一种简易式电缆故障模拟装置的研发

冯诺旼

摘  要：现有的电缆故障检测培训方式存在“故障设置不灵活、实操机会少”等不足。该文拟探讨研发一套简易式、低成本的电缆故障类型模拟装置，根据10kV典型电缆故障产生的原理，设计该装置的内部接线方式，使其能模拟10kV电缆所有的故障类型。该装置制造成本低，便于携带，方便班组能随时随地开展电缆故障判断及绝缘电阻表使用培训和考核。

关键词：电缆故障  模拟  接线方式

中图分类号：TM72   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（a）-0040-03

近年来，因外力破坏、施工质量、产品质量引发的电缆线路故障时有发生。电力电缆线路作为电力系统的一项重要组成部分，如果故障发现不及时、检修不到位，都将直接影响着整个电力系统的安全、稳定运行，甚至导致火災、大规模停电等严重事故，给国家和企业带来不可估量的损失。因此，准确识别和快速处理电缆故障是保证电力系统安全、可靠、稳定运行的重要手段，也是输配电线路电缆运行与检修人员的考核重点。

目前国内已经有厂商研发出成熟的电缆故障模拟装置，可以模拟出多种情况的电缆故障，供运行单位开展培训及考核使用。但一套这样的装置价格高达几十万甚至上百万，难以大规模开展推广应用。且仪器体积、重量也决定其只能定点放置在培训室使用。以上两点，使得运行班组可以使用这套模拟装置开展培训的机会少之又少。

该文拟探讨研发一套简易式、低成本的电缆故障类型模拟装置，以短导线代替电缆，通过暗盒中的开关模拟多种电缆故障的发生。盖上暗盒后，让培训人员使用2500V摇表，判断故障发生的类型，检查其判断结果是否与模拟开关设置结果相一致，以达到培训目的。该装置制造成本低，便于携带，方便班组能随时随地开展电缆故障判断及绝缘电阻表使用培训。

1  国内同类装置的研发现状

（1）电子元器件+PLC控制的故障模拟装置[1]。

如图1所示，电缆故障模拟装置由模拟柜和操作台构成，模拟柜整体采用封闭外壳进行封装，便于安装维护，采用模块化结构，装置上下部位设有进线端和出线端，通过电缆接头串接于电缆线路中;中上部位为自动切换模块，实现故障之间的快速切换;中间层为故障模拟模块，各种故障模拟均由装置内部的特定故障模块实现。操作台配备触摸屏，通过PLC对自动切换模块进行控制，实现故障设置与切换。

（2）单片机控制的电缆故障模拟装置[2]。

如图2所示，该10kV电缆故障模拟教学培训箱控制部分主要由STC15F408AD单片机、JLX-12864G显示液晶模块、轻触按键及10kV继电器驱动电路构成。

按键作为设置电缆故障的指令输入端，单片机将采集到的按键信息通过软件运行设置A、B、C三相线路的故障类型及三相线路对地的故障类型，并通过液晶显示模块将故障内容显示出来，并通过单片机控制驱动相应的10kV高压干簧继电器导通或断开来模拟实际电缆故障的各种类型。

2  该项目中研发的模拟装置及其技术原理

该装置仿照目前10kV三芯电力电缆线路的运行方式和特征，设计出了一种能全面模仿各类型电缆故障的接线方式，如图3所示。

该电路中，3条电路分支分别代表A、B、C三相电缆线芯。x、y、z和x、y、z三色实心圆分别代表电缆终端01头和电缆终端02头，黑色实心圆代表金属接地点。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组分别为接地短路模拟开关、断线模拟开关、相间短路模拟开关。

电缆正常运行情况下，Ⅱ组开关应在合上状态，Ⅰ、Ⅲ组开关应在分开状态。

当Ⅰ组开关合上时，所对应的电路分支将与接地点接通，模拟该相电缆短路接地故障，合上后单相模拟电路如图4所示。

此时，使用绝缘电阻表的高压引线连上模拟电缆接头的测量端子，接地测量线接在模仿接地点的测量端子，则将测出绝缘电阻数值为0。而未合上该开关的另两相，所对应的电路分支将与接地点仍然保持断开状态，测得的对地绝缘电阻为无穷大。由此即可判断出故障相。

当Ⅱ组开关断开时，所对应的电路分支两端的通路将被断开，模拟电缆的断线故障，断开后单相模拟电路如图5所示。

此时，使用万用表的两条测量线分别接在模拟电缆接头的测量端子，或按照实际测量方法，将其中一侧端子和非故障相的端子短接，并测量另一侧的两个端子间的电阻，均能测出该相电缆电阻值无穷大。而未合上该开关的另两相，所对应的电路分支将仍然保持联通状态状态，测得的电阻几乎为0。由此即可判断出断线的故障相。

当Ⅲ组开关合上时，所对应的两个电路分支将接通，模拟该相电缆两相间短路故障，合上后两相模拟电路如图6所示。

此时，使用绝缘电阻表或万用表在任意一侧的电缆终端测量端子进行测量，均能测出该两相间绝缘电阻为0，而非短路故障的两相相间仍保持非连通状态，绝缘电阻仍为无穷大，由此可判断出相间短路的两相。

根据此原理，使用简单的材料，制作出能满足班组培训和考核使用需求的简易式电缆故障模拟装置（见图7）。

该装置将电缆故障模拟开关藏于暗盒中。通过暗盒中的开关分合进行故障模拟后，将暗盒盖上，让学员或考生利用绝缘电阻表、万用表等仪器，测量电缆的相间电阻、接地电阻、线路两端电阻等数据，判断出所模拟的是何相何种形式的故障，并与暗盒中的模拟结果进行比对，从而达到培训和考核的目的。

3  结语

该文设计了一套电缆故障模拟装置，能安全准确地模拟各种典型电缆故障，并根据培训需要在各类型故障间灵活转换、自由设定，为电缆故障检测培训提供了一种模拟实训手段，弥补了现有培训手段的不足，提高了培训效率。

参考文献

[1] 冼定，林子翔，凌志勇.10kV电缆故障模拟装置研究与应用[J].科技与创新，2018（5）：87-88.

[2] 赵法强.10kV电缆故障模拟教学培训箱的制作[J].技术应用，2019，2（26）：94-95.