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摘 要：电力电缆广泛应用于10 kV配电系统中，受直接接入用户端、多敷设于地下、运行环境较为恶劣等因素影响，10 kV配电系统中，电力电缆的故障几率较高。为了提升配电网自动化水平，研究10 kV配电系统中电缆故障发生的原因和类型，进行电缆故障的测定方法和故障选线方法研究，有利于降低电缆故障率，提升电力系统的安全稳定水平。
关键词：10 kV配电系统；电缆故障；测定方法；故障选线
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0083-02
随着我国建设智能电网的战略推进，电网规模不断扩大，对10 kV配电系统的升级改造不断增多，电缆线路因其供电可靠、安全、占地少等优点，逐渐代替架空线路成为中低压配电网输送电能的主要形式。然而，由于电缆一般敷设于地下，给电缆故障时的测定和故障选线带来难度，使得10 kV配电系统的电缆故障检测方法成为研究热点。
1 10 kV配电系统的电缆故障
10 kV配电系统由于直接接入用户端，所以配电网络的安全可靠运行与用户用电质量有着密切联系。10 kV电缆由于多埋设于地下，一旦不能及时排除，可能给用户带来较大的停电损失。
所以，了解10 kV配电系统电缆故障的发生原因，熟悉10 kV配电系统常见故障的排除方法，探索其故障测定和选线的新技术，对10 kV配电系统运行水平的提高具有重要意义。
1.1 10 kV配电系统电缆故障的产生
10 kV配电系统电缆故障的发生多由外力引起，大致可以分为以下几个方面：
①机械损伤。机械损伤是导致电缆故障的最常见原因，外界施工、安装不慎、车辆碾压、土地沉降等，都有可能导致电缆的硬性损伤，从而引起电缆故障。
②绝缘受损。绝缘受损的原因是多方面的，可能是电缆密封不严导致受潮，或是包装工艺不佳，金属外套在施工时轻微受损，电缆敷设进入地下后，受到各类环境因素影响，日久天长绝缘老化，导致电缆腐蚀，最终发展成为故障。
③天气原因。例如雷击过电压导致的电缆绝缘击穿，雨雪天气导致的电缆腐蚀，特殊化学物质导致的电缆腐蚀等。
④制造缺陷。电缆线路质量监管不严，导致劣质电缆线路在工程中应用，加之后期的维护和管理不当，导致电缆故障。
1.2 10 kV配电系统电缆故障的常见故障类型
对10 kV以上的高压电缆，电缆故障以高阻故障较多，而对10 kV配电系统的电缆故障，常见故障类型为开路故障、低阻故障、高阻故障四种。
①开路故障。发生开路故障时，电缆相间或相对地的绝缘电阻为正无穷，此时，工作电压已经不能传送到终端，电缆的负载能力很低，断路故障就是典型的开路故障。
②低阻故障。低阻故障是指电缆的相间绝缘或相对地绝缘破坏，此时测量到的阻抗低于10Z0（Z0为电缆的波阻抗，一般在10～40Ω左右）。当测量到的电阻为0时，就是短路故障。
③高阻故障。高阻故障时，测量到的阻抗大于10Z0，高阻故障又可以分为泄露性高阻故障和闪络性高阻故障两种。其中，泄露性高阻故障表现为随试验电压升高而泄露电流增大，而闪络性高阻故障多发生在耐压试验时，出现击穿，此时泄露电流突然增大。
2 10 kV配电系统电缆故障的选线和测距方法
发生电缆故障时，一般的故障测定方法为：先使用阻抗测量工具（兆欧表或万用表）测量相间和相对地的绝缘电阻，根据绝缘电阻来定位故障性质；再进行故障测距检测，初步定位故障点；最后进行故障点的精确定位，并对故障进行处理。
2.1 10 kV配电系统电缆故障的选线方法研究
10 kV配电系统通常有多条出线，且多为非直接接地系统，常用的电缆故障选线方法主要有：
①稳态分量法。稳态分量法是指利用故障电流中的稳态分量来进行故障的选线判别，零序电流是最常用的稳态分量，故障线路中的零序电流幅值明显大于非故障线路，且零序电流的方向也与非故障线路相反。此外，零序电流的有功分量也大于非故障线路，所以，幅值、方向和有功分量可以共同使用，用来进行简单的故障选线。
②谐波分量法。发生故障时，受线路的非线性元件影响，系统中会产生以5次谐波为主的谐波分量，所以，故障线路的5次谐波较为丰富，大于非故障线路，且方向与非故障线路相反。
③暂态分量法。利用线路故障时暂态分量较大的特点，提取故障线路中的暂态分量，可以结合暂态分量的幅值、方向来进行故障选线。其中，PRONY算法是最常用于计算高频分量和直流分量的方法。
此外，随着计算机信息技术的发展，利用信号注入、Bayes理论、神经网络选线等技术进行故障选线也获得了应用，但尚未普及。
2.2 10 kV配电系统电缆故障的故障测定方法研究
2.2.1 阻抗法
电缆故障的测定方法与架空线路类似，阻抗法主要是以线路的集中参数为基础，计算测量地与故障点之间的阻抗，通过解故障测距方程来进行故障点定位。其中，电桥法是最常用的以阻抗为原理的测量方法。图1为电桥法进行故障测定的原理图。
如上图1所示，X为故障点的距离，R为电缆线路实际长度，R1为电桥的固定臂读数，R2为电桥可变臂读数。
根据惠斯登电桥原理，构建双臂电桥，使电桥的两臂分别为故障相和非故障相，电桥平衡后，计算出故障点距离为：
电桥法的优点是简单、易计算，且精确度较高，因而普遍适用于低阻故障的测定中，但电桥法不能反映高阻故障和闪络性故障，也不能反映三相短路故障。另外，电桥法需要掌握包括电缆长度在内的准确资料，目前在现场中的应用日渐减少。
2.2.2 行波法
行波测距已经广泛应用于包括架空线路和电缆线路的故障测距中，它根据行波理论，测量行波从测定点到故障点的时间，来确定故障的位置。行波测距根据实际计算的不同，又可以分为A、B、C三型。
A型故障测距是计算行波从测量点到故障点之间往返一次的时间，来定位故障点。A型故障测距又可以分为脉冲电压法和脉冲电流法两种。其中，脉冲电压法是测定放电脉冲从测量点到故障点往返一次的时间，适用于高阻故障和闪络故障。脉冲电流法是使用线性电流耦合器测量电流脉冲信号，实现了测试设备与电路的电耦合。
B型测距是计算故障时第一个行波的波头信号从测量点到故障点之间往返一次的时间，来定位故障点。C型测距则借助了脉冲发射装置，通过测量发射的高频脉冲从测量点到故障点之间往返一次的时间来进行故障点定位。C型测距可以分为低压脉冲反射法和二次脉冲法两种，在此不再赘述。
2.2.3 测声法
测声法也是一种常用的10 kV配电系统电缆故障的故障点查找方法，主要用来配合其它方法来进行故障点的精确定位。测声法主要依靠直流耐压试验机根据电缆放电的声音来查找故障，将专门的侧声工具贴着地下敷设电缆的走向缓慢移动，当放电的“滋滋”声最大时，确认为故障点。
此外，近年来还涌现出了不少进行电缆故障测定和故障测距的新方法，主要有：卡尔曼滤波技术、模式识别技术、概率和统计决策、模糊理论和光纤测距、模拟退火算法、模糊神经网络等，也都取得了一定的进展。
3 结 语
10 kV配电系统电缆的故障一般较难排除，因电缆故障带来的停电损失往往给人民生产生活带来较大影响。对电缆测定方法与故障选线的研究具有重要的现实意义，有利于配电网供电可靠性和自动化水平的提高。
参考文献：
[1] 李建辉.电力电缆故障检测方法与应用[J].河北电力技术，2009，（6）.
[2] 光俊铖.电缆故障的测定方法探讨[J].煤矿现代化，2008，（5）.
[3] 闫晓茹.电缆故障选线与定位方法的研究[D].西安：西安科技大学，2008.
关键词：10 kV配电系统；电缆故障；测定方法；故障选线
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0083-02
随着我国建设智能电网的战略推进，电网规模不断扩大，对10 kV配电系统的升级改造不断增多，电缆线路因其供电可靠、安全、占地少等优点，逐渐代替架空线路成为中低压配电网输送电能的主要形式。然而，由于电缆一般敷设于地下，给电缆故障时的测定和故障选线带来难度，使得10 kV配电系统的电缆故障检测方法成为研究热点。
1 10 kV配电系统的电缆故障
10 kV配电系统由于直接接入用户端，所以配电网络的安全可靠运行与用户用电质量有着密切联系。10 kV电缆由于多埋设于地下，一旦不能及时排除，可能给用户带来较大的停电损失。
所以，了解10 kV配电系统电缆故障的发生原因，熟悉10 kV配电系统常见故障的排除方法，探索其故障测定和选线的新技术，对10 kV配电系统运行水平的提高具有重要意义。
1.1 10 kV配电系统电缆故障的产生
10 kV配电系统电缆故障的发生多由外力引起，大致可以分为以下几个方面：
①机械损伤。机械损伤是导致电缆故障的最常见原因，外界施工、安装不慎、车辆碾压、土地沉降等，都有可能导致电缆的硬性损伤，从而引起电缆故障。
②绝缘受损。绝缘受损的原因是多方面的，可能是电缆密封不严导致受潮，或是包装工艺不佳，金属外套在施工时轻微受损，电缆敷设进入地下后，受到各类环境因素影响，日久天长绝缘老化，导致电缆腐蚀，最终发展成为故障。
③天气原因。例如雷击过电压导致的电缆绝缘击穿，雨雪天气导致的电缆腐蚀，特殊化学物质导致的电缆腐蚀等。
④制造缺陷。电缆线路质量监管不严，导致劣质电缆线路在工程中应用，加之后期的维护和管理不当，导致电缆故障。
1.2 10 kV配电系统电缆故障的常见故障类型
对10 kV以上的高压电缆，电缆故障以高阻故障较多，而对10 kV配电系统的电缆故障，常见故障类型为开路故障、低阻故障、高阻故障四种。
①开路故障。发生开路故障时，电缆相间或相对地的绝缘电阻为正无穷，此时，工作电压已经不能传送到终端，电缆的负载能力很低，断路故障就是典型的开路故障。
②低阻故障。低阻故障是指电缆的相间绝缘或相对地绝缘破坏，此时测量到的阻抗低于10Z0（Z0为电缆的波阻抗，一般在10～40Ω左右）。当测量到的电阻为0时，就是短路故障。
③高阻故障。高阻故障时，测量到的阻抗大于10Z0，高阻故障又可以分为泄露性高阻故障和闪络性高阻故障两种。其中，泄露性高阻故障表现为随试验电压升高而泄露电流增大，而闪络性高阻故障多发生在耐压试验时，出现击穿，此时泄露电流突然增大。
2 10 kV配电系统电缆故障的选线和测距方法
发生电缆故障时，一般的故障测定方法为：先使用阻抗测量工具（兆欧表或万用表）测量相间和相对地的绝缘电阻，根据绝缘电阻来定位故障性质；再进行故障测距检测，初步定位故障点；最后进行故障点的精确定位，并对故障进行处理。
2.1 10 kV配电系统电缆故障的选线方法研究
10 kV配电系统通常有多条出线，且多为非直接接地系统，常用的电缆故障选线方法主要有：
①稳态分量法。稳态分量法是指利用故障电流中的稳态分量来进行故障的选线判别，零序电流是最常用的稳态分量，故障线路中的零序电流幅值明显大于非故障线路，且零序电流的方向也与非故障线路相反。此外，零序电流的有功分量也大于非故障线路，所以，幅值、方向和有功分量可以共同使用，用来进行简单的故障选线。
②谐波分量法。发生故障时，受线路的非线性元件影响，系统中会产生以5次谐波为主的谐波分量，所以，故障线路的5次谐波较为丰富，大于非故障线路，且方向与非故障线路相反。
③暂态分量法。利用线路故障时暂态分量较大的特点，提取故障线路中的暂态分量，可以结合暂态分量的幅值、方向来进行故障选线。其中，PRONY算法是最常用于计算高频分量和直流分量的方法。
此外，随着计算机信息技术的发展，利用信号注入、Bayes理论、神经网络选线等技术进行故障选线也获得了应用，但尚未普及。
2.2 10 kV配电系统电缆故障的故障测定方法研究
2.2.1 阻抗法
电缆故障的测定方法与架空线路类似，阻抗法主要是以线路的集中参数为基础，计算测量地与故障点之间的阻抗，通过解故障测距方程来进行故障点定位。其中，电桥法是最常用的以阻抗为原理的测量方法。图1为电桥法进行故障测定的原理图。
如上图1所示，X为故障点的距离，R为电缆线路实际长度，R1为电桥的固定臂读数，R2为电桥可变臂读数。
根据惠斯登电桥原理，构建双臂电桥，使电桥的两臂分别为故障相和非故障相，电桥平衡后，计算出故障点距离为：
电桥法的优点是简单、易计算，且精确度较高，因而普遍适用于低阻故障的测定中，但电桥法不能反映高阻故障和闪络性故障，也不能反映三相短路故障。另外，电桥法需要掌握包括电缆长度在内的准确资料，目前在现场中的应用日渐减少。
2.2.2 行波法
行波测距已经广泛应用于包括架空线路和电缆线路的故障测距中，它根据行波理论，测量行波从测定点到故障点的时间，来确定故障的位置。行波测距根据实际计算的不同，又可以分为A、B、C三型。
A型故障测距是计算行波从测量点到故障点之间往返一次的时间，来定位故障点。A型故障测距又可以分为脉冲电压法和脉冲电流法两种。其中，脉冲电压法是测定放电脉冲从测量点到故障点往返一次的时间，适用于高阻故障和闪络故障。脉冲电流法是使用线性电流耦合器测量电流脉冲信号，实现了测试设备与电路的电耦合。
B型测距是计算故障时第一个行波的波头信号从测量点到故障点之间往返一次的时间，来定位故障点。C型测距则借助了脉冲发射装置，通过测量发射的高频脉冲从测量点到故障点之间往返一次的时间来进行故障点定位。C型测距可以分为低压脉冲反射法和二次脉冲法两种，在此不再赘述。
2.2.3 测声法
测声法也是一种常用的10 kV配电系统电缆故障的故障点查找方法，主要用来配合其它方法来进行故障点的精确定位。测声法主要依靠直流耐压试验机根据电缆放电的声音来查找故障，将专门的侧声工具贴着地下敷设电缆的走向缓慢移动，当放电的“滋滋”声最大时，确认为故障点。
此外，近年来还涌现出了不少进行电缆故障测定和故障测距的新方法，主要有：卡尔曼滤波技术、模式识别技术、概率和统计决策、模糊理论和光纤测距、模拟退火算法、模糊神经网络等，也都取得了一定的进展。
3 结 语
10 kV配电系统电缆的故障一般较难排除，因电缆故障带来的停电损失往往给人民生产生活带来较大影响。对电缆测定方法与故障选线的研究具有重要的现实意义，有利于配电网供电可靠性和自动化水平的提高。
参考文献：
[1] 李建辉.电力电缆故障检测方法与应用[J].河北电力技术，2009，（6）.
[2] 光俊铖.电缆故障的测定方法探讨[J].煤矿现代化，2008，（5）.
[3] 闫晓茹.电缆故障选线与定位方法的研究[D].西安：西安科技大学，2008.