配電網(wǎng)電纜故障的快速查找對提高電纜故障處理速度、電力系統(tǒng)供電可靠性和穩(wěn)定性具有決定性作用。由于配電網(wǎng)電纜的特殊性，大多數(shù)電纜都埋在地下或地下管道或在電纜溝內(nèi)。電纜故障發(fā)生后，基本上都不能直接看到故障點。故障點的確定需要借助儀器或試驗測量的方法來查找。本文介紹了電纜故障發(fā)生的幾種原因、故障分類、查找故障的幾種實用方法以及電纜故障點查找定位。
為了加強和提高配電網(wǎng)的供電可靠性及供電質(zhì)量，許多地方已經(jīng)投入了大量的資金逐步進行配電網(wǎng)的改造和實現(xiàn)配電網(wǎng)的自動化，為實現(xiàn)配電網(wǎng)的自動化，要努力解決配電管理系統(tǒng)及配電網(wǎng)故障的處理兩個問題。通過總結(jié)現(xiàn)有的配電網(wǎng)自動化故障的處理模式并分析在具有較好通信條件的配電網(wǎng)自動化中采用配電網(wǎng)系統(tǒng)保護實現(xiàn)故障處理功能可望成為配電網(wǎng)緊急控制的主流方向。
一、供電配電網(wǎng)自動化的概念
配電網(wǎng)自動化的概念是在20 世紀90 年代提出的，但直到今天，配電自動化和其相關(guān)的技術(shù)還沒有統(tǒng)一的定義及規(guī)范。配電自動化系統(tǒng)將通信技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及計算機與電力設(shè)備相結(jié)合，將配電網(wǎng)在正常及事故情況下的控制、監(jiān)測、保護和供電部門的工作管理有機地融合在一起，能夠提高供電可靠性，改進供電質(zhì)量，與用戶建立更密切更負責的關(guān)系。按照系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，配電自動化可分為配電管理系統(tǒng)自動化、變電站自動化、饋線自動化、用戶自動化（需方管理）四個層次的內(nèi)容。其中饋線自動化是配電網(wǎng)自動化最主要的任務(wù)之一，是保障供電可靠性和供電質(zhì)量的最直接最有效的技術(shù)手段。一般來說實現(xiàn)配網(wǎng)自動化主要指10 千伏配電網(wǎng)實現(xiàn)饋線自動化。
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近年來，對電纜發(fā)生故障的原因進行了相關(guān)統(tǒng)計，數(shù)據(jù)顯示，電纜故障多為絕緣損傷而造成的閃絡(luò)性與泄漏性的故障以及導(dǎo)體斷線而引起的電纜開路故障。其最直接的原因就是絕緣強度降低，絕緣層被擊穿,而導(dǎo)致這種絕緣強度降低的因素有許多,根據(jù)實際的運行經(jīng)驗,可以分為以下幾種情況：
1.機械損傷
機械損傷所造成的故障發(fā)生率最高，這種損傷所造成的故障點容易識別，但危害性很大。在直埋電纜上搞土建施工極易將運行中的電纜損傷, 破壞嚴重時可發(fā)生短路故障, 直接影響用電單位的生產(chǎn)。造成機械損傷的原因有以下幾種:一是，電纜直接遭受外力的破壞,比如建設(shè)項目的盲目施工或者電纜被人為的破壞，破壞嚴重時會發(fā)生短路，直接影響到用電安全。二是，電纜在安裝過程中受到損傷,比如因牽引力太大而造成電纜的損壞,電纜的彎曲半徑超過所允許的限度使得絕緣層遭到破壞，以及電纜因剝切的尺寸太深導(dǎo)致電纜損傷等不規(guī)范的操作都會使電纜的絕緣層遭到破壞。三是，自然現(xiàn)象造成電纜損傷,比如熱脹冷縮現(xiàn)象導(dǎo)致絕緣橡膠的膨脹破裂，或者因地表塌陷、山體滑坡等所產(chǎn)生的過大的拉力導(dǎo)致電纜接頭被拉斷，甚至是因為外界的溫度太低而導(dǎo)致電纜或附件被凍裂等因素都會造成電纜的損壞。
2.受潮或水浸
因絕緣受潮而引發(fā)電纜故障的發(fā)生率僅次于機械損傷。電纜由于長期埋在地下或者隧道里，長時間的被水浸泡，受潮情況非常嚴重，特別是在電纜的接頭處，時間長了便會在電場的作用下形成水樹枝，進而損害電纜的絕緣強度。尤其是老電纜在被水浸泡后，會造成跑油，進而發(fā)生接地的危險以致被擊穿。此外，電纜還可能被異物刺穿或是在惡劣的環(huán)境下被腐蝕穿孔等，這些原因都會導(dǎo)致金屬護套上形成穿孔甚至裂縫，進而導(dǎo)致電纜進水。
3.長期超負荷運行
由于電流的熱效應(yīng)，當負載電流流過電纜時必將造成導(dǎo)體的發(fā)熱，同時電荷的集膚效應(yīng)、渦流損耗以及絕緣介質(zhì)損耗等都會產(chǎn)生一定的附加熱量，使得電纜的溫度升高。這種長期的超負荷運行，會使電纜長時間的承受這種過高的溫度，從而加速絕緣的老化，以至被擊穿。特別是在夏天，外界溫度高，電纜升溫快，常導(dǎo)致電纜絕緣的薄弱處被擊穿，因此在夏天，電纜故障發(fā)生率特別高。
（二）配電自動化的難點分析。配電自動化系統(tǒng)對于設(shè)備的要求較高、規(guī)模較大、建設(shè)投資較多。為實現(xiàn)配電的自動化需要克服以下幾個難點：1.變電站的10 kV 出線開關(guān)、10 kV 的開閉所、配電房、配電變壓器、并補電容器、分段開關(guān)等為配電自動化測控對象，給系統(tǒng)組織管理帶來較大的困難。2.配電網(wǎng)中許多開關(guān)設(shè)備及終端設(shè)備都是在戶外使用，而且常要抵御雷暴、污穢等自然界干擾，所以配電自動化系統(tǒng)的抗惡劣環(huán)境能力是一個亟待解決的問題。3.在配電自動化站內(nèi)，設(shè)備較多，從目前成熟的通信手段來看，較難找到一種能夠滿足所有通訊系統(tǒng)要求的通信手段，所以采用多種通訊手段相結(jié)合的方式，增加了通信系統(tǒng)的難度。
二、配電網(wǎng)中的故障處理措施及模式
在配電網(wǎng)中，配電網(wǎng)自動化采用的控制模式?jīng)Q定著配電主站、配電子站、配電終端故障的處理，采用何種控制模式實現(xiàn)故障處理對配網(wǎng)自動化的性能有很大影響。
（一）饋線的典型供電結(jié)構(gòu)。目前，環(huán)網(wǎng)和輻射網(wǎng)是我國10 kV 饋線的兩種主要供電結(jié)構(gòu)。隨著配網(wǎng)自動化技術(shù)的發(fā)展，很多輻射網(wǎng)逐步改造為手拉手的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。手拉手線路結(jié)構(gòu)：一條出線經(jīng)變電站出線開關(guān)后，經(jīng)若干分段開關(guān)分段，到聯(lián)絡(luò)開關(guān)；聯(lián)絡(luò)開關(guān)再經(jīng)若干分段開關(guān)，經(jīng)另一出線開關(guān)到另一變電站，所謂閉環(huán)結(jié)構(gòu)；正常情況下聯(lián)絡(luò)開關(guān)斷開運行，所謂開環(huán)運行。
?。ǘ┤N故障處理模式。下面主要介紹該配網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的幾種故障處理模式：基于重合器的故障處理模式、基于主站監(jiān)控的故障處理模式以及基于系統(tǒng)保護的故障處理模式。
以上兩種方式都屬于把重合器和分段器相配合的方式。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)費用低廉，所有的設(shè)備都是自具的，則不存在電源的問題。但這種方式亦有不足：正常情況下，不能監(jiān)視線路的負荷，因此用戶的用電規(guī)律無法掌控，難以優(yōu)化且改變運行方式；在發(fā)生單相接地的情況時，無法為單相接提供相關(guān)輔助信息。
1.基于主站監(jiān)控的饋線故障處理在這種模式中，需要在各開關(guān)上裝設(shè)饋線終端單元（FTU）。在正常情況下，各FTU 分別采集相應(yīng)柱上開關(guān)的運行情況信息，如負荷、功率和開關(guān)當前位置等，并將上述信息由通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)向遠方的配電網(wǎng)自動化控制中心，這種基于主站監(jiān)控的饋線故障處理方案以集中控制為核心，綜合了電流保護、RTU 遙控及重合閘等多種功能，能夠快速切除故障，故障隔離和恢復(fù)供電所用時間極短。該方案是目前饋線故障處理的主流方案，能夠?qū)伨€保護集成于一體化的配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)中，從故障切除、故障隔離、恢復(fù)供電方面都有效地提高了供電可靠性。
2.基于系統(tǒng)保護的饋線故障處理。當在饋線的網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生了相間故障或者三相故障以后，在各開關(guān)處安裝的FTU 立即起動，且同時判斷自身的功率方向，再經(jīng)快速現(xiàn)場總線實現(xiàn)跟相鄰的FTU 通信。通過綜合比較后，確定發(fā)生故障區(qū)段，此時跳開該區(qū)段兩端的開關(guān)，故障被隔離。它具有以下優(yōu)點：（1）一次性快速處理故障，提高了供電的可靠性；（2）直接將故障隔離在故障區(qū)段，不影響非故障區(qū)段；（3）保護功能完全下放到FTU，無需配電主站、配電子站的配合，使饋線故障的處理更合理。
本文對配網(wǎng)自動化中3 種典型的故障處理模式進行了總結(jié)，可以看出：系統(tǒng)保護模式是一種最優(yōu)的控制模式。它將保護功能完全下放，力求在FTU 終端裝置上實現(xiàn)饋線保護功能，這對于提高配電網(wǎng)故障處理的響應(yīng)速度和供電的可靠性是很有意義的。配電網(wǎng)自動化技術(shù)是一項高科技的系統(tǒng)工程，無論是在城市的配網(wǎng)改造還是在配網(wǎng)建設(shè)中，都具有自動化水平高，供電性能可靠、維護費用低等特點。因此，積極采用和推廣配電網(wǎng)綜合自動化技術(shù)是全面提高國民經(jīng)濟發(fā)展的有效手段。
