高压电缆故障测试技术培训的智能化改进及探讨

张浩，马诚佳，孙一通，沈峰，涂楠

（国网浙江省电力有限公司宁波供电公司，浙江宁波，315000）

1 背景

为了使电缆检修人员掌握故障探测技术，各省市电力公司一般都通过建设电力电缆故障探测实训基地，依此来提高检修人员的实测技术。实训基地建设的通常做法是在有限的培训场地上敷设一条高压电缆，在电缆上中间的某个位置人为地破坏其主绝缘或护层绝缘，制作一个单一性故障。这种在实际电缆上制作的人为故障，一旦制作好，故障位置是固定不变的，因此故障诊断的类型与测试的故障距离保持固定状态，而且随着培训时多次的高压冲击试验，故障性质慢慢发生不可预知的改变，不利于正常培训和有效的考评。而在实际工作中，电缆发生的故障又是多种多样的，甚至会发生多点及混合型故障，测得的故障实际波形复杂多变，与人为制作故障差别很大，所以培训场地仅仅在实际电缆上制作故障的培训方式，无法满足复杂的高水平电缆故障探测技能培训的需要。

2 新型电缆故障模拟装置的应用

为了解决以上问题，同时结合宁波供电公司的实际情况，与有关单位合作开发了新型移动式电缆故障模拟装置。单相结构设计应如下图1所示。

图1 单相结构设计图

装置采用轮式移动的自动开盖立式机箱，培训时可在室内室外随时灵活移动；下层为400米长的模拟高压电缆的特型同轴线盘，耐压高达DC25KV,其内芯用来模拟故障电缆线芯，外芯用来模拟电缆外护层；中间层为故障点设置区，内包含故障模拟单元；上层连接面板，设置为故障切换开关，可以根据不同需求来设置合适的电缆故障。左右两侧为测试端和末端，用来模拟电缆的两端头。

装置可以在不同的位置分别设置高阻故障、低阻故障、闪络故障、断线闪络混合型、断线低阻混合型故障、每种故障类型可以设置多个个故障点，并可进行电缆全长测试、故障性质判断。转换键盘如图2所示。

图2 转换键盘图

装置可以配合使用不同原理、不同厂家生产的电力电缆故障定位仪器进行故障测距，现场模拟、演示各种电缆故障的详细测距过程，对电缆测试人员快速熟练掌握电缆故障测试方法，理解故障测寻的原理，具有明显的效果。初级水平的学员，经过一天的培训练习，即可完成对现场测试难度一般电缆故障的测距定位

故障模拟装置针对性的解决了传统培训方法故障类型固定的问题，而且不需要敷设真实电缆，降低投资成本，性价比非常高；故障点性质稳定、类型多变，可迅速提高学员对测试设备的操作熟练度和对测试原理的理解能力。但是故障距离相对固定，故障波形过于简单，不能完全模拟复杂的实际的现场故障波形，只适用于对电缆故障测试初级工的的培训，对于员工处理现场复杂问题的能力提升有限。

3 智能化故障模拟结合仿真技术的应用

为了解决单一的故障模拟装置难以模拟复杂现场故障波形的问题，宁波供利用现代仿真技术结合故障模拟，对现有故障测试模拟工具进行了智能化研究和改进，提升为电力电缆故障模拟与仿真测试培训系统，

该系统由电缆故障模拟装置、电缆故障测距仪仿真终端、计算机网络无线控制装置、及相关功能软件、高压测试设备共同组成，系统原理与结构如图3所示。

图3 系统原理结构图

其基本工作原理是：电缆全长、故障性质、故障距离可任意设置，测试人员模拟现场测试时，即可在电缆故障定位仿真终端获得可以调节增益、范围、大小的仿真现场实测波形。

3.1 电缆故障模拟装置

如图4所示，电缆故障模拟装置由三台屏柜组成，用来模拟一条故障电缆，从左到右分别为电缆测试终端头屏柜（简称测试端）、电缆故障模拟装置屏柜、电缆测试配合终端头屏柜（简称测试配合端）。

图4 电缆故障模拟装置

“测试端”屏柜中安装了一只10kV电缆终端头及三只相序识别装置,用此设备进行故障探测技术的学习或考核时，系统可通过相序识别装置，判知测试人员把测试线接在了哪一相上，由此可针对此相发送相应的波形数据。

测试配合端则安装了一只电缆终端头，代表故障电缆的另一端，在故障性质诊断时配合测试使用。

故障模拟装置屏柜内安装了三套可远程无线控制的电缆故障模拟装置，电缆的A、B、C三相上各安装一套，每套又分别含有开路故障模拟器、低阻短路故障模拟器、高阻故障模拟器、闪络性故障模拟器与电缆良好模拟器等五台模拟装置。工作时，根据远程计算机的指令，在指定的相上远程无线设置指定类型的故障。

3.2 电缆故障测距仪仿真终端

如图5所示电缆故障测距仪仿真终端完全仿真新一代型电缆故障测距仪，其界面、操作等与电缆故障测距仪完全一致，只是测试所得的数据波形，是由后台计算机远程根据测试人员的的操作信息实时无线输入的，是计算机仿真制作的或案例库里的实际波形。

图5 电缆故障测距仪

3.3 后台计算机及系统软件

后台计算机为windows操作系统，具有无线通信功能。计算机、安装于测试端屏柜内的相序识别装置与安装于故障模拟屏柜内的故障模拟装置控制设备等组成一个无限局域网，相互传送信息并执行相应的操作。电缆故障模拟仿真测试培训系统由仿真案例生成软件、实测案例录入软件与故障模拟仿真测试软件等三部分软件组成。

3.3.1 电缆故障仿真案例生成软件

如下图6所示的是电缆故障波形仿真软件的操作界面，人工设定电缆的基本参数（含基本信息、各相的故障类型与故障距离）后，故障波形仿真软件会自动仿真出各相的、各种测距方法下的波形，与电缆的基本信息、故障类型、故障距离等数据一起形成仿真案例，被存入临时数据存储区，作为待测案例待测。

例如：图6所示的仿真案例中，人工设定了如下电缆的基本参数。基本信息有，电缆名称：电缆甲，波速度：172m/µs，电缆全长：600m。故障类型与故障距离有：A相高阻，故障距离为360m；B相低阻，故障距离为160m；C相完好，无故障。

图6 电缆故障波形图

按A相下的“浏览”软键后，在操作界面左侧则显示出A相对地的各种测距方法下的波形，从上到下依次为A相对地的低压脉冲波形、脉冲电流波形与二次脉冲波形，以供培训教练或裁判预览与参照。其他两相的故障波形的生成设置亦是如此。

3.3.2 电缆故障仿真案例生成软件

在选用低压脉冲法与二次脉冲法测距时，由于不同的测量范围，测距仪向电缆中输出脉冲的脉宽亦不同，所以不能通过某个量程下波形的放大与缩小来获得其它量程的波形，故而实测案例的录入是比较繁琐的，需要实际的故障探测时，把所有测量范围内的波形数据都采集下来，录入至案例库内。实测案例库内的案例可经操作软件读取、预览。实测案例一经读取预览后，即被存入临时数据存储区，变成待测案例待测。案例分为初级、中级、高级三个层次，每个案例根据波形分析的难易程度归集到对应的层级，为不同层次的学员提供针对性的培训。

3.3.3 电缆故障模拟仿真测试软件

按电缆故障模拟仿真测试软件分有两层，第一层为故障模拟，第二层为仿真测试。

首先，故障模拟软件会把电缆各相的故障类型发送给故障模拟装置，故障模拟装置上的控制装置就会依照命令设置各相的故障类型，等待故障测试人员测试。例如前文图片中的仿真案例，故障类型为：A相高阻、B相低阻、C相良好，故障模拟装置上的控制装置动作后，就在对应相上设置好所要求的故障类型。

故障模拟装置设置好故障后，测试人员所面对的就如一条真正的故障电缆，故障测试也如测试一条真正的电缆一样。

综上所述，这套系统的应用有效的解决了单纯的故障模拟装置故障距离相对固定，故障波形简单，不能完全模拟实际的现场故障波形的缺点，形成了覆盖初、中、高三级级阶梯式、系统性、高效率电缆故障测试人才的培训方案，提高了本单位的高压电缆检修能力，积极响应了《高压电缆专业水平提升三年行动计划》，明确提出的重点提升电缆故障精准判断和快速修复核心能力，将宁波打造成电缆精益管理国内一流示范城市的要求，为本单位高压电缆的精益化管理提供了有力的保障。