电力电缆故障定位方法

产品简介

中试控股是一家专业研发生产电缆故障测试仪的厂家，本公司生产的电缆故障测试仪设备在行业内都广受好评，以打造最具权威的“电缆故障测试仪“高压设备供应商而努力。

  电缆故障定位研究巳经有很长的历史，从世纪电缆问世以来，探索电缆故障点的工作就开始了。最早采用人工巡线的方式来查找故障点，这种浙江大学硕士学位论文方式效率低耗时长。随着科技技术的发展，电缆故障定位方法探索经历了模拟式、单端数字式、双端故障定位和智能故障定位四个阶段。

  现代故障定位方法按照原理不同，可以分为阻抗法和行波法。阻抗法基于欧姆定理，通过测量故障电缆一端的电压电流信号，利用电缆纤芯的阻抗与电缆长度之间的正比关系，来求取电缆故障点到测量端的距离。阻抗法作为最早出现的电缆故障测距方法，具有原理简单，实现方便的等优点，但适用范围比较局限。现有的阻抗法主要包括经典电桥法和分布参数法。经典电桥法将被测电缆故障相与非故障相末端短接，利用电桥平衡来求解故障距离，简单方便，但是受到故障过渡电阻影响较大。当发生高阻和闪络故障时，电桥电流很小难以探测。分布参数法利用测量点测得的电压和电流向量，列出电缆故障线路分布参数方程，通过求解方程得到故障点和测量点之间的距离。但是分布参数法的精度受到故障距离影响，故障距离测量点越近故障定位精度越差。

  近年来阻抗法逐渐被行波法取代。行波法是依靠行波传输理论，通过测量故障行波在故障点和测量点之间传播时间，在行波波速巳知的情况下，计算故障点到测量端的距离。行波法一般分为高频豚冲法、单端法和双端法三种。高颜脉冲法是出现较早的行波测距方法，主要依靠设备在电缆一端注入脉冲信号，信号在故障电缆中发生折反射，通过记录脉冲信号在故障点和注入端的往返时间来确定故障点。高频脉冲法又可以细分为低压脉冲法、冲击闪络法等。

  低压脉冲法是一种无损测距方法，但是由于低压脉冲无法击穿电缆高阻故障，因此低压脉冲法只适合于开路故障和低阻故障，且精度随着故障电阻的上升而下降。冲击闪络法是利用故障点被高电压击穿后产生的电流行波信号在测量端和故障点往返一次的时间差和波速的相乘来算出故障距离。单端行波法指的是：通过在电缆线路一端安装接收行波的装备，接收故障点产生的行波，利用测量行波在故障点和测量端往返一次的时间，计算、判断故障点的具体距离。由于单端行波法只需要在线路一端安装设备，成本较双端行波法低，但是存在故障反射波识别困难的问题。

  双端行波法是利用同步通信，测量故障点产生的行波到达两端的时间来计算故障点的位置。相较单端行波测距方法，双端行波测距方法只需要知道初始故障行波的到达两端的时刻，就可以准确求取故障点的位置，不需要识别故障点反射波，实现原理更为简单，定位精度也更高。

  电缆故障位置准确定位难度大，现实经济价值和民生意义重大，所以，进年来越来越多的国外学者投身于电缆故障定位研究中。不少新的电缆故障定位方法被推出。美国学者等人提出了改进的单端行波测距方法，利用零模和线模分量的初始波头到迗单端的时间及零模和线模分量的传播速度来计算故障距离，避免了传统单端行波测距方法中识别故障反射波的问题。等人将应用于电缆和架空线混合线路的故障情况分类中，提出基于支持向量机的电缆架空线单端行波故障定位方法，故障点识别率正确率达到。英国学者等人通过选择母小波和

阈值，提出一种改进的小波变换方法，并将其应用于局部放电量的提取中，具有良好的去噪能力。等人提出了星型线路的通用行波测距方法。

国内学者对电缆故障诊断及故障定位方面进行了大量富有成效的研究。有文献可查的成果，如位韶康、陈平提出在双端加装通信设备，利用波头到迗两端的先后次序来给故障点分类而后基于单端接收到的前三个波头定位故障的方法。胥杰、张用健等将神经网络应用于单端行波测距中，将到达测量端的前三个波头之间的时间差及其波头极性作为神经网络的输入，训练神经网络来实现故障点的初步定位，然后根据故障距离与波速、传输时间的关系来识别第二个波头性质，从而实现精确定位。等提出了基于行波频率的单端行波测距方法，通过行波频率来确定行波波速，减小了波速不确定对行波测距造成的误差。林湘宁等分析了行波测距中截断误差产生的原因，提出通用的行波误差的修正方法，该方法在较低采样频率下能显著地提高行波测距精度，具有较好的工程应用前景杜林等提出了采用波形相关分析算法的双端行波测距方法和定位系统的总体设计方案，并设计了输电线路的模拟实验。张小丽、曾祥君等提出将变换应用于故障行波波头的检测中，与传统的小波变换相比，变换不存在变换参数的选择问题，结果具有唯一性，推广方便。陈羽等对双端行波测距原理进行了拓展，提出了适用于电网的广域行波测距的方法。

在基于行波原理的故障定位方法外，还有学者提出了其他原理的故障定位方法。文献利用电缆故障点的温度变化来确定故障点。文献在电缆线路的分布参数模型基础上推导出功率平衡下的故障测距方程，并通过迭代法求解。有所查文献可知，目前故障定位方法以离线方式居多。这种离线故障定位方法需要先将故障电缆切除，因此赛时费力，实时性相对差。在线故障定位法拥有离线故障定位法难以比拟的优点，是电缆故障定位的发展方向。在线故障行波测距具有无需知道线路具体参数、定位迅速等优点成为研究的热门。研究表明，造成行波法测距误差的主要原因：

(1)行波波头到达时间的不确定性。故障行波在输电线路上以不同模式传播，每种模式中各频率分量的传播速度和衰减也不尽相同，使行波在输电线上传播时产生色散现象，造成行波到达时闽难以准确判断。

(2)行波波速的不确定性。行波在电缆或架空线中传播时，波速并不是统一的。行波的传播速度与行波的频率有关，当行波传播距离较近时，行波中高频分量丰富，这部分高频分量以接近光速传播；当行波距离较远时，高频分量减少，这时波头中的高颜分量就会以相对较慢的速度传播，使得行波传播速度难以统一选取。传统的行波法采用经验波速，往往会与实际波速存在差异，这是造成误差的主要原因。

(3)对于单端行波测距方法，还存在着故障点反射波识别的难题。目前市场上的电缆故障定位设备一般釆用的是阻抗法和高频脉冲法。

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