电缆故障精确定位

电缆故障精确定位（共8篇）

电缆故障精确定位 篇1

0 引言

随着城市建设的发展, 电力电缆输电线路不断延伸与扩展, 同时在市区原有架空输电线路逐步由电缆取代更新, 所以供电网络中电力电缆所占的分量越来越重, 数量也日益增多。与此同时, 电缆本身随运行时间累计增加, 带来绝缘老化、受潮腐蚀及外力损伤的概率也增多, 导致电力电缆运行中故障次数增加, 给工农业生产和民生造成重大损失和不安全局面, 所以, 一方面要防患于未然, 采取积极的组织措施和技术措施来保证电缆的正常运行, 另一方面, 一旦发生电缆运行事故, 能迅速寻找出故障点及时处理, 消除故障, 恢复正常供电, 尽可能将事故损失减少至最低。

1 电缆故障的成因及性质

造成电缆故障的原因主要有以下几种: (1) 外力损伤。电缆的很多故障是由于敷设安装时造成的机械损伤或敷设后在电缆线路上施工造成的外力损伤而直接引起的。有时虽然损伤轻微, 但在几个月甚至几年后其损伤部位的绝缘将逐渐降低而导致击穿。 (2) 绝缘受潮。附件密封不良或本体有小孔及电缆长期在潮湿的环境中运行导致电缆绝缘层受潮, 电缆绝缘性能降低。 (3) 长期过负荷运行。由于过负荷运行, 电缆的温度会随之升高, 尤其在炎热的夏季, 电缆的温升常常导致电缆薄弱处和对接头处首先被击穿。 (4) 制造质量、设计质量、施工质量不符合标准。设计和制作工艺不良, 不按规程要求制作, 也往往是形成电缆故障的重要原因。 (5) 化学腐蚀导致电缆故障。电缆保护层受地下酸碱腐蚀而导致绝缘被破坏。

电缆故障性质主要有: (1) 低阻接地故障。 (2) 高阻接地故障。 (3) 短路故障。 (4) 断线故障。 (5) 混合故障。

2 电缆故障查找方法

根据仪器和设备的测试原理, 电缆故障初测可分为电桥法和脉冲法两大类。

2.1 电桥法

用直流单桥测量电缆故障是测试方法中最早的一种, 目前仍广泛应用。尤其在较短电缆的故障测试中, 其准确度仍是最高的。电桥法适用于低阻单相接地和两相短路故障的测量。

1) 单相接地故障的测量

测试单相接地故障接线如图1所示。

若电缆长度为L, 故障点距离起始端距离为LX, 则当电桥平衡时, 有:

2) 两相短路故障的测量

基本上和测量单相接地故障一样, 所不同之处就是利用两短路相中的一相作为单相接地故障中的地线, 以接通电桥的电源回路。其测量方法和计算方法与单相接地故障完全相同。

2.2 脉冲法

脉冲法是应用行波信号进行电缆故障测距的测试方法, 分为低压脉冲法、闪络法、二次脉冲法。

1) 测试原理

在测试时, 从测试端向电缆中输入一个脉冲行波信号, 该信号沿着电缆传播, 当遇到电缆中的阻抗不匹配点 (如开路点、短路点、低阻故障点和接头点等) 时会产生波反射, 反射波将传回测试端, 被仪器记录下来。假设从仪器发射出脉冲信号到仪器接收到反射脉冲信号的时间差为Δt, 也就是脉冲信号从测试端到阻抗不匹配点往返一次的时间为Δt, 如果已知脉冲行波在电缆中传播的速度是v, 那么根据公式L=vΔt/2即可计算出阻抗不匹配点距测试端的距离L的数值。

行波在电缆中传播的速度v, 简称为波速度。分析表明波速度只与电缆的绝缘介质材料有关, 而与电缆线径、线芯材料以及绝缘厚度等几乎无关。油浸纸绝缘电缆的波速度一般为160 m/μs, 而对于交联电缆, 其波速度一般在170～172 m/μs之间。

2) 低压脉冲法

低压脉冲法主要用于测量电缆断线、短路和低阻接地故障的距离, 同时还可用于测量电缆的长度、波速度和识别定位电缆的中间头、T形接头与终端头等。

3) 闪络法

对于闪络性故障和高阻故障, 采用闪络法测量电缆故障, 可以不必经过烧穿过程而直接用电缆故障闪络测试仪进行测量, 从而缩短了电缆故障的测量时间。其基本原理和低压脉冲法相似, 也是利用电波在电缆内传播时在故障点产生反射的原理, 记录下电波在故障电缆测试端和故障之间往返一次的时间, 再根据波速来计算电缆故障点位置。由于电缆的故障电阻很高, 低压脉冲不可能在故障点产生反射, 因此在电缆上加上一直流高压 (或冲击高压) , 使故障点放电而形成一突跳电压波, 此突跳电压波在电缆测试端和故障点之间来回反射。用闪络测试仪记录下两次反射波之间的时间, 用L=vΔt/2这一公式来计算故障点位置。

4) 二次脉冲法

二次脉冲法是近几年来出现的比较先进的一种测试方法, 其基本原理是:通过高压发生器给存在高阻或闪络性故障的电缆施加高压脉冲, 使故障点出现弧光放电, 由于弧光电阻很小, 在燃弧期间原本高阻或闪络性的故障就变成了低阻短路故障。此时, 通过耦合装置向故障电缆中注入一个低压脉冲信号, 记录下此时的低压脉冲反射波形 (称为带电弧波形) , 则可明显地观察到故障点的低阻反射脉冲;在故障电弧熄灭后, 再向故障电缆中注入一个低压脉冲信号, 记录下此时的低压脉冲反射波形 (称为无电弧波形) 。此时因故障电阻恢复为高阻, 低压脉冲信号在故障点没有反射或反射很小。把带电弧波形和无电弧波形进行比较, 两个波形在相应的故障点位上将明显不同, 波形的明显分歧点离测试端的距离就是故障距离, 如图2所示。

3 电缆故障精确定点

电缆故障的精确定点是故障探测的重要环节, 目前比较常用的方法是冲击放电声测法、声磁信号同步接收定点法、跨步电压法及主要用于低阻故障定点的音频感应法。

3.1 冲击放电声测法

冲击放电声测法是利用直流高压试验设备向电容器充电、储能, 当电压达到某一数值时, 球间隙击穿, 高压试验设备和电容器上的能量经球间隙向电缆故障点放电, 产生机械振动声波, 用入耳的听觉予以区别。声波的强弱决定于击穿放电时的能量。能量较大的放电, 可以在地坪表面辨别, 能量小的就需要用灵敏度较高的拾音器 (或“听棒”) 沿初测确定的范围加以辨认。

3.2 声磁信号同步接收定点法

声磁信号同步接收定点法 (简称声磁同步法) 的基本原理是:向电缆施加冲击直流高压使故障点放电, 在放电瞬间电缆金属护套与大地构成的回路中形成感应环流, 从而在电缆周围产生脉冲磁场。应用感应接收仪器接收脉冲磁场信号和从故障点发出的放电信号。仪器根据探头检测到的声、磁两种信号时间间隔为最小的点即为故障点。声磁同步检测法提高了抗振动噪声干扰的能力, 通过检测接收到的磁声信号的时间差, 可估计故障点距离探头的位置。比较在电缆两侧接收到脉冲磁场的初始极性, 亦可在进行故障定点的同时寻找电缆路径。这种方法定点的最大优点是, 在故障点放电时, 仪器有一个明确直观的指示, 从而易于排除环境干扰, 同时这种方法定点的精度较高, 信号易于理解、辨别。

3.3 跨步电压法

通过向故障相和大地之间加入一个直流高压脉冲信号, 在故障点附近用电压表检测放电时两点间跨步电压突变的大小和方向, 来找到故障点方法。这种方法的优点是可以指示故障点的方向, 对测试人员的指导性较强;但此方法只能查找直埋电缆外皮破损的开放性故障, 不适用于查找封闭性的故障或非直埋电缆的故障。

3.4 音频信号法

音频信号法主要是用来探测电缆的路径走向。在电缆两相间或者相和金属护层之间 (在对端短路的情况下) 加入一个音频电流信号, 用音频信号接收器接收这个音频电流产生的音频磁场信号, 就能找出电缆的敷设路径;在电缆中间有金属性短路故障时, 对端就不需要短路, 在发生金属性短路的两者之间加入音频电流信号后, 音频信号接收器在故障点正上方接收到的信号会突然增强, 过了故障点后信号会明显减弱或者消失, 从而找到故障点。这种方法主要用于查找金属性短路故障或距离比较近的开路故障的故障点, 对于故障电阻大的短路故障或距离比较远的开路故障则不适用。

4 典型事例

2011年6月11日苏州高新区某电缆出现故障, 电缆型号为10 k V交联聚乙烯电缆, 电缆长度950 m。

到达现场后先将电缆两端解开, 进行绝缘电阻试验, 得到数据为AB、BC、CA相间绝缘电阻均为10 GΩ, A、B相线芯对地绝缘电阻为10 GΩ, C相线芯对地绝缘电阻为500Ω。

经过判定为C相高阻接地故障, 所以选用二次脉冲法和声磁同步法进行电缆故障查找。

在故障电缆的一端利用二次脉冲法对其进行故障初定位, 得到波形如图3所示, 因此判断故障点应在距离电缆起始端196 m附近。

在该故障电缆距离起点的185～205 m处利用声磁同步法进行精确定点, 发现在198 m处声磁时间差值最小且耳机放电声音最大, 于是在此处开挖, 并找到电缆故障点, 确认为电缆上方工地挖掘机施工时损坏电缆外绝缘所致。

在实际工作中, 由于故障电缆的状况与故障类型复杂性以及城市建设的快速发展客观上改变了电缆的存在状态, 如埋深、标定参照物等。此外, 急剧增加的车辆和其他噪音也加大了电缆故障的查找难度。因此更要求在充分了解技术、仪器的基础上, 密切联系现场实际, 以此来提高测寻效率, 减少因电缆故障带来的供电损失。

电缆故障精确定位 篇2

研究一种基于分布式光纤振动传感原理和电缆局部放电原理的电力电缆故障定位技术。通过在电缆上施加高压脉冲，使得电缆上有故障的位置产生局部放电，从而产生振动信号。并将放电脉冲信号同步传输给分布式光纤振动监测系统。通过分布式光纤振动传感技术来探测电缆沿线放电产生的振动信号，并对振动信号进行定位。将该故障定位技术应用于电力电缆沿线上监测电缆故障的状态分布，并进行试验验证。实验结果表明，该系统可实现监测多回路30 km电缆线路的故障分布状况，并对故障点进行准确定位。

关键词：

分布式光纤传感； 后向散射； 电力电缆； 故障定位

中图分类号： TP 212文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2013.05.003

引言

电力电缆是电力传输的重要载体。但是人为因素（如：施工挖破皮、被割破皮等）和自然灾害（如：滑坡、塌方、地基沉降、腐蚀、老鼠破坏等）会造成电缆线路故障，影响电力电网建设效能的发挥。因此，应用科学手段实现对电力电缆的电缆的故障进行检测和定位、及时提醒线路维护人员提前采取预防措施显得十分的紧迫和必要。

本文研究基于分布式光纤振动传感原理为核心的智能监测技术，利用光纤传感技术对电网中的电力电缆线路的故障进行全方位实时智能监测和定位。该智能监测系统可实现对电力电缆线路的故障进行检测和定位，确保电网安全、高效运行；综合分析处理各传感器信息，并且在出现异常情况时，通过控制相应的联动设备采取一定的措施来保障电网正常运行。

1分布式光纤振动传感技术原理

分布式光纤振动传感技术是利用ΦOTDR（optical time domain reflectometer，OTDR）^[14]光时域反射计的干涉机理测试外界绕那扰动，外界扰动作用在光缆上面或附近产生的压力（振动）导致光纤中瑞利散射光^[5]相位发生变化，由于干涉作用，光相位变化将引起光强度的变化时，通过实时监测不同时刻后向瑞利散射信号的干涉效应可定位振动信号的位置，并通过建立光缆线路环境特征参数数据模型和告警监测阈值模型，降低监测告警的虚警率。

分布式光纤振动传感系统采用普通通信光缆中的一根空闲纤芯作传感单元，进行分布式光纤传感器多点振动测量^[6]。其基本原理是当外界的振动作用于通信光缆时，引起光缆中纤芯发生形变，使纤芯长度和折射率发生变化，导致光缆中光的相位发生变化。当光在光缆中传输时，由于光子与纤芯晶格发生作用，不断向后传输瑞利散射光。当外界有振动发生时，背向瑞利散射光的相位随之发生变化，这些携带外界振动信息的信号光，返回系统主机后，经光学系统处理，将微弱的相位变化转换为光强变化，再经光电转换和信号处理后，进入计算机进行数据分析。系统根据分析的结果，判断入侵事件的发生，并确认入侵地点。

2基于分布式光纤振动传感技术的电缆故障定位系统组成

整体系统由高压电缆放电试验系统、分布式光纤振动传感系统及综合平台软件组成，系统结构如图2所示。

系统通过分布式光纤振动传感系统监测来自于高压电缆上方的振动信号，通过振动信号来分析判断故障点的位置。当高压电缆放电试验系统对高压电缆发出高压脉冲信号时，同时会向分布式光纤振动传感系统发出一个上升沿或下降沿信号，以作标记信号。分布式光纤振动传感系统根据高压电缆放电试验主机给的脉冲同步信号进行振动信号的采集，实时监测高压电缆的振动情况，并将监测到振动信号保存到数据库中。高压电缆放电试验系统放电结束后，由综合平台对分布式光纤振动传感系统采集到的振动信号进行分析，并结合高压电缆放电试验系统放电脉冲情况，综合分析对故障点进行定位，并在软件界面是显示整段监测光缆的波形图、故障点位置。系统数据库中保存测量的振动信号和放电信号的历史数据，并绘制成报表，由用户选择查看。

该系统以高压电缆故障时所产生的震动为监测对象，可实现以下功能：

（1）实时监测电缆走廊路面施工振动位置的振动量，并根据实时监测值显示报警状态。实时监测高压电缆故障点所产生的震动情况，可对故障点进行定位，定位误差不大于±25 m；

（2）检测到电缆故障时，在界面上显示告警提示；

（3）软件界面可显示电缆的震动波形图；

（4）能与高压电缆放电试验系统通讯，接收该系统发来的上升沿或下降沿信号；

（5）各监测值的历史数据记录展示。

3试验结果

为了验证系统是否能探测到电缆的故障信号并准确定位故障信号的位置，搭建了一个测试系统。测试验证系统选取110 kV电缆300 m，在电缆上100 m、200 m和300 m位置分别模拟放电信号。用该系统来探测电缆的放电信号及其位置。

4结论

研究的基于分布式光纤振动传感原理的电缆故障定位系统可准确探测电力电缆故障为，预防因电力电缆自身老化等原因而发生故障。制止因蓄意破坏、偷盗等情况造成的输电中断，从而保障中高压电力电缆的传输安全和通畅。当电力电缆线路发生故障时自动实现预警，自动定位故障发生位置，及时通知管理人员对警情进行有效处理，从而提高对电网供电的可靠性。

参考文献：

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电缆故障精确定位 篇3

2015年6月,珠海某220 k V电缆线路发生跳闸,经过故障巡视和测量,故障点位于长约100 m的顶管内。将故障电缆拉出后发现,电缆外护套受损严重,电缆绝缘也受到损伤(图1)。

翻查历史记录,2014年4月进行了一次电缆外护套绝缘电阻试验,当时电缆外护套出现破损现象,经电桥法故障定位,初步确定故障点位于顶管里,由于顶管长度较长、深度较深,普通跨步电压检测仪器无法进入顶管内部进行精确定位,也无法在地面定位,故无法确定电缆故障性质和故障点位置。电缆带故障运行一年后,最终发生跳闸。

本次故障如果能在2014年4月检测时精确定位和确定故障性质,及时修复故障点,可能避免跳闸事故的发生。

1传统跨步电压测试方法

1.1传统跨步电压测试原理[1]

传统跨步电压测试方法利用两根金属探针、一台检流计(图2)和一台高压脉冲发生器实现,使用时,利用脉冲电压发生器在故障电缆外护套上加入高压脉冲信号,当电缆外护套有破损故障点,脉冲电流通过故障点对大地产生泄漏时,在故障点周围的地面产生沿径由强到弱的电场梯度,即跨步电压。利用金属探针沿电缆路径可测得跨步电压的幅度和方向,检流计指针摆动的方向即为跨步电压值较高点,也就是故障点位置,通过缩小范围,可以精确定位到电缆的故障点位置(图3)。

1.2传统跨步电压测试优缺点

传统跨步电压测试方法在直埋敷设和电缆沟敷设方式下能快速精确定位到故障点位置,还能同时定位多个故障点的位置。但是,受限于排管敷设和顶管敷设的特点,利用传统跨步电压测试方法,很容易出现信号相反或没有信号的情况。特别是顶管敷设,由于电缆距离地面较远,加上MPP管本身绝缘,跨步电压信号基本无法到达地面,故而难以准确定位故障点位置。

2新型电缆故障定位装置测量方法

2.1改进思路

传统跨步电压测试方法在排管敷设和顶管敷设方式中难以定位到故障点位置,主要原因有两个:(1)脉冲电流产生的跨步电压信号无法到达地面,金属探针无法探测出信号;(2)金属探针无法进入排管和顶管内,无法直接在管内探测跨步电压信号。

原因(1)受限于土建影响,难以通过解决此问题来实现精确定位。至于原因(2),可以通过利用一种替代金属探针的装置,进入排管或顶管内探测故障点位置。

2.2改进方法

一般情况下,电缆在MPP管内静止后,电缆表皮至管内壁最多有80 mm空间,由此借助Solidworks工具设计了一种新型电缆故障精确定位探头(图4),由穿管器连接两个探头组成一套装置,进入MPP管中,直接在电缆表面滑动。

新型探头整体采用铝合金材料,有利于降低探头重量和提高探测信号灵敏度,4只独立支持柱可让接触弧面始终紧贴电缆表面,两个探头相距1 m,分别连接检流计正负极(图5)。可通过检流计指针摆动方向确定探头与故障点位置关系,利用前置高清摄像头可精确定位故障点位置,并清晰查看故障点性质。

2.3现场应用

某线路停电检测,利用电桥初步定位故障点位于#4—#5接头间一段排管内,使用新型电缆故障定位装置进入排管内部,越往排管内部,检流计指针摆动幅度由大变小,当检流计指针几乎为0的时候,通过摄像头可以清晰看见排管内部有白蚁的痕迹,基本排除是外力破坏造成的故障。

3结语

新型电缆故障定位装置在实际使用过程中成功找到了位于排管内部的电缆故障点,并清晰判断出电缆故障性质。

新型电缆故障定位装置直接进入MPP管道内,紧贴电缆表面进行故障定位,有效解决了传统跨步电压测试方法无法在地面探测故障点脉冲信号的问题。

新型电缆故障定位装置在充满水的管内更容易测出有效信号,精确度更高。

摘要：由一起敷设在顶管内的220 kV电缆遭外力破坏后运行一年跳闸的事件,引出目前无法利用现有仪器精确定位排管或顶管里的电缆故障点位置和判断电缆故障性质,据此研究出一种利用跨步电压法的新型电缆故障定位装置,能有效解决电缆在排管、顶管内无法精确定位的问题。

关键词：电力电缆,故障定位,顶管,跨步电压

参考文献

电力电缆故障分析及定位 篇4

1 电力电缆故障类型分析

1.1 开路故障

如果电缆的绝缘电阻出现无穷大的情况, 而电压却不影响用户端, 这样故障我们称为开路故障。在这种故障发生后, 电缆故障点处的阻抗无穷大。

1.2 低阻短路故障

如果电缆的绝缘电阻值变小, 与电缆自身特性阻抗相比, 绝缘电阻小于电缆自身阻抗, 甚至没有电阻, 即0≤RL

1.3 电阻泄露故障

如果电缆故障点处的直流电阻比该电缆自身的阻抗大, 这种故障类型成为电阻泄露故障。进行高压绝缘测试的时候, 随着实验电压的升高, 泄露电流也会随之增大, 如果实验电压升高到一定值时, 泄露电流就有可能超过允许的最大电流。

1.4 高阻闪络性故障

这种故障类型是泄露电流不随电压的升高而升高, 但随着试验电压的升高, 其突然增大, 反应到电流表上, 电流表指针呈现出闪络性摆动, 如果对此试验进行重复, 可以发展其具有可逆性。而故障点无电阻通道, 只是存在与闪络的表面或者放电的间隙。

1.5 护层故障

电力电缆线路一般对护层都有一定的要求, 在对护层故障位置进行准确的测定之后, 可以采用与护层相同材料的进行修补包扎, 如果护层损坏的较多, 可以套上热缩卷包管进行加热收缩, 对修补之后的护层, 在进行绝缘电阻测量或者护层直流耐压试验, 如果还存在故障, 则说明其它部位还存在故障。

2 电力电缆故障原因分析

2.1 机械损伤

由于在电缆安装的时候, 操作不当或者不小心造成电缆机械性损伤, 或者由于电缆在铺设完成后, 接近电缆路径的附近的机械施工时, 人为的造成电缆的损伤, 导致电缆绝缘层穿孔, 潮气沿着破损的地方进入到线缆的内部, 导致绝缘性能下降, 形成故障。机械损伤不严重时, 一般不会直接形成故障, 可能是在经历几个月或者几年以后故障才能明显的被察觉出来。

2.2 过电压

通常, 电力系统中, 电气设备对地绝缘只能承受相电压, 很多电机的绝缘性能只能承受几十伏的电压, 最多也不会超过百余伏。受到某些因素的影响, 往往电气设备绝缘上的电压往往都超过上述电压数值。虽然这种现象存在的时间非常短, 但其出现时数值非常高, 经常造成电气电缆绝缘闪络或被击穿。这就是我们所说的过电压, 对于瞬间的高位电压, 即便是时间非常短促, 也会造成较大的破坏, 所以, 必须要采用相关的措施, 防止电力电缆承受过电压。过电压一般是由于电力设备进行拉闸或者导通管换相时, 电路中的电感元件, 由于电流的突然变化造成感应电动势, 最主要的特点就是时间短, 呈现出尖峰状态。

2.3 绝缘老化

一般, 电力电缆的绝缘材料基本都是采用高分子有机化合物, 外多种因素的共同作用下, 其性能会出现逐渐下降的趋势, 也就是我们所说的老化现象。橡皮、塑料等材料在受热之后容易发生热老化, 在有氧、热共同作用下, 会出现热氧老化。高聚物在热的作用下可发生交联和热降解反应, 一些材料在温度达到一定程度时会析出HCl。一般热氧化作用下, 会生成过氧化物、自由基等, 过氧化物又生成两个自由基, 自由基在参与到反应中, 最后生成低分子物质或单基物质, 出现这种物质时, 表明电缆的性能已经下降的非常大, 电缆呈现出发粘、变软, 机械强度下降等状态或者呈现出变硬、变脆等, 导致电缆表现出现裂纹。

2.4 其它原因

除了上述的几种原因以外, 电缆故障还会因为一些因素导致:首先, 电缆质量的不佳, 主要是电缆绝缘质量不达标, 电缆绝缘材料的不合格, 这种电缆在短时间内就会出现故障;其次, 由于在电缆铺设时, 要经过严格计算设计, 如果线路中存在较大的欺负落差, 会导致电缆内部的绝缘油流失, 造成绝缘能力下降, 这需要在设计的时候按照规范进行线路的设计;第三, 化学物腐蚀。电缆线路在经过酸性土壤或盐碱地时, 往往会造成线缆表面的服饰;第四, 地面局部下沉影响。受地震等地质灾害或者大型建筑基础下沉等作用的影响, 很容易对电缆的表面造成损伤, 形成故障;第五, 过负荷运行时间过长。因为过负荷运行, 电缆自身的温度会不断上升尤其是在夏季, 电缆升温往往会造成薄弱环节被击穿, 这也是为什么夏季经常出现线路故障的主要原因;最后, 外电场的影响。大型电力机车轨道附近的电缆外表皮, 在长期强磁场的作用下, 极易出现电腐蚀损伤, 表皮损伤后, 潮气会进入到电缆内部, 造成绝缘破坏。

3 电力电缆故障定位

对电力电缆故障的定位问题一直是一个比较棘手的问题, 也是一个值得关注的问题, 近些年, 研究成果方面, 也出现了一些实用的定位方法。本文主要从预定位和精确定位两个方面对电力电缆故障定位的方法进行简单的介绍。

3.1 预定位

从总体来说, 电力电缆预定位可以分为行波法和阻抗法两种。行波法测量波是从首段到故障点的往返时间与传播的速度相乘, 就可以得到两倍的故障距离。而阻抗法测量是从首段到故障点之间的阻抗, 利用特定故障算法进行计算定位。

1) 行波法

这种方法主要包含两个方面:现代法和驻波法。驻波法主要把电缆作为传输线, 利用其上的驻波谐振现象, 对电缆的相对电阻值较低的一类故障或断线故障进行测量。现在对这种方法利用的不多。而现代法主要包含高压脉冲反射法、低压脉冲电流法、高压脉冲电压法及二次脉冲法。对于断线故障和低阻故障, 低压脉冲反射法较为适用, 这种方法可以测得行波在电缆中传播的速度, 还可以对电缆的长度进行测量。低压脉冲反射法主要是向故障电缆注入低压脉冲, 记录其在电缆中传播时的各种参数, 通过记录的参数进行计算, 得出故障点的距离。其原理如图1所示:

对于高阻故障而言, 高压脉冲电流法、二次脉冲法及高压脉冲电压法都是比较适合的。高压脉冲电流法主要是采用线性电流耦合对电缆中电流行波信号进行收集, 对故障点采用高压击穿的方法, 在仪器内记录故障点的信号, 通过分析计算出故障点距离。高压脉冲电压法是通过脉冲高压或直流高压信号将故障点击穿, 然后根据分析计算得出故障点的距离。二次脉冲法是新近的一种预定位方法, 功能较多, 且操作简单, 可以对回波图形进行解释, 其原理是施加高压脉冲, 使故障点出现弧光放电, 通过耦合装置注入低压脉冲信号, 对带电弧波形进行记录, 等到电弧熄灭后, 再次注入低压脉冲信号, 对无电弧波形进行记录, 然后将两种波形进行比对, 在波形中, 故障点反应出的波形是不同的, 具有明显的差异处就是故障的地方。

2) 阻抗法

该方法也包含两个方面:电桥法和分布参数计算高阻故障法。电桥法是利用四臂电桥对电缆芯线的交流电容或实际电阻进行测量, 然后对电缆的实际长度准确的测出, 根据比例关系, 计算得出故障点。其中最为简单的是电阻电桥法, 如图1所示原理。

分布参数计算高阻故障发, 主要是在分布参数线路理论的基础上, 通过故障距离方程的推导得出故障的距离。原理为对高阻故障电缆施加高压信号, 使故障点出现闪络, 故障点高阻故障转变为电弧电阻, 通过故障点的电流与电压同相位, 然后对线路首段的电流和电压进行采集, 最后通过计算确定故障点。

3.2 精确定位

与预定位相对应, 精确定位所测得的故障点相对比较准确。因此精确定位是在预定位的基础上对故障点精确进行定位的一种方法。也是减少定位故障的有效工作。精确定位一般是电缆故障测试工作的最后一道工序, 也是最重要的一道工序。精确定位主要是对故障电力电缆线路施加高压脉冲, 然后根据故障点所产生的电磁信号机声音信号, 在地面上配合振动传感器获取的电缆声音信号, 一般在声音信号最大的地方就是故障点的准确位置。这种方法也成为声测法。

4 结论

电力电缆故障在实际生活中是比较常见的, 因此要采取必要的措施进行预防, 一旦出现故障, 首先要对其故障的类型及故障的原因进行分析, 然后根据故障状态确定故障的位置, 最后对故障进行处理, 保证供电系统的正常运行。

摘要：由于各种原因, 电力电缆线路常常会出现不同程度的故障, 故障的出现会造成电网运行的异常, 使供电出现中断, 影响人们的正常生活。对故障的检测、定位及修复需要耗费大量的人力、物力、财力, 因此应该尽可能降低故障的出现。本文主要对电力电缆线路的故障类型进行分析, 寻找出现故障的原因, 并介绍几种定位故障点的方法。

关键词：电力电缆,故障,类型,原因,定位

参考文献

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电缆故障定位有效击穿的研究 篇5

1 电缆故障的分析

1.1 电缆故障的分类

电缆故障的分类有多种, 根据故障电阻和击穿间隙的情况, 其可分为开路、低阻、高阻、闪络等[1,2,3,4]。

(1) 开路故障。若电缆相间和相地之间的绝缘电阻达到所要求的规范值, 但工作电压不能传输到终端, 则可判断为开路故障。即电缆中某一相或几相导体断开不连续。

(2) 低阻故障。电缆相间或某一相对地绝缘电阻<10Z0, 而导体连续性良好者称为低阻故障, 有时也称为短路故障或接地故障。

(3) 高阻故障。其是相对于低阻故障而言, 电缆相间或相对地绝缘损坏, 其绝缘电阻为较大一类故障。电缆相间或相对地之间绝缘电阻低于正常值较多, 大幅远高于10Z0, 且导体连续性良好的被称为高阻故障。

(4) 闪络故障。这种故障多出现于电缆中间接头或终端头内。发生此故障时, 故障现象未必相同。有时在接近所要求的试验电压时击穿, 然后恢复;有时会连续击穿, 但频率不稳定, 间隔时间数秒至数分钟不等。有时电缆在一定电压下发生击穿, 待绝缘恢复后击穿现象便完全停止, 通常称这类故障为封闭性故障。

1.2 电缆故障的模型分析

当电缆发生故障时, 故障点的模型可用图1进行等效分析。

其中, D代表故障点的击穿间隙;R代表绝缘电阻;C代表局部分布电容。这3个值互相之间并无必然联系, 且随着故障的不同变化较大。电阻R的大小取决于电缆的碳化程度, 电容C的大小取决于故障点的受潮程度, C的数值较小, 一般可忽略[3,4,5,6,7]。根据电缆的故障分类如表1所示。

2 高压脉冲信号的分析

2.1 高压脉冲信号的产生

高能脉冲的产生主要是依靠高压脉冲信号发生器, 其包括高压脉冲信号电源模块和控制模块。高压脉冲信号电源模块包括电动调压器、试验变压器、高能硅堆、脉冲电容和能隙组件。总体设计框图如图2所示。

由图3脉冲产生电路可知, 电源开关连接至高能冲击信号控制器模块, 由高能冲击信号控制器模块控制开关电源, 当开关闭合后, 220 V交流电压信号由插座接入, 送至高能脉冲信号电源模块的电动调压器。经电动调压器T1调整后, 送至试验变压器升压, 产生高压交流信号, 交流高压信号通过高压硅堆转换为直流高压信号, 再送至脉冲电容进行充电。在与脉冲电容相连的球隙组件中, 参考金属球与能隙金属球之间的距离接近至一定程度时, 球隙间的空气将被击穿, 从而产生高压直流脉冲信号, 并经过高压信号端子输出到故障电缆。

2.2 能量的计算和量化

当电缆故障点恰好击穿时, 根据此时脉冲电容的容值和电容两端的电压, 通过公式和可近似计算出故障点击穿所需的能量。而冲击信号的能量又与能隙球之间的距离相关, 对同轴电缆和10 k V高压电缆进行故障试验, 结果如表2所示。

由上表可知, 击穿电压在8 k V, 能量在512 J时, 且故障点的故障间隙并非过大的情况下, 便能够击穿故障点, 实现故障的检测;当击穿电压<8 k V时, 能隙球之间会发生爬电现象, 故障点不会被击穿;而当击穿电压>8 k V时甚至≥10 k V时, 故障点将被完全击穿。

3 工程实例分析

江苏省昆山市某建筑工地10 k V高压电缆发生故障, 使用江苏三通仪器生产的DG-AS型电缆故障测试仪粗侧到故障点的位置约在120 m。加上高能信号发生器进行故障点击穿, 能隙大小调节为0.5 cm, 击穿电压调节为8 k V, 故障点被击穿。再使用与测试仪器配套的DG-LR型定位接收器约在120 m处接收击穿声音, 由于外界环境较吵, 声音较弱, 所以加大能量, 调节到800 J, 即击穿电压调节到10 k V、能隙大小调节到1 cm时, 可清晰地听到电缆故障点处的击穿声, 将电缆挖开, 确定了故障点的位置。

4 结束语

本文详细分析了电缆故障类型以及电缆故障点的模型, 通过对同轴电缆和10 k V高压电缆进行了高压信号有效冲击试验分析, 计算出了有效冲击的能量界限。然而电缆故障以及型号多种多样, 电缆故障测试现场的状况也复杂多变, 所以使用高压信号进行故障点击穿也就不能统一而论, 需结合现场实际情况具体分析, 例如有时会因外界环境、电缆长度等综合因素需加大能量, 否则将会带来故障定位的困难。

摘要：地埋电缆会发生众多故障, 而在对故障的检测中, 尤其是对高阻和开路故障检测中会使用高能信号对故障点进行击穿, 然而击穿是否有效以及击穿的程度则较难判断。文中介绍了高能信号的产生, 并对同轴电缆和10 kV高压电缆对故障点有效击穿进行了分析, 通过试验计算得出了电缆故障点有效击穿时所需击穿电压和能量的大小, 并通过工程实例验证了该结果的有效性。

电缆单相接地故障诊断及定位方法 篇6

1 斗轮机变扁平电源电缆单相金属接地故障寻找方法

斗轮机变扁平电源电缆因外力损坏, 检测A相对地绝缘电阻为零, 诊断为单相金属接地故障。其电缆型号:YJGCFPB 3*35+3*16/3 10k V;长度:145米;敷设方式:电缆上卷缆盘后其两端作电气连接, 斗轮机运行时电缆为平地敷设。拆下的斗轮机变扁平电源电缆两侧电缆头已拖至一起, 采用直流电阻测试仪检测A相故障电缆回路直流电阻, 通过测试数据进行计算分析, 以确定故障点的位置。故障电缆电路如图1所示。

测试结果如下:测得A1对屏蔽层电阻为0.749Ω;A2对屏蔽层电阻为0.121Ω;测得A相导体电阻为0.115Ω;A相屏蔽层电阻为0.755Ω。

A相导体电阻与A相屏蔽层电阻之和为0.87Ω;电缆总长度为110m;采用比例式计算A1至故障点的距离:0.87/110=A1/х, х=94.7m;A2距故障接地点距离为110-94.7=15.3m, 随后在A2端锯掉15.5m后, 检测绝缘电阻合格, A相电缆故障接地点已排除。

2 循环水泵电源电缆单相低阻接地故障寻找方法

2.1 有效地发现接地故障的方法

#7循环水泵电源电缆在解开与电机连接的情况下, 用2500V兆欧表检测绝缘电阻时, 发现电缆B相对地绝缘电阻为零。采用500V数显绝缘电阻测试仪复测, 发现B相对地绝缘电阻为0.56MΩ, 可以诊断为单相低阻接地故障。

采用直流泄漏试验接线方式, 用声测法寻找电缆故障点。施加试验电压, 利用电容器充电后经过间隙向故障电缆芯线放电, 在故障点能听到明显放电噼啪声, 从而达到确定故障位置的目的。试验中所用电容器型号YY10.5-12-1, 额定电压:10.5k V, 电容:0.35μF;所加直流试验电压, 不应超过电容器的额定电压折算至直流电压值, 经验值在5~10k V即能有效地发现故障点。

2.2 声测法试验接线图 (如图2)

K-电源开关, TB-调压器, B-升压变压器, KV-直流分压器, C-稳压电容器, R-保护电阻, D-高压硅堆, TA-跳闸按钮, HA-合闸按钮, LJ-电流继电器及接点, JQ-交流接触器及接点。

2.3 检试处理和注意事项

(1) 按图2接线 (电缆A、C相接地) , 经工作负责人检查正确无误, 并在电缆两端设专人监护。

(2) 接通试验电源从零起升压至5k V (经验值) 左右, 调整间隙放电时间大约为5秒钟放电一次;也可用导线固定在绝缘棒上并连接故障电缆芯线, 手拿绝缘棒的另一端, 间距约5秒钟直接点击电容器对故障电缆芯线放电。

(3) 改接线、调整放电间隙前, 应将调压器降回零位, 断开电源后将电容器、电缆对地放电。

(4) 事前查看检试记录, 了解电缆中间接头位置、电缆沟是否有积水等, 以便确定沿电缆敷设方向进行巡查听诊的主要位置。

(5) 在较短的时间内发现靠近循环水泵房侧约80m处电缆中间接头处有放电响声。

(6) 拆开电缆中间接头后, 分别检测循环水泵侧和厂用电侧电缆绝缘电阻合格, 电缆故障点已确定是在中间接头处。

(7) 检修人员重做电缆中间接头后, 经试验合格后及时投入运行。

3 结论

斗轮机变扁平电源电缆是在换下后进行故障诊断的, 如果是就地进行故障诊断, 则要解开其电气连接线, 断开其屏蔽层接地线, 采用另一相绝缘完好的电缆在远端做好相应连接构成环线, 方可测量故障相回路直流电阻。

车载式电缆故障定位装置的应用 篇7

1 电缆测试车的基本装备

1) 集成的电缆故障定位系统。

传统故障定位系统通常由多个独立的部件(变压器、电容器等)组成,操作时需先将各部件进行接线,比较费时,而且接线时需防止接线错误;各部件间高压连接部分都裸露在外,安全性不高且操作不方便。电缆测试车配有集成的故障定位系统,其特点如下:

(1) 采用了集成化的设计,所有的高压部件都集成在了一个大的单元中,并采用工业总线进行控制,所有的高压操作均在控制单元上进行,操作室与高压室相对独立(见图1)。

(2) 操作室内配有消防灭火器、烟感报警器和应急灯,高压室内配有安全监测与保护系统,一旦发生异常,系统会自动切断高压并接地放电,具备良好的安全性和易用性。

(3) 采用自动控制技术,操作非常简便,并且功能完备,可以快速定位各类电缆故障。

2) 高效的操作系统和控制界面:

(1) 采用Linux操作系统,运行稳定、不易受病毒侵扰,同时又具有扩张性强、应用灵活的特点。系统的测试数据可通过USB接口导出,并与Windows操作系统兼容。

(2) 采用简洁操作界面,单键控制,菜单式操作,从波形图中可以轻易找到故障点。

3) 便捷的车载系统。

电缆测试车的车载系统可选用汽车进行相应的改装而成。

2 电缆测试车的技术特色

2.1 电缆测试车的三次脉冲定位技术

电缆故障测寻包括确定电缆故障的性质、故障点预定位和精确定点3个环节。其中预定位和精确定点最为重要,直接决定着故障查找的效率。预定位是故障测寻中最关键性的步骤,如果无法预定位或者预定位不准确,将直接影响到故障测寻的效率。电缆测试车采用了三次脉冲法这一先进的预定位技术。该技术在故障预定位与精确定点上都具备完善的功能。

1) 电缆故障预定位。

三次脉冲法是目前世界上最先进的电缆故障定位技术之一,其独有的双次高压冲击模式,冲击能量最大可达3 760 J,可以预定位绝大部分的高阻故障,且波形清晰,容易判断,定位精度高,特别适合高温、多雨情况下,受潮进水不易击穿和燃弧的电缆故障。原来很难预定位的电缆接头故障,三次脉冲法也可容易进行预定位。

2) 电缆故障精确定点。

传统设备冲击能量比较低,通常只有几百焦耳且不稳定,故障点放电信号不强,对高阻故障较难预定位;一旦遇到有环境噪声干扰、埋深较深、接头进水等情况时,更难精确定点。而测试车精确定位时最高冲击能量均可达到2 560 J,保证了故障点处有足够强的放电信号,可快速定位故障点。

2.2 三次脉冲法的定位原理及方法

三次脉冲法(又称为增强型弧反射法),是电缆测试车的核心专利技术,是在二次脉冲法(弧反射法)的基础上改进而来。它增加了一个可以产生高达1.5 kV测试脉冲的专门脉冲发生器及一个专门的4 kV中压冲击单元(见图2)。三次脉冲法首先通过专门的脉冲发生器测量脉冲得到参考波形,脉冲幅值最高可达1.5 kV,可测量较长的电缆并有效地减小干扰,紧接着高压脉冲击穿故障点产生燃弧,在燃弧电压降至4 kV时,释放4 kV中压脉冲来稳定和延长燃弧时间至50 ms,在燃弧最充分时自动触发专门的脉冲发生器测量脉冲,从而得到准确的故障波形。参考波形和准确的故障波形自动叠加后的变化点便是故障点。

3 电缆测试车的应用实践

电缆测试车采用三次脉冲法和车载系统,使其在电缆故障定位的准确性、有效性和便捷性方面有其突出的优势。通过熟练操作和现场实践,使用电缆测试车进行电缆故障定位的时间大大缩短,对以往很难定位的电缆故障可以很快进行准确定位,不仅提高了故障抢修的效率,也使工作强度大为减轻。从2007年末至今,使用电缆测试车对电缆故障定位约110余次,均快速准确找到了故障点。

1) 松江华东政法学院电缆抢修,电缆型号为YJV22-10 3×240,电缆长度为420m。使用三次脉冲法测得波形,定位故障点位于距测试端196 m处,实际故障点距测试端为194 m,误差仅为0.4%。

2) 塔1(塔城)电缆抢修,电缆型号为ZQ21-353×240,电缆总长为859.3m。使用三次脉冲法测得定位故障点距测试端为385 m,实际故障点距测试端为387 m,误差仅为0.23%;

4 结语

电缆测试车用于电缆故障抢修大大缩短了电缆故障定位时间,提高了电缆故障抢修速度,给电缆抢修精益化生产带来了显著效果。

1) 三次脉冲法在定位长距离电缆时,误差一般不大于0.5%;在定位较短电缆(400 m以下)时,预定位误差比长距离电缆的误差要大一些。

2) 在高阻故障情况下,可先使用烧弧法将故障电阻降低,随后使用三次脉冲法,会得到比较清晰的波形。

3) 受潮后的故障电缆得到的波形可判性差时,可先使用烧弧法5 min左右,随后马上使用三次脉冲法,一般情况下会得到比较清晰的波形。

摘要：电缆故障测寻的关键在于快速、准确的故障定位。车载式电缆故障定位装置将先进的三次脉冲定位方法和装载在汽车上的集成电缆故障测试系统相结合,明显地提高了电缆故障测寻的效率。介绍了车载式电缆故障定位装置的基本装备、技术特点,以及实际应用的效果。

关键词：车载式电缆故障定位装置,故障定位,三次脉冲法

参考文献

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电缆故障精确定位 篇8

由于煤矿井下空间狭小空气潮湿且常有落顶和岩石塌陷事故发生,因而供电电缆易受砸、压、碰损害以及有害物质的腐蚀而发生漏电、短路、断线等故障。电缆故障从形式上可分为串联故障与并联故障。串联故障是指电缆一根芯线或多根芯线断开;并联故障是指电缆芯线对外皮或芯线之间的绝缘下降,不能承受正常运行电压。最常见的故障形式是单芯线接地[1],该种漏电故障容易引起瓦斯和煤尘爆炸[2]其它故障一般也是由单相接地故障引起的。因此,及时准确地排除电缆故障对煤矿的安全运行十分重要。

煤矿井下供电系统采用单端供电方式,系统中性点非有效接地,属于小接地电流系统[3]。供电系统一旦发生单相接地故障,由于接地电流较小,故很难确定故障点的位置。目前国内井下电力电缆的故障测距实际使用的大多是离线测距方式,主要分为阻抗法和行波法两类。电力电缆离线故障测距技术已基本成熟,但测距精度不高。因电缆故障引起的停电事件时有发生,在一定程度上影响了原煤的生产效率。所以,如何提高井下电缆故障测距的精度以及实现在线故障定位已成为井下供电系统迫切需要解决的问题之一。

由于故障线路零序特征量的暂态信号中含有丰富的故障特征信息,利用暂态零序无功功率在选线频带内的极性可选出故障线路,从而克服利用稳态分量及其它暂态选线方法的局限性。本文在采用暂态选线方法的基础上,利用有些频带的暂态高频信号与故障距离成一定映射关系的特点,运用小波分析与神经网络的紧密结合(即小波神经网络)来实现故障定位。仿真结果表明,该方法可以快速准确地实现井下电缆的在线故障选线和定位功能。

1 井下电缆单相接地故障特征分析

利用Simulink软件[4]可建立井下电缆供电系统的仿真模型,并得到各种故障情况下的零序电压、零序电流波形,从而分析总结它们的波形特征。系统仿真模型如图1所示,简化模拟矿井供电系统中井下中央变电所对2个采区和1个一般负荷供电。其中进线电缆(InLine)用YJV42,其正序电阻为0.08Ψ/km;500 m配电电缆(Line)为YJV32,其正序电阻为0.08Ψ/km,采区电缆(Mine Line)用UPQ,其正序电抗为0.732Ψ/km,正序电阻为0.07Ψ/km,长为100～150 m。采区电压为660～1 140 V,变压器(Ground Transformer)型号为KSJ2-100/6 6/0.69 kV 9.6/84 A Y/Y-12,其短路电压为4.5 V,短路电压有功分量为2.4 V,短路电压无功分量为3.82 V,空载损耗为600 W,短路损耗为2 400 W,电阻为0.113,电抗为0.182。隔爆移动变电站(Mine T)选用KSGZY-500/6 6/1.2 kV,其空载损耗为1 900 W,短路损耗为3 000 W,其短路电压百分比为4,空载电流百分比为2。Continuous为用户界面分析模块;Multimeter为万用表模块;Fault Scope为示波器模块。

仿真得到单相接地故障时的零序电压和零序电流波形如图2所示。从图2可看出,在发生单相接地故障的暂态过程中,零序电压和零序电流的变化很明显富含了故障特征量

2 暂态量小波分析选线

对于中性点不接地系统和经消弧线圈接地的配电网均能得到一个特征频带在该频带上故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流方向相反。假设第一条馈电线路发生单相接地故障,这时系统模型的零序网络如图3所示。

下面分别针对中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统进行分析。

(1)中性点不接地系统

从线路k的测量端看进去,输入零序等效阻抗为

式中:Zλ为零序特征阻抗,,其中γ0k、Z0k、y0k、L0k、C0k分别为单位长度的电阻、阻抗、导纳、电感、电容;γ为线路的零序传播常数,;Lk为线路长度;Zlk为末端负荷的零序等值阻抗。

若Zlk=∞,则有

由式(2)可导出Z0k的相频特性:

则线路k将交替发生串联谐振和并联谐振,阻抗在串联谐振时呈容性,在并联谐振时呈感性,且随着频率的升高交替呈现容性和感性。

非故障线路首次发生串联谐振(Z0k的相频特性φ=0)的临界频率为

在0<ω<ω0频带内,零序等效阻抗呈容性。设ωmin为所有非故障线路自身首次发生串联谐振频率的最小值,则在0<ω<ωmin配电线路的特征频带内,所有线路零序等效阻抗均呈容性。健全线路可等效成一个集中电容参数,而故障线路的零序等效阻抗为所有健全线路零序等效阻抗的总和。所以在选定的特征频带内,零序容性电流可理解为由故障点虚拟电源U0放电产生,经故障线路分配给其余非故障线路,即故障线路的容性电流幅值大于任何一条非故障线路,且故障线路的容性电流从线路流向母线,而非故障线路的电流从母线流向线路,二者的零序容性电流方向相反。

(2)中性点经消弧线圈接地系统

设消弧线圈在频率ωr下可以完全补偿系统的电容电流,则有

式中:C0为整个中性点不接地系统的零序网络对地等效零序电容。

那么在任意频率ω下,故障线路i检测的容性电流为

式中:分别为整个网络、出线k、消弧线圈的零序电流;U0为零序电压;C0h为故障线路等效参数电容;C0(ω)、C0(ωr)分别为任意频率ω下、临界频率ωr下的电容值。

若,则故障线路中仍有容性电流且其方向从线路流向母线,与非故障线路的容性电流流向相反。故障线路含有电容电流的临界条件为

式中:ωL为故障线路容性电流为零时的频率。

则在ωL<ωmin频带内,故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流方向相反,消除了消弧线圈的影响。

所以对于中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统的配电网,均有一个特定的频带,在该频带内故障线路的零序电流与非故障线路的流向相反。这样在选定的特征频带内,根据零序无功功率的传输方向就可以判断出故障线路,即零序无功功率为正时,线路为非故障线路,相反则为故障线路。暂态零序无功功率的计算流程如图4所示。

零序无功功率计算公式为

式中:和分别为i0(t)、u0(t-900)在小波j0和定位k上的尺度系数;dj,k和d′j,k分别为i0(t)、u0(t-900)在小波j和定位k上的尺度系数。

3 基于小波神经网络的井下电缆故障定位

小波神经网络是小波分析理论与人工神经网络结合的产物,具有小波变换良好的时频局部化特性和神经网络强大的学习能力[5]。其结合途径大致可分为松散型结合与紧密型结合,这里采用紧密型结合。

小波神经网络的结构如图5所示,其中学习样本经输入层投影压缩后作用于小波神经网络[6]。图5中,输入端有2M个节点,隐层有k个节点,给定P组输入输出样本。隐层选取的小波为Morlet小波,对网络的输出也并不是进行简单的加权求和,而是先对网络隐层小波节点的输出加权求和经Sigmoid函数变换后得到最终的网络输出。这样有利于处理分类问题,同时减少训练过程中发散的可能性[7,8]。

训练样本时,在权值和阈值的修正算法中加入动量项,引进前一步的修正值来平滑学习路径,避免引入局部极小,加速学习速率。为了避免在逐个样本训练时对权值和阈值修正可能出现的振荡,采用成批训练方法,将一批样本所产生的修正值累计后统一进行一次处理。

选取的代价函数为

式中:Yp为输出层的期望输出;yp为网络输出。

隐层输出和输出层输出分别为

式中:ψ为小波变换函数;wkm为连接权值;imp、U mp分别为神经网络输入的电流值和电压值。

小波神经网络训练算法逐步更新神经元间的连接权值wkm、wk及小波的伸缩因子ak和平移因子bk,其表达式为

式中:wknew、wkmnew、aknew、bknew为更新值;wkold、wkmold、akold、bkold为更新前的值;Δwkold、Δwkmold、Δakold、Δbkold为更新值与原值的差值;δk、δkm、δak、δbk分别为Ep对wk、wkm、ak、bk的梯度,;xpm为输入样本。

学习算法的具体实现步骤[9]:

(1)网络参数的初始化:将小波的伸缩因子ak、平移因子bk、网络连接权值wkm和wk、学习率η(η>0)以及动量因子λ(0<λ<1)赋予初始值,并令其输入样本计数器m=1。

(2)输入学习样本及相应的期望输出Yp。

(3)计算隐层及输出层的输出。

(4)计算误差和梯度向量。

(5)进行递增运算,即m=m+1,如果m

(6)当E<ε,即代价函数E小于预先设定的某个值ε(ε>0)时,停止网络的学习,否则将m重置为1,并转步骤(2)。

假设线路L1的A相发生故障,将不同条件下发生故障时得到的系统母线零序电压和线路零序电流作为输入样本对小波神经网络进行故障测距训练,然后通过训练好的网络来验证小波神经网络的实际测距能力。取表1中的故障情况,训练结果如图6所示。

从图6可看出,所选故障情况在测试中能够达到预期的结果,前提是该网络有足够的训练样本。

4 结语

提出的基于小波变换的井下电缆单相接地故障在线选线和定位方法具有精度高、抗干扰能力强、实时性好的特点。利用该方法,仅需测量井下变电站出口单端信息就能实现供电线路的选线和电缆故障定位功能,对井下供电电缆的快速、准确故障定位以及矿井的快速恢复生产和安全可靠供电具有重大意义

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