 电缆故障测试仪的发展方向

电力电缆故障测试技术研究 第7篇

由于电力电缆具有供电可靠、不占地面和空间、受各种自然灾害影响较小等优点, 使在现代电网供电系统中, 电缆的使用数量急剧上升。与此同时, 电缆的故障几率也随之增加, 这给电力管理部门带来很多困扰, 也给电网的安全运行提出了更大的挑战, 因此迅速准确地判断故障点的位置, 对保证供电线路的及时修复和恢复供电有着重要意义。电缆故障的探测方法取决于故障的性质, 探测工作的第一步就是判明故障的性质。电缆故障的性质可分如下几种。

1) 接地故障, 即一芯或多芯接地。

2) 短路故障, 即两芯或三芯短路。

3) 断线故障, 即一芯或多芯被故障电流烧断或外力破坏断开。

4) 闪络性故障, 即当所加电压达到某一值时, 绝缘被击穿, 而当电压低于某一值时, 绝缘又恢复。

5) 混合故障即同时具有两种和两种以上性质的故障。另外, 高阻与闪络性故障的区分不是绝对的, 它与高压试验设备的容量或试验设备的内阻等因素有关。而在各种建设飞速发展的今天, 外力破坏成为电力电缆故障的主要原因之一。

一般在测定电缆故障类型时, 首先用2 500 V以上兆欧表测量绝缘电阻, 对电缆进行直流耐压试验以鉴定电缆是否有故障。泄露电流可能出现的情况有: (1) 泄露电流变化很大。 (2) 泄露电流值随试验电压的升高而急剧上升。 (3) 泄露电流值随时间延长有上升的现象。

2 电力电缆故障测试方法

探测电缆故障的方法一直是个研究课题, 在国内外已采用不少方法, 各有特点和局限性, 归纳起来有三种:原始的分割探测法;仪器探测法;ECAD法 (即电子性能表征和诊断系统) 。这种系统是用一个PC驱动数据探测系统, 测量各种电气性能和提供时间范畴反射仪 (TDR) 图像。它可以和历史资料相比较, 并且通过TDR容易探测到故障的程度和地点。

电缆故障的探测一般要经过诊断、测距、定点三个步骤。电缆故障的测试一般分为两个过程:即故障电缆故障点距离的测试;故障点定点的测试。故障电缆故障点距离的测试即测距方法有三种:回路电桥平衡法;低压脉冲反射法;闪络法。闪络法又可分为直流高压闪络法和冲击高压闪络法两种。故障点定点的测试方法有感应法和声测法两种。电缆故障类型有多种, 如何根据故障类型采用合理的测寻故障方法并迅速确定电缆故障点, 具有重要意义。在计算机广泛应用的今天, 电缆故障探测技术也面貌一新, 并进行了智能化发展。现就探测电缆故障的主要步骤进行逐一详解。

2.1 测距

电缆故障测距, 又叫粗测, 在电缆的一端使用仪器确定故障距离, 现场上常用的故障测距方法有古典直流电桥法与脉冲法。

2.1.1 直流电桥法

回路电桥平衡法是使用直流电桥对电缆故障进行测距的一种方法, 简称电桥法, 现场人员有把Rf<100 kΩ的故障称为低阻故障的习惯, 主要是因为传统的电桥法可以测量这类故障。电桥法对于短距离电缆故障的测距, 准确度相当高, 因此, 目前还在使用。基于电缆沿线均匀, 电缆长度与缆芯电阻成正比, 并根据惠斯登电桥的原理, 将电缆短路接地、故障点两侧的环线电阻引入直流电桥, 测量其比值。由测得的比值和电缆全长, 可获得测量端到故障点的距离。

使用电桥法对电缆单相接地故障测距原理是先在电缆的另一端, 将电缆的故障相和正常相的电缆导体用不小于电缆截面的导线跨接。然后在一端将故障相的电缆导体接在电桥的另一端子上。使用电桥法对电缆两相短路或两相短路并接地, 故障进行测距时, 需要有一个非故障导体和故障导体一起形成一个环, 当电桥平衡时便可得到故障点的距离。

2.1.2 脉冲法

1) 低压脉冲反射法。低压脉冲反射法探测电缆故障是由仪器的脉冲发生器发出一个脉冲波, 通过引线把脉冲波送到电缆的故障相上, 脉冲波沿电缆的线芯传播, 当传播到故障点时, 由于故障点电缆的波阻发生变化, 因而有一脉冲信号被反射回来, 用示波器在测试端记录下从发送脉冲和反射脉冲之间的时间间隔, 即可算出测试端距故障点的距离。开路与低阻故障可用低压脉冲反射法, 低压脉冲反射法的先进之处在于使现场测得的故障波形得到大大简化, 将复杂的高压冲击闪络波形变成了非常容易判读的类似于低压脉冲法的短路故障波形。降低了对操作人员的技术要求和经验要求, 极大地提高了现场故障的判断准确率, 达到快速准确测试电缆故障的目的。

2) 闪络法。闪络法的基本原理与低压脉冲法相似, 是利用电波在电缆内传播时在故障点产生反射的原理, 记下电波在故障电缆测试端的故障点之间往返一次的时间, 再根据波速来计算电缆故障点位置。据统计, 高阻及闪络性故障约占整个电缆故障总数的90%。高阻故障要用冲击闪络法, 而闪络性故障可用直流闪络法测试。实际现场上是通过试验方法区分高阻与闪络性故障的。

2.2 定点

电缆故障定点, 又叫精测, 即按照故障测距结果, 根据电缆的路径走向, 找出故障点的大体方位来。在一个很小的范围内, 利用放电声测法、感应法或其他方法确定故障点的准确位置。

2.2.1 声测法

声测法是目前电缆故障测试中应用最为广泛而又最简便的一种方法。95%以上的电缆故障都是用此方法进行定点, 很少发生判断错误。

声测法是利用直流高压试验设备向电容器充电、储能, 当电压达到某一数值时, 经过放电间隙向故障线芯放电。由于故障点具有一定的故障电阻, 在电容器放电过程中, 此故障电阻相当于一个放电间隙, 在放电时将产生机械振动。根据粗测时所确定的位置, 用拾音器在故障点附近反复听测, 找到地面振动最大、声音最大处, 即为实际电缆故障点位置。

2.2.2 感应法

当电缆芯通过音频电流时, 其周围产生一个相同频率的交变磁场, 这时, 若在电缆附近放一个线圈, 线圈中因电磁感应而产生一个音频电势, 用音频信号放大器将此信号放大后送入耳机或电表, 则耳机中将出现停电音频信号, 电表也将有所指示。若将线圈沿着电缆线路移动, 则可根据声音和电表指示变化, 来判断电缆故障点的位置。这种方法称之为感应法。其特点是接收器可用一平板与大地作电容耦合, 便于持续地寻找, 较为适用混凝土或沥青路面。目前较少用感应法进行电缆故障的定点, 这主要是它只适应于听测低阻相间短路故障和在特殊情况下听测低阻接地故障。但在电缆故障的测量中, 广泛地作为辅助方法来应用。

近年来, 我国也开发了不少新的电缆故障探测仪, 如KRCL-V型探测仪, 它由测闪仪、路径仪、定点仪组成, 采用单片机高速信号处理技术, 利用脉冲反射原理来探测故障, 用于探测电缆短路, 断路和各种低阻、高阻故障并精确定位其误差精度也很高。

3 结语

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。迅速、准确地确定电力电缆故障点, 能够提高供电可靠性, 减少故障修复费用及停电损失。随着国家城市电网改造工作的开展, 电力电缆数量的增加, 广大供电部门将更加重视电力电缆的故障探测工作。电力电缆故障探测是一项技术性比较强的工作, 测试人员应掌握所使用仪器的工作原理, 并总结一定的工作经验。此外, 要做好电缆故障的探测工作, 除了购买先进的仪器设备以外, 还要做好测试人员的培训工作。

摘要：通过对电力电缆故障性质的分析, 提出了电力电缆故障的几种测试方法, 并在神火机电部进行了实践, 对其效果进行了长期考察对比, 验证该方法的合理性和准确性, 提高了应用电力电缆进行供电的可靠性。

关键词：电桥平衡,感应测试,电缆故障,研究

参考文献

[1]周武仲.电力设备维修诊断与预防性试验[M].北京:中国电力出版社, 2002.

[2]雷雨贵.变电检修[M].北京:中国水利水电出版社, 2006.

[3]耿旭明, 赵泽民.电气运行与检修[M].北京:中国电力出版社, 2004.

低压电缆故障测试技术研究 第8篇

目前, 国内外的研究技术尚未成熟。我国电力电缆较普遍使用是上世纪60年代以后, 等级有限, 使用范围较窄, 当时为解决电缆故障, 科研人员研制生产出了以"冲闪法"为原理的电缆故障测试仪。这种方法对于目前供电企业广泛采用的以交联材料和聚乙烯材料作绝缘材料的电缆故障, 测试效果不是太理想, 原因是打火放电所产生的声音往往很小 (电缆外皮没有损伤, 只是电缆内部放电) 。

1 低压电缆故障排除的现状

在实际工作中, 低压电缆故障只有开路、短路和断路三种情况。并且, 低压电缆在实际使用过程中还有以下特点。

1) 敷设的随意性比较大, 路径不是很明白。

2) 敷设时埋深较浅, 易受外力损伤而出现故障。

3) 电缆一般较短, 几十米到几百米不等。

4) 绝缘强度要求低, 处理故障做接头时, 工艺较简单。

5) 绝大多数电缆在故障点处都有十分明显的烧焦损坏现象。故障点在电缆外皮没有留下痕迹的情况, 十分罕见。

6) 所带负载变化较大, 而且往往相间不平衡, 容易发热, 由此引发的故障多为常见。

2 低压电缆故障排除仪的研究

为解决目前低压电缆故障排除方法的落后现状, 实现低压电缆故障检测自动化, 减轻电力企业工作成本, 进行本低压电缆故障测试仪的研究。研究的低压电缆故障测试仪包括测距仪和定位仪两部分, 测距仪可产生断续正弦波信号, 用于寻测电缆路径, 信号接收器接收路径信号, 查找电缆走向和估测电缆埋设深度, 自动完成电缆故障点的测试, 无须人工分析故障波形, 直接报出故障点距离和故障性质。定位仪是针对直埋低压电缆的埋设路径, 埋深及故障点位置进行同步定位测试的仪器。定位仪采用电磁感应和跨步电压原理设计的低压电缆故障定位系统, 用于故障点的精确定位。故障测试系统与笔记本配合可进行测量控制、数据处理和电缆资料管理。

2.1 确定电缆故障定位流程

2.1.1 判断电缆故障类型

1) 测量绝缘电阻。

2) 进行直流耐压试验。

2.1.2 故障预定位

1) 低压脉冲法。

2) 脉冲电流法。

3) 直流闪络法。

4) 稳定电弧法。

2.2 研究成果

1) 可测试各种电力电缆的各类故障及通信电缆和市话电缆的开路、短路故障。

2) 可测量长度已知的任何电缆中电波传播的速度。

3) 测试距离:不小于40 km。

4) 统误差:小于0.5 m。

5) 测试盲区:小于5 m。

2.3 低压电缆故障测试仪可实现成果

本研究可测试各种电力电缆的各类故障及通信电缆和市话电缆的开路、短路故障。低压电缆故障测试仪集多种测试方法 (低压脉冲法、脉冲电流法、直流闪络法) 集于一身, 相互验证结果, 以确定故障点的唯一性。电缆的路径查找、埋深探测、故障点定位同步完成, 效率高。对故障点的确定, 仪器有直观显示, 不需要作波形分析。不受地下情况 (如电缆的分叉、打捆、接头扭曲等) 影响, 像探地雷一样, 点对点查找故障点, 定位误差在50 cm以内。不受路面情况影响, 如:地砖、绿化带、水泥路面等。测试现场安全, 对测试者没有危险, 对电缆没有二次损坏。

2.4 历史存储功能

对实时数据可以进行历史存储。历史数据对于故障状况分析、故障分布情况、以及生产成本分析非常重要, 所以重要的数据都会进行长期历史保存。低压电缆测试仪连接电脑, 可根据用户企业的需要保存故障数据便于分析利用。

3 结语

项目的研究设计证明, 低压电缆故障测试仪可以解决目前电缆设备在隐蔽运行过程中出现故障, 不易查找故障位置的困难, 能够较精确地定位故障点, 提高设备安全运行可靠性, 减少停电对运行的影响。同时利用数据库原理对电缆资料进行归档管理, 是目前较先进的低压电缆故障测试技术成果, 其便捷性和安全性可大大减少电力企业排除低压电缆故障过程中产生的人力、物力、财力成本, 并进一步推动低压电缆故障检测技术的发展。

摘要：随着电力、能源行业的发展, 各种电缆越来越多地运用到生产生活的各个领域, 电缆设备越来越多, 而且一般都埋入地下, 在运行过程中, 处于隐蔽状态。当电缆发生故障后, 如何快速准确地查找故障点, 尽快恢复供电, 成为供电企业的难题。针对高压电缆和低压电缆产生故障的不同, “低压电缆故障测试技术研究”, 致力于为低压电缆提供一种操作简单, 实用性强, 携带方便, 适合野外操作的工具型测试仪。可以有效解决电缆故障定位问题, 提高设备安全运行可靠性, 减少停电对运行的影响。

电力电缆故障测试方法 第9篇

1 直流高压电阻电桥概述

直流高压电阻电桥测量电缆故障方法的最基本的理论依据之一是公式:, 当电缆的截面积S及导体材料一定时, 电缆的长度与电阻值成反比关系。应用直流高压电阻电桥测量电缆故障时, 主要由以下两部分组成:直流高压电源部分和智能电桥式电缆故障测试仪部分。

2 直流高压电源

直流高压电源由调压控制部分、高压试验变压器、整流硅堆及滤波电容等组成。其中调压控制部分的低压端直接与市电连接, 它的输出端则与高压试验变压器的输入端相连, 高压变压器的输出则直接与整流硅堆相连, 整流硅堆的输出端与大地之间需要并接相应的滤波电容。

3 智能电桥式电缆故障测试仪

由于电桥法操作相对简单, 一些单位和地区一直把电桥法作为测试电缆故障的主要测试方法。但此方法对于主绝缘出现的大部分高阻故障不能很有效地进行测试, 所以我们开发了一种新型的智能直流高压电阻电桥电力电缆故障测试仪。下面, 先简单的介绍下电桥法工作原理 (如下图1所示) 。

3.1 电桥工作原理

如图1所示, 若设电缆长度为Lc, 故障点g到测试端的距离为Lg, 调节R1、R2, 当检流计指示为0时, 电桥达到平衡,

3.2 智能直流高压电阻电桥电力电缆故障测试仪的功能与特点

智能电桥式电缆故障测试仪主要用于各种电压等级电力电缆的主绝缘泄漏性故障的测量, 也可用于架空线缆的泄漏性故障。传统的电阻电桥法是将直流高压输出部分与检测调零部分合在一起, 通过调节仪器面板的相应按扭, 最后计算出故障点到任意一个测试端的距离。由于受仪器本身灵敏度的影响, 并考虑到操作人员的安全问题, 通常直流高电压输出最大值有限, 因此可知测试故障电阻不超过几十KΩ。而我们现在新开发的智能直流高压电阻电桥电力电缆故障测试仪就弥补了这种传统电桥的缺陷, 采用高压处理工艺以及先进的电子技术一体化结构, 采用自动测量方法, 使操作变得简单方便。它将直流高压输出部分与检测调零部分分开, 并且通过红外遥控操作, 同时使用高精度的数字采集, 不但保证了操作人员的安全可靠也使测量结果更加准确, 也大大提高了测试故障阻值范围, 解决了主绝缘出现的大部分高阻故障不能测的问题。

3.3 智能直流高压电阻电桥电力电缆故障测试仪的现场使用方法

3.3.1 现场试验方法。

电力电缆现场试验时, 如果电力电缆存在单相或两相对地泄漏性故障, 可直接应用此方法。如三相对地泄漏性故障, 在有辅助电缆时也可采用此方法, 实际连线如图2所示。仪器的P1、C1端接到被试电缆的故障相, P2、C2端接到被试电缆的好相或辅助项, 高压端接到直流高压输出端。

3.3.2 测试过程。

首先, 按连线图2接好线, 保证仪器的可靠接地。接着, 打开智能电桥式电缆故障测试仪的电源开关, 设置电缆长度然后启压启动高压, 当观察到测试电流I>15ma后, 开始进行故障距离测试, 系统自动测量并显示测量结果。

需要说明的是, 可以重复这个过程, 多测量几次, 并计算几次测量结果的平均值。为了进一步验证测试结果, 也可将仪器移至电缆另一端进行测试。若两端分别测得的结果为Lg1和Lg2, 那么, 其关系如下:Lg1+Lg2=2*L (注:L为单根电缆长度) 。

另外, 在测试过程中需要重新连线时, 一定要先用地线搭接使电缆完全放电, 确保安全后再去操作。

摘要：介绍了智能直流高压电阻电桥电力电缆故障测试仪的工作原理及现场使用方法, 并提出现场试验操作的注意事项。

关键词：智能,直流高压,电阻电桥,电力电缆故障测试仪

参考文献

电力通信网设备故障评估方法的研究 第10篇

关键词：电力通信网 故障评估 K-均值聚类 粗糙集 径向基神经网络

1 概述

电力通信网是现代电网不可分割的组成部分，是电网安全、稳定、经济、优质运行的三大支柱之一[1]，提高电力通信网的通信质量、增加电力通信网的可靠性是国家电网公司对电力通信网提出的一贯要求，这是贯穿整个电力通信网生命周期的持续过程[2]。可靠性问题起源于故障，通信网可靠性测度的演变与故障的研究是分不开的。在通信网中，故障测度的范畴可以分为设备故障与网络故障两个层面，网络故障是设备故障的深层次反映。随着电力通信网的不断发展，设备的不断更新，有必要对现代电力通信网的设备故障情况进行进一步研究。

聚类分析试图将一组未标记样本按照一定的相似度准则分到几个类中去，使得在同一个类中的样本有着较大的相似度，不同类间的样本的相似度较小[3]。K-均值聚类算法是MacQueen在1967年首次提出的一种经典聚类算法，具有能对大型数据集进行高效分类的优点。粗糙集理论（Rough Set）是波兰数学家Z.Pawlak教授于1982年提出的一种数据分析理论[4]。粗糙集方法能有效处理不确定、不精确、需要主观判断的问题，并能保证在不降低评价效果和质量的前提下对指标体系进行约简，去除冗余和相关的指标[5]。径向基神经网络(Radial Based Function Neural Network，RBFNN)是20世纪90年代提出的一种具有全局收敛特性的线性学习算法的前馈网络，因其学习速度快的优点，广泛应用于数据的分类和时间序列的预测等方面。本文基于以上方法，对电力通信网设备故障评估进行研究。

2 方法原理

首先建立一套电力通信网设备故障评估指标体系，使用K-均值聚类方法对设备故障情况进行分类，然后用数据样本对径向基神经网络进行训练，训练网络前利用粗糙集方法降低输入维数，提高网络训练速度，然后从训练后的神经网络中提取指标重要度作为指标权重，从而求得综合指数来判断聚类的故障等级，使径向基神经网络具备故障评估能力。原理框图如图1所示。

2.1 指标体系

目前，电力通信网设备主要包括光纤通信设备、光缆线路、交换机设备、调度总机设备、无线设备、电力线载波设备、微波通信设备以及图传终端设备等，据此可以得到电力系统通信设备故障的7个一级指标，然后根据故障的三因素描述方法，可将每种设备故障情况用故障强度、持续时间和故障程度三个指标来描述，即每个一级指标具有3个二级指标。其中，故障强度是指故障对每一使用单位的作用力的大小，如故障概率和故障阈值的差值，持续时间是故障所持续存在的时间长度，故障程度是指故障所扩散的度量，如故障范围。从而可以得到具有21个二级指标的一个电力系统通信设备故障评估指标体系，如表1所示。

2.2 K-均值聚类

本文利用K-均值聚类方法将某省各局电力通信网设备故障情况分为三个等级类。首先，从观测数据集中任意选择3个观测值作为初始聚类中心，其余观测值则根据与这3个聚类中心的距离和最近距离原则，逐个分别聚类到这3个聚类中心所代表的聚类中。然后在完成第一轮聚类之后，各聚类中心发生了变化，继而更新3个聚类的聚类中心，也就是分别根据各聚类中的观测值计算相应聚类的均值。根据所获得的3个新聚类中心，以及各对象与这3个聚类中心的距离，根据最近距离原则对所有观测值进行重新归类。重复上述过程就可获得最终的聚类结果。

2.3 粗糙集

本文利用粗糙集方法对指标集进行有效约简。首先，将指标集作为条件属性，聚类结果作为决策属性，构造决策信息表。然后利用粗糙集方法对决策信息表中的数据进行分析，然后根据得到的指标质量值，删减掉指标质量较小的指标，保留质量较大的指标，最终得到一个有效约简后的电力通信网设备故障评估指标集。

2.4 径向基神经网络

径向基神经网络第一层为输入层，由信号源节点组成，第二层为隐含层，用径向基函数作为隐单元的“基”构成隐含层空间，其单元数视作所面对问题的需要而定，第三层为输出层，它对输入模式的作用做出响应。

将使用粗糙集方法约简后的指标集所对应的数据样本作为径向基神经网络的输入，K-均值聚类结果作为网络输出，以此来训练神经网络，使其具备故障分类能力，然后从训练好的神经网络中提取指标的重要性，以此作为指标权重，根据数据样本和指标权重，计算各局电力通信网设备故障情况综合指数，从而便可以判断出各聚类所对应的故障等级。

3 实例

3.1 信息表

通过调研得到某省各局电力系统通信设备故障报告，经过数据的整理，得到数据样本。

由于该省各局电力通信网设备中电力线载波设备与图传终端设备并未发生过故障，所以本例中指标T16～T21对各局故障的情况综合评估没有价值，所以剔除掉指标T16～T21。最终的信息表如表2所示。

3.2 K-均值聚类分析

将指标T1～T15作为聚类变量，根据表2中的统计数据对各局故障情况进行聚类。设置聚类数K=3，使用运行均值，迭代29次后，聚类中心收敛。初始中心间的最小距离为2.396。最终聚类中心间的距离为1.402。聚类结果如表3所示。

可见A、B、C、E、F、I、J、K局的通信设备故障情况相同，为3类，而D、H、L局的通信设备故障情况相同，为1类，G局通信设备故障情况与其他局均不同，为2类。

3.3 粗糙集约简

指标属性作为条件属性，聚类结果作为决策属性，形成决策表，利用粗糙集方法进行分析，得到指标质量如图2所示。

剔除掉质量较低的指标，最终可以得到约简后的指标集为{T1，T2，T3，T4，T5，T6，T10， T11，T12}。

3.4 径向基神经网络

將约简后的指标集所对应的样本数据作为网络输入，聚类结果作为网络输出，根据数据样本对网络进行训练。具体网络参数如表4所示。

由此得到了一个具有故障分类能力的径向基神经网络。然后从该神经网络中提取各自变量的重要性，即指标重要性，如表5所示。

将指标重要性作为指标权重，再依据样本数据，利用加权平均的计算方法求得各局电力通信网设备故障的综合指数，并与聚类结果比较，如表6所示。由于电力通信网设备故障指标对故障评估都是正向指标，所以，故障综合指数较大的局的故障也较严重。

根据表6所示，可以定义“1”类故障情况为“严重”，“2”类故障情况为“一般”，“3”类故障情况为“轻微”。

3.5 结果

根据该电力系统通信设备故障评估方法对实例的分析，得到D局、H局、L局的通信设备故障较严重，需要引起重视，G局通信设备的故障情况一般，其他局通信设备的故障情况较轻微。

4 结论

本文基于K-均值聚类评估方法、粗糙集理论以及径向基神经网络方法提出了电力通信网设备故障评估方法，并对一实例进行分析，最终得到了其评估结果。在该评估方法中基于K-均值聚类方法对故障情况进行分类，再用综合指数确定聚类的故障等级，避免了传统评估方法对评估前指标权重的依赖，也避免了常用的灰色聚类方法对白化权函数的依赖，排除了诸多主观因素的的干扰，加强了故障评估结果的客观性、真实性。

参考文献：

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电力电缆故障的定位方法探析 第11篇

1.电力电缆故障原因和分类

(1) 故障原因

造成电缆故障的原因是复杂的。要想对故障点进行快速判断, 就需要对电缆的工作环境以及常见原因有所了解, 这也是减少电缆故障的一个重要途径。常见的故障原因主要包括外力破坏、电缆质量、电缆中间头制作不达标、管理存在问题、自然现象造成的损伤以及电缆生产质量等。

外力破坏主要是在未经许可、核实的情况下进行的打桩、开挖等施工破坏电缆而导致的接地短路故障。电缆施工质量问题是未能落实安装要求, 在施工过程中走形成碰伤或不合理的机械牵引力对电缆形成拉伤, 对于移动设备, 通常会出现因固定不够而发生变形、摩擦、拉扯和错位而出现绝缘故障。电缆接头故障的原因大致包括以下几个方面:潮湿环境下未对电缆头进行相关防护;中间接头因密封不良而受潮导致的绝缘层劣化;中间接头导体连接管管口不平整而导致的压接不良;不合理的中间接头设置。电缆的管理方面, 存在电缆长期超负荷工作而未进行相关维护, 长期处于腐蚀环境中, 通过热力管线未采取防护措施, 这些都导致电缆的绝缘老化、腐蚀以及过热损坏。

(2) 故障分类

类似于电力电缆的分类, 从不同层面来看, 故障分类有所不同。如封闭性和开放性故障, 接地和非接地故障, 单相故障和多相故障等。电缆故障主要包括以下几类:开路故障是电缆的护层或导体因断裂而导致电压无法达到对端或是绝缘电阻无穷大的情况;低阻故障是指电缆相对地或两者之间的绝缘损伤, 绝缘电阻小到能用抵押脉冲进行测量, 其中的特例是短路故障;高阻故障是电缆相对地或两者之间的绝缘损伤后电阻较大, 不可通过低压脉冲法来对故障进行测量。

2.电力电缆故障定位的步骤和原理

因故障导致供电中断后, 测试人员应合理选择仪器和测试方法快速寻找故障点。故障点查找的步骤是先故障分析再测距, 最后精确定位。

(1) 故障分析

故障分析是了解故障电缆的基本信息, 对其进行综合分析, 包括敷设方式、电缆长度、型号、走向, 以及接头的位置、长度、预留地点、发生故障前运行状况等, 了解路径的施工情况, 对故障电缆的类型进行初步判断, 对其进行绝缘测试。发生故障后, 可在敷设人员处获得施工详细资料, 以此来提升故障定位的准确性。如果不了解电缆的路径和长度, 需要在定位时排查清楚, 判断故障类型时可借助故障时保护装置动作情况。

(2) 测距

在定位的过程中, 测距是最关键的一步, 准确的定位是减少检修时间重要途径, 特别是在长电缆中, 不能准确定位对检修工作的影响更严重。在实际应用中, 为保证测试的准确, 可通过多种方法来验证, 必要时可通过电桥法或者脉冲电流来验证。

①行波法测距原理

该方法进行测距中, 电缆会从理论上看做均匀长线, 以此来对微观传播过程进行分析。电缆传输线路中的分布参数包括电感元件、电容、电导、电阻等, 在任意点的等效电路图中, 每个无限小段的电缆传输线路如下图所示:

在长线理论中, 影响故障波形分析和性质分析的重要因素包括波的透射和反射、特性阻抗以及波的速度。其中波速v和特性阻抗分别为:

其中C为光速, μ和分别为电缆芯线周围介质的相对导磁系数和相对介电系数。可看出电波在电缆中的传输速度与芯线材料和界面剂无关, 与介电性能相关, 不同的绝缘材料中, 电波的传输速度有所不同。特性阻抗为实数, 与频率无关。两种电缆连接时因不同的波阻抗会在连接处存在阻抗不匹配的情形。行波经过此处就会出现部分或全部反射, 也可能存在透射。不均匀的阻抗也会出现不同的反射, 其强弱随着阻抗的变化而变化, 可同反射系数来进行描述。

开路电压反射系数为+1, 在开路中, 电压形成全反射, 实际电压值为入射电压和同极性的反射电压和而形成加倍现象。开路点的电流反射系数为-1, 实际电流值为入射电流与相反方向、相等大小的反射电流之和, 为零。短路电压反射系数为-1, 实际电压为入射电压与相反方向、相等大小的反射电压之和, 为零。短路点的电流反射系数为+1, 实际电流为入射电流与反射电流之和, 出现加倍。

行波法测距的方法是测量测量端与故障点之间的放电脉冲或低压注入脉冲之间的时间来对距离进行换算测量。入射与反射脉冲的时间差为Δt, 距离L为L=V*Δt/2, 以此来计算测试端到阻抗不匹配点的距离。

②电桥法基本原理

电桥法测距中, 将电缆视为集中参数元件, 某一时间点上, 电缆个点有着相同的相位、电流等, 相同规格电缆芯线的电阻与长度成正比。等效电路图如下图2:

在电流平衡的作用下, 检流计G中没有电流, 且R1/R2=R3/R4

其中x为测量点与故障点之间的距离, L为电缆长度。该方法的优点是高精度、方便、简单, 误差在0.3%到0.5%之间, 但不能应用于高电阻故障。随着该技术的发展, 在克服缺点的基础上实现了自动测量的只能全自动高压电桥, 也可在高电阻值情况下使用。

(3) 精确定位

精准定位是根据初步测距后进行定位, 主要包括音频感应法、声磁同步法以及声测法三种。声磁同步法克有限应用于部分低阻故障或会产生冲击放电声的高阻故障, 如果不存在放电声的金属性短路、接地则可选用跨步电压法和音频感应法。

①声测法

高压脉冲作用于故障电缆时会出现击穿放电, 会伴随较大的放电声。对于直埋电缆或是打开盖板的沟架式敷设电缆, 可通过人耳听声来定位。在较大埋深或封闭性电缆中, 可通过振动传感器和声电转换器来对放电点进行查找, 该技术也是最基础的精确定位技术, 有着较高的可信性, 但是受环境噪声影响较大。应用仪器可对故障点的声波信号进行记录, 测试人员根据相关数据来对故障点的防电信号进行准确判断。

②声磁同步法

高压脉冲作用于故障线路产生声音信号同时还会产生放电电流, 使电缆周围出现脉冲磁场。该方法是采用仪器来对脉冲磁场信号进行检测, 如果磁场信号与声音信号同步, 则可将其认作故障点发出, 否则为干扰信号。由于声音信号和磁场信号传输速度差, 到达地面会存在一定的时间差, 通过探头对时间差最小的地方进行查找就能寻找到故障点位置。声磁同步法能排除环境干扰因素, 也是当前较为理想的检测方式。

③音频感应法

该方法是对电缆输入音频电流, 通过接收电磁波来实现准确定位。探头移动在电缆上会接收到相同强度和规律的音频声音, 而在故障点上方则会出现信号突然加强的情形, 越过故障点, 信号明显减弱, 则可判断信号增强点为故障点。该方法多用于低于10欧的低阻故障。当电缆接地电阻较低特别是金属性接地故障时, 因微弱的放电声音, 声测法进行定位存在很大难度, 所以要采用音频感应法。音频感应法能较好的应用于两相短路并接地故障, 三相短路以及三相短路并接地故障。

参考文献

[1]束洪春, 田鑫萃, 董俊, 杨毅.利用故障特征频带和TT变换的电缆单端行波测距[J].中国电机工程学报, 2013, 22:103-112+17.