浅析电力电缆故障测试与分析方法

浅析电力电缆故障测试与分析方法

平潭县供电有限公司丁勇350400 （福建省平潭县）

摘要：电力电缆作为电力系统的组成部分，对供电安全起着重要的作用。电力电缆在运行的过程中，由于各种原因会产生不同类型的故障，因此，电力电缆故障测试已经成为电气设备故障检修中的一项重要工作。本文首先介绍了电力电缆发生故障的原因和分类，然后又分析了电力电缆测试信号消噪及电缆测距方法，最后又重点阐述了基于 LABVIEW 的电缆故障测距系统中硬件组成设计和软件模块设计。

关键词：电力电缆；故障测试；分析方法

1 前言

随着经济的飞速发展，电力电缆在城市的配电系统中应用越来越广泛，电力电缆的数量和运行时间也逐渐增多。电力电缆在运行的过程中，由于过电压、机械损坏、绝缘老化、腐蚀等原因产生各种各样的故障，由于电力电缆大都敷设在地下或电缆沟中，当发生故障时不能通过直观的方法找出故障点，这就需要对电力电缆进行故障测试找出故障的位置，目前,电力电缆故障测试已经成为电气设备故障检修中的一项重要工作。

2 电力电缆故障发生的原因及测试步骤

2.1电力电缆故障发生的原因

由于电力电缆运行环境复杂多变，类型众多，发生故障的原因也多种多样，主要可以分为以下几个方面：⑴机械损伤，机械损伤引起的电力电缆故障比例最大，产生的原因有直接受到外力损坏、安装时的损坏和自然力造成的损坏。⑵绝缘受潮，主要是中间接头和终端结构密封不良或安装不合理造成。⑶过电压，主要由电缆内部过电压和雷击过电压造成。⑷设计和安装的原因，例如防水设计不合理，材料选择不当，机械强度不符合要求等设计原因；安装时没有按照规范施工、在潮湿的气候条件下制作接头等。

2.2 电力电缆故障分类及测试步骤

电力电缆故障分类方法很多，按照故障位置分为电缆本体故障和接头故障；按照故障现象分为封闭性故障和开放性故障；按照接地现象分为相间故障、多相接地、单相接地和开路故障等。

电力电缆故障测试一般要经过三个步骤，分别为：故障性质诊断、故障测距、精确定点。故障性质诊断是故障测试的首先步骤，目的是确定故障的严重程度和故障的类型。故障测距又叫粗测，是指在一定的误差范围之内诊断出故障的位置，根据工作原理可分为行波测距法和阻抗测距法两种；精确定点，又叫精测，是根据故障的范围，沿着电缆的路径走向，找出精确的故障位置的过程，常用的方法有音频感应法、声测法和声磁同步检测法。

3电力电缆测试信号消噪及电缆测距方法

在对电力电缆进行测距时，由于采用较高频率的采样信号，这样就不可避免的带来大量的噪声，当噪声信号较大时会影响测距信号的准确性，严重时会导致测距信号无法进行处理，因此为了提高电力电缆测距的精度，就要采取有效的消除噪声的措施。小波分析由于具有很好的时频局部性，目前在信号处理中被广泛使用。

3.1小波消噪法的原理

小波分析具有很好的时频局部性质，这种性质正好符合非平稳信号处理的需要，因此，小波变换就是基于传统的傅立叶变换不能满足非平稳信号处理的要求而产生的。由于计算机采用的是数字处理模式，因此，在实际应用中首先对连续的小波变换进行离散化。一个含噪声的一维信号模型表示如下：

()()()n e

+

=式（1-1）

sσ

n

f

n

上述式中()n f是原始信号，()n e是噪声信号，σ是噪声强度。对信号()n s消除噪声的目的就是要抑制噪声信号()n e、恢复真实信号()n f。

利用小波变换进行分析就是把原始信号分解为低频信号和高频信号，然后使用一定的方法处理高频信号中的噪声部分，最后再经过小波重构得到真实平滑的信号。

3.2 基于小波分析法的奇异点检测

由于电力电缆故障测试信号包含着故障点的种各样的信息，对这些信息的检测是故障测试信号脉冲起始点的检测，因此，起始点的检测的精度直接决定着电力电缆故障测距的精确程度。脉冲波形起始点常用的检测方法有相关法、目测法、斜率法和小波分析法等，本文将重点分析基于小波分析法的奇异点检测。其基本原理是依据脉冲起始点和信号奇异点的关系，利用小波变换分析信号奇异点的敏感性，然后通过对电力电缆不同类型的电信号进行变换，用模极大值描述电力电缆的故障特征，从而检测出信号的奇异点，找出故障距离。

由于不同的小波有不同的适用范围，为了提高检测的准确性，就要选择合适的小波。由于电力电缆中的故障信号多为突变，运用小波变换进行分析需要提取的是瞬时的、突变的非平稳信号，因此，选择的小波除了具有均匀性之外，还要具有时域和频域的带通滤波性和紧支撑性能。本文通过对几种常用的小波进行反复试验，最后选择Daubechies小波，试验结果表明该小波对电力电缆故障测试信号的检测效果较好。

4电力电缆故障测距系统的设计

相对于基于单片机开发的电力电缆故障测距系统而言，基于虚拟仪器平台设计的故障测距系统在进行功能扩展时不需要更换原来硬件资源中的部件和模块，从而能节约资金。目前，虚拟仪器技术己经有了一系列规范和标准，用户在选购时只需要选择符合统一标准的虚拟仪器模块即可。

4.1基于 LABVIEW 的电力电缆故障测距系统

虚拟仪器最早在1986 年由美国国家仪器公司提出，其基本核心是计算机，软件设计是虚拟仪器设计中最关键、最复杂的部分。在目前的各种虚拟仪器软件中，LABVIEW采用图形化的语言结构，具有极高的开发效率和强大的测量、分析和显示功能，因此得到广泛使用。本文就基于LABVIEW 虚拟仪器开发平台进行构建电力电缆故障测距系统。

4.2 系统硬件组成设计

本系统的硬件组成如下图所示：

图一系统硬件组成

由上述图形可以看出，本系统的硬件包括：信号源设备，传感器，数据采集卡和计算机组成。对故障电力电缆进行故障测试是通过把信号源设备加到电力电缆上，传感器把信号传送给数据采集卡，数据采集卡把信号再传输给计算机进行处理、存储和显示等。由此可见数据采集卡和计算机是本系统的硬件基础，其中数据采集卡的性能直接影响到故障测试系统的精度、采样速率等主要指标，为了适应行波传播速度很快的特性，本系统中的采集卡选用高速的采样频率。

4.3 系统软件模块的设计

本文设计的电力电缆故障测距系统按照下图的流程进行工作。本程序设计有自动测距和手动测距两种功能，自动测距的精度较高，判断结果客观可靠，具体分析方法是用小波分析对故障信号分析，找到脉冲波形的起始点，最后找出故障的距离。手动测距容易受到人为