（广西电网有限责任公司来宾供电局 广西南宁 546100）
摘要：随着社会的进步与发展，电力电缆受到了较大的发展，被广泛应用于城市建设之中。但是因为电力电缆大多数都埋设于地下，其运行环境较为复杂，所以一旦发生了故障，就难以检测出故障点的确切位置，进而影响电力运行的安全性。故此，就需要提高相关技术人员加强对电缆故障的检测，加强对电缆的运行维护，以确保其供电的可靠性。
关键词：电力电缆；故障检测；故障预警
引言
在电力系统中，电缆以其占用空间小、不受自然条件影响、安全可靠性高等优势发挥着越来越重要的作用。但目前对电缆的故障检测技术并不完全成熟，一旦发生故障，很难在短时间内排除问题，严重影响供电的恢复。因此，需要加强电力电缆的检测技术，以保证电网供电的稳定、安全性。在线监测技术不仅能够及时发现电力电缆绝缘缺陷，防止出现突发性电力事故，同时也能够有效减少不必要的停电检修，加强绝缘在线监测技术有着重要意义。
1电力电缆故障的原因及类型
1.1电力电缆故障原因
（1）机械损伤
机械损伤是引发电缆故障的一项直接原因，主要发生在电缆的安装以及后期电缆附近的作业过程中。机械损伤具有一定的潜伏性，轻微的机械损伤不会直接造成电缆故障，受损电缆可能会经历几个月甚至几年的时间才会彻底崩溃。
（2）介质老化
电缆的绝缘介质能够保证内部电缆的正常工作，介质老化会使绝缘性能下降，导致电缆故障。造成介质老化的主要原因是电缆过热，一方面电缆绝缘内部气隙游离或者电缆过负荷都会造成电缆过热，另一方面，电缆安装过于密集或者外部环境通风性差等也会造成电缆过热。
（3）化学腐蚀
当电缆周围存在化学作业时，高酸碱度气流或者煤气站的苯蒸汽等都会造成电缆的腐蚀，引发电缆故障。
（4）劣质电缆
在电缆生产和保存过程中都会出现劣质电缆。电缆的制作材料不符合标准或者部件制造上存在缺陷，都会造成电缆出现质量问题；另外，电缆保存不当也会引发绝缘介质等受潮或腐蚀，出现劣质电缆。
（5）过电压
电缆遭遇雷击或内部过电压都有可能使电缆绝缘层击穿导致故障发生。
1.2电力电缆故障类型
按照故障发生时击穿间隙情况以及电阻的大小，电缆故障可分成开路、低阻、高阻以及闪络故障。
（1）开路故障
虽电力电缆不同相导体的绝缘电阻在规定值范围内，但其中一相或数相导体有断点，或连续但无法将电压顺利输送至终端，或终端虽有电压但负载能力不够。
（2）低阻接地或短路故障
导体对地绝缘电阻值偏小（小于10Zc，Zc为电缆波阻抗），但导体连续性较好。
（3）高阻接地或短路故障
与低电阻接地或短路故障近似，不过接地或短路的电阻较大，此类故障较为常见。
（4）闪络故障
电缆处于低压运行状态时绝缘性能较好，但当电压上升至某值时或在较高电压下运行一段时间后，绝缘体顿时被击穿，这种情况称为闪络故障。
故障类型按照绝缘电阻大小的分类如表1所示。
2电力电缆绝缘监测系统总体设计
监测单元运行过程中需要保证一定的精度，但在设计过程中，不能仅考虑精度问题而忽视了设计成本，需要在保持系统稳定运行的前提下，实现精度与成本的平衡。通过对各种指标的分析，监测单元的测量精度一般为0.2级。电力电缆绝缘监测系统原理如图1所示。
图1
3监测系统硬件设计
监测系统选用微处理器、FPGA、信号调理电路以及液晶显示器作为现场检测单元。监测平台如图2所示。
图2 ARM 平台系统结构图
在该系统中，ARM架构的微处理器支持实时仿真与跟踪32位的CPU，LPC2214是有很低的功耗，32位的定时器以及9个以上的外部中断。微处理作为一个很关键的部位，在系统中扮演者重要角色，可以进行采集、调节信号和存储程序控制，也可以进行故障信号的处理，操作参数提取，与上位机保持信号交流，检测到的参数信息的传输到上位机，上位机对所获参数进行综合评价方便获取信息，为了理解电力电缆的运行情况，需要针对电力电缆绝缘材料提供科学的量化。该系统主要采用MAX485芯片进行现场检测单元和上位机的通信连接。MAX485芯片主要由两部分组成：可控驱动器和可控接收器。
3.1电流传感器与信号调理电路设计
由于该系统接地电流较大，因此本设计采用的是穿心式电流传感器，该传感器的诸多优点，不仅具有较高的精度，还可确保电气检测装置的安全。穿心型输入能保证测试装置的安全，跟踪输出功率，还可以分析信号。工频信号的采样主要通过输入频率25~50KHz。在后续的电路设计中，需要低通滤波器，接地线电流就有很强的高频率抗干扰性，而低通滤波器可以减少干扰性，还可以保证锁相环输入相对稳定的波段，有效地避免频谱混叠。
3.2锁相环电路与A/D转换电路设计
接地线电流进行频谱分析可以准确地获得基线电流的基本波分量，通常采用DFT运算可得到。如果出现频谱重叠问题，可以通过通率波器来解决。当窗口函数的宽度为底波周期的整数倍时，可以消除频谱泄漏问题。锁相环的精度高，稳定性好。
4监测系统软件设计
4.1现场监测单元程序
监控系统软件设计主要包括现场监控单元程序和后台微机管理程序。现场监测单元程序从数据采集装置读取相关数据，并在处理后将其保存在存储器中。上位机统计并分析上传数据，分析判断电力电缆故障。现场检测单元的操作系统是μC/OS-II，主要由串行通信中断程序、数据采集管理程序和数据处理程序组成。
4.2后台微机管理程序
利用Lab-VIEW软件编程电力电缆绝缘在线监测系统上位机，在软件编程中提出了结构化数据流图模型，实现了数据采集和处理、图形显示和操作。采用模块化框架结构，将监控管理程序分为主界面层、应用层和功能支持层。主界面为显示和操作面板；应用程序层具有数据采集、故障判据、数据查询和数据打印等功能。支持层传输并调用主程序和每个模块之间的数据流。
（1）主程序
主要程序包括系统设置、数据查询、数据采集、报表打印、超限报警和系统退出。为了使系统更简单直观，用户界面设计采用全中文，采用按键实现功能选择，分别实现关键参数设置，手动采集、历史数据和表格打印等功能。参数设置主要是波特率和串口设置；人工采集功能为地线电流提供了实时测量方法。历史数据功能提供方便的存储数据查询操作；表单打印功能可以连续打印存储的历史数据。
（2）故障分析与诊断程序
电力电缆绝缘监测的主要目的是检查电缆的绝缘性能是否符合系统运行的要求。由于电缆绝缘性能的高参数，电缆交叉的环境复杂，因此需要对多层多参数综合分析的条件进行分析和比较。现场数据从检测单元上传到后台微机管理后，立即启动故障分析和判断过程，进行分析判断，“过渡期”表示电流进入老化期，“危险期”表示电流将被击穿，发生故障。不同电缆模型的判别指标不同，最终判断结构也不同。
5结束语
电力电缆担负着我国电力资源传输、分配及使用的重任，它能否正常运行直接影响到经济的发展以及人们的日常生活，因此必须对其较易发生的故障情况加以重视。在可对其绝缘状态进行在线监测的基础上，实现切确判别电缆故障是解决其安全运行问题的关键。本文中，提出一种有关电力电缆在线绝缘监测系统，可以有效的实现对电力电缆的在线监测以及故障判断，对于提升电缆运行有着重要意义。
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作者简介：姜提（1980年01月-），男，壮族，广西来宾，大学本科，助理工程师，主要从事配电线路、电力电缆工作。
论文作者:姜提
论文发表刊物:《电力设备》2018年第9期
论文发表时间:2018/7/2
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