CN102680854B - 一种电力电缆隐性故障及接头工艺缺陷在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力电缆隐性故障及接头工艺缺陷在线监测方法；它包括电流采集、故障录波、数据缓存、数据传输、绘制图谱、综合分析、故障定位七个步骤；利用在电缆上设置的电流互感器对电缆护层所有接地点超限电流的瞬变、突变进行采集，通过与电流互感器连接的故障录波装置将所采集的数据上传至监控主机；监控主机将收到的数据以TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台；监控平台中所设有的服务器实时对采集到的超限电流的瞬变、突变数据根据特定的分析方法进行分析比较判断，分析故障原因、定位故障段。本系统可以实现电缆电缆隐性故障及接头工艺缺陷的提早发现，为保证电力电缆长期正常运行提供基础，监视全面，故障定位准确，能做到提前预警。

Description

一种电力电缆隐性故障及接头工艺缺陷在线监测方法

技术领域

本发明涉及一种电力技术领域，尤其涉及一种电力电缆隐性故障及接头工艺缺陷在线监测方法。

背景技术

随着电力事业的不断发展，城市架空线路送电正在被地下高压电缆所取代，因此地下高压电缆的数量正急剧上升。

电力电缆在强电场下，由于潮湿或浸水环境和内部局部缺陷的共同作用在绝缘体内部形成水树，伴随的是电缆整体介质损耗随运行年限不断升高，水树将很快发展成电树枝，电树枝伴随着局部放电发生就会产生电缆本体绝缘击穿现象；由于电缆护层绝缘发生故障，将使金属护套多点接地，引起护层环流增大，增加护套的损耗，影响电缆的载流能力，严重时甚至使电缆严重发热而烧毁.

电缆接头是在现场安装的，受人为因素的影响较大，容易留下缺陷和隐患，接地点由于各种原因不能有效接地导致电缆金属护套的电位就会急剧升到几千伏甚至上万伏把电缆外护套击穿并在击穿点持续放电，造成电缆外护套温度升高甚至着火燃烧。

目前大多数供电管理部门对电缆通道的管理还处于计划检修阶段，一般采用定期巡视的方法对电缆通道及电缆通道敷设的高压电缆线路的运行状态进行检查，还没有有效的监控起来，对于电缆通道及电缆通道敷设的高压电缆线路等设备缺乏保护，存在较大安全隐患。从经济角度和技术角度来说，计划检修都有很大的局限性，定期试验和检修造成了很大的直接和间接经济浪费，许多绝缘缺陷和潜在的故障无法及时发现。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种电力电缆隐性故障及接头工艺缺陷在线监测方法，它具有针对隧道电缆在线运行时，监视隧道电缆所有的接地点，通过其接地电流的大小和变化实现电缆隐性故障的提前发现，故障原因的分析和故障定位，最终实现故障段的隔离和预警。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力电缆护层隐性故障及接头工艺缺陷在线监测方法,以下简称为监测方法，基于以下相关步骤来完成：

步骤一，电流采集，故障录波装置对电缆护层接地电流实时在线采集，故障录波装置安装在隧道高压电缆的所有接地点和接头处；

步骤二，故障录波，每一个故障录波装置可以监视多路护层接地电流，当一条线路上的某一个终端的某一路超过电流突变门槛时，这条线路的所有故障录波终端启动波形数据录波；

步骤三，数据缓存，故障录波装置按照设定的录波时长对电流波形数据进行记录，终端本地缓存；

步骤四，数据传输，故障录波装置将已经记录好的录波数据，通过供电和通信共用的电缆，上传至监控主机，监控主机将收到的数据以TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台；

步骤五，绘制谱图，监控平台对于监控主机上传的数据，根据约定，分类存储，按照突变的频次，幅值、时间顺序绘出谱图；

步骤六，综合分析，根据所绘谱图，结合平台已经保存的电缆接地示意图，对电缆护层状态按照特定的分析方法进行分析；

步骤七，故障定位。

所述特定的分析方法为，基于录波数据比较少的时候，根据电流突变的幅值、相序、各录波装置电流突变的时间先后顺序数据，绘制当次录波数据绘制的波形，结合高压电缆接地示意图，分析故障原因，定位故障段。基于各录波装置已经有历史数据分类存储，根据各录波装置录波频次，电流幅值，电流相位、突变顺序进行综合判断，分析电流突变原因，对电缆故障及故障位置做出预警。

所述监测方法，基于以上的分析完成以后，就可以实现电缆的故障定位，故障段隔离和故障预警。及早发现电缆隐性故障及接头工艺缺陷，保障电力电缆的正常运行。

本发明的工作原理

利用在电缆上设置的电流互感器对护层超限电流的瞬变、突变进行采集，通过与电流互感器连接的故障录波装置将所采集的数据上传至监控主机；监控主机将收到的数据以TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台；监控平台中所设有的服务器实时对采集到的超限电流的瞬变、突变数据根据特定的分析方法进行分析比较判断，分析故障原因、定位故障段。

本发明的有益效果：

1.当一条电缆上的某一点发生故障时，也会引起其他点被动故障，当只检测被动故障点时，会错误的判断为被动故障点发生故障。当监测所有接地点时，就可以综合判断，找出原始引起故障的接地点和被动故障的接地点，实现对故障点的快速判断和后期维护。

监测所有接地点可以实现横向对比，对判断故障和故障定位比单点监测有绝对优势。

2.交叉接地数据模型示意图：能真实反应现场电缆接头接地点的连接方式。

谱图：可以比较直观的看出电流突变幅值、密度，以及在时域上的分布情况，对判断故障提供依据，

二者结合判断的优势：综合分析是结合电缆模型及参数将整个电缆一定时间内的采集所有数据进行统计分析，分析的结果准确性高。如果根据一个终端或一次数据进行故障判断，得出的结论准确度较低。

3.系统通过对电缆线路护层环流突变进行数据录波实时展示，根据运行数据的积累，结合电缆线路模型、接地箱保护器动作次数及性能差异、电缆及接头老化程度、接地系统是否良好、土壤电阻率差异、雷击散流、温度季节及其它相关因素建立电缆运行状态分析诊断模型，实现电缆隐性故障及接头工艺缺陷的提早发现，为保证电力电缆长期正常运行提供基础。本方法监视全面，故障定位准确，能做到提前预警。

附图说明

图1：电力电缆隐性故障及接头工艺缺陷在线监测方法实施流程图；

图2：一种电缆交叉接地数据模型示意图；

图3：本发明实施例现场运行时得到的电流突变原始波形图；

图4：本发明实施例现场运行时得到的电流突变幅值-时间谱图；

图5：本发明实施例现场运行时得到的故障综合分析图。

其中，1.电流采集，2.故障录波，3.数据缓存，4.数据传输，5.绘制谱图，6.综合分析，7.故障定位。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，电流采集1：对电缆护层接地电流实时在线采集依赖于故障录波装置，故障录波装置安装于高压电缆沿线各直接接地点，采用远距离低压直流供电和远距离高速传输方法，将各录波装置挂接在同一接地线路上，实现电缆在线运行时，对一条电缆上的所有接地点的环流进行监视，监视点比较全面。

故障录波2：每一个故障录波装置可以监视多路护层接地电流，当一条线路上的某一个终端的某一路超过电流突变门槛时，这条线路的所有故障录波终端启动波形数据录波，进入故障录波流程。

数据缓存3：每一台故障录波装置按照设定的时长对所有路的电流波形数据采样，记录波形采样值，终端本地缓存，准备数据传输。故障录波终端的数据记录包含突变前电流数据，便于分析电缆发生故障原因。终端可以存储最近100个超限事件，断电数据不丢失。

数据传输4，故障录波装置将已经记录好的录波数据，分时通过供电和通信共用的电缆，上传至监控主机，监控主机将收到的数据以TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台。

绘制谱图5，监控平台对于监控主机上传的数据，根据约定，分类存储，同时按照突变的频次，幅值、时间顺序绘出谱图。

综合分析6：，根据所绘谱图，结合平台已经保存的电缆接地示意图，对电缆护层状态按照特定的分析方法进行分析，如图2为一种电缆接地示意图。电流超限的原因有护层击穿短路造成越限，操作波冲击造成越限和雷击造成越限。

故障分析：从引起接地电流超限的原因来看，电流超限并不能确定是电缆故障引起的。要确认电缆故障首先要排除操作波和雷击的因素。如果是操作波引起的，我们可以从录波数据的特性与真正的故障数据区分出来，操作波引起录波数据前一定时间电流应该都比较小，基本等于零。而真正电缆故障引起的录波数据前一定时间应该有一个稳定的工作电流。另外就是操作波引起的超限在电缆的各个检测点中产生的波形相近，幅度相当，从这一点上也能区分。再就是合闸动作不会频繁发生，软件设定在一定时间内发生几次超限才能确认故障，使用这个条件可以将操作波引起的超限排除。如果是雷击引起的，可以根据季节和天气状况进行分析排除。将非电缆故障超限排除后，可以根据超限的幅度、超限的频率、超限的时长等可设参数进行分析判断，满足条件进行故障告警。确认故障后，需要分析是哪一相的故障，可以采用下面两种方式来判断：一是采取绝对值来判断，即波动幅值最大的认为有故障。二是采取变化率来判断，根据故障时的峰值与故障前的峰值进行运算，变化率最大的认为有故障。

故障定位7：故障定位及预警：基于故障分析完成后，确认故障数据确实是电缆故障引起的，再进行下一步故障定位。首先需要将整个电缆交叉接地数据模型输入系统，在故障判断以前先确定电缆交叉互联连接方式。其次要实现故障定位，只看一个录波终端的数据是不能实现的，必须多个录波终端的数据进行横向比对才行。在挂接多个录波终端的一条电缆监测系统中，如果有其中一台上报故障信息，其它终端没有，可以判断为该终端附近电缆故障。如果多个终端同时上报故障信息。基于录波数据比较少的时候，根据电流突变的幅值、相序、各录波装置电流突变的时间先后顺序数据，绘制当次录波数据绘制的波形，结合高压电缆接地示意图，进行横向对比，分析故障原因，定位故障段。基于各录波装置已经有历史数据分类存储，根据各录波装置录波频次，电流幅值，电流相位、突变顺序进行综合判断，分析电流突变原因，对电缆故障及故障位置做出预警。所述综合判断分析电流突变原因方法如下进行：如果一次故障引起电缆各接地点同时突变，且幅值相当，本次故障确定为线芯电流超限，根据交叉互联情况，确定到某一相。如果某一时刻仅一个接地点或相邻几个接地点发生突变，可以确定为电缆绝缘故障，故障位置在突变发生接地点附近。如果单次故障数据不能分析出结论，可以根据各终端一定时间内监测电流突变的频次和幅值进行横向对比，突变幅值大且次数多的位置确定为故障段。如图5，为本发明实施例现场运行时得到的故障综合分析图。

如图2所示，结合电缆接地示意图对接地故障进行定位，挂接在#1、#4、#7、#10等接头处，#2、#3、#5、#6、#8、#9为交叉互联接头，中间经过I0～I8九段电缆，电缆交叉互联是指电缆线路分成若干大段，每大段原则上分成长度相等的几个小段，每小段之间用绝缘接头连接；绝缘机头处金属护套三相之间用同轴电缆经接线盒进行换位连接，绝缘接头处的接线盒内装设一组护层保护器，每大段的两端护套分别互联并接地。针对图2分析如下：

a.电缆相间击穿：

例如A相和B相间低阻击穿或短路，A、B线芯电流突增，造成三相不平衡，相应A、B两相的护层感应电流突增，达到超限录波限值，由于中间有4个交叉互联接头的存在，也会造成C相护层电流增大，甚至越限。将护层感应能量看作源的话，相间短路且接地，故系统中同时存在正序、负序、零序三种分量，所以故障前各相护层接地电流的相位不确定，大小不一。

情况1：如果相间击穿短路发生在一端直接接地，另一端交叉互联接地的电缆段如I0、I2、I3、I5、I6、I8上，#1A、B两护层电流先增大，由交叉互联的作用继而传递到#4的A、C两相增大，由于#4是直接接地端，能量被衰减，继续往下传递到#7的A、C两相，继续往下是#10A、C两相，由于护层电阻、感抗和接地衰减及地环流的作用，从#1到#10超限时间依次后延，如果相间击穿发生在I2、I3、I5、I6、I8上，发生时间按穿越的接地点个数和穿越的电缆长度计算。由此可以推断出发生相间短路的故障段In。(如果接地箱保护器击穿，向后传递的能量可能会急剧减小，传递距离变短)。其它相间短路分析同上。

情况2：如果相间击穿发生在两端都是交叉互联接地的电缆段如I1、I4、I7，分析方法同上

b.电缆对地击穿

单相对地击穿和相间击穿接地一样，也同时存在正序、负序、零序三种分量，所以各相护层接地电流的相位不确定，大小不一。

以图2A相I0段单相对地故障为例说明越限传递路径：发生单相对地击穿后信号向两个方向传递，向左为#1，直接接端；向右经过#2、#3两个交叉互联接头后传递到#4直接接地端即C相接地端，再经过#5、#6到#7直接接地端B相，依次类推。由于中间交叉互联且通过#4、#7两个直接接地，所以也会造成B相、C相两相的护层，再加上护层阻、抗、容等因素的存在所以在时域上各直接接地监测会有时域和谐波分量的差异，依此判断发生故障段和相位。

说明：

a．#1、#4、#7、#10为护层直接接地，#2、#3、#5、#6、#8、#9为交叉互联保护接地，其余相同，依次为两个交叉互联保护接地箱，一个直接接地箱。

b．I0～In每段电缆长度，每段长度基本相等，I0=I1=……=In，线路终点不够一个l单位长度，视情况增减接地点。LT为电缆总长度：

$L_T=\underset{i=0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}1+x$

l：每段电缆的单位长度(如110KV每段600米)

X：为末端电缆长度，x<I

LT：线路总长度

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种电力电缆隐性故障及接头工艺缺陷在线监测方法，其特征是，基于以下相关步骤来完成：

步骤一，电流采集，故障录波装置对电缆护层所有接地点的接地电流实时在线采集；

步骤二，故障录波，每一个故障录波装置监视多路护层接地电流，当一条线路上的某一个终端的某一路超过电流突变门槛时，这条线路的所有故障录波终端启动波形数据录波；步骤三，数据缓存，故障录波装置按照设定的录波时长对电流波形数据进行记录，终端本地缓存；

步骤四，数据传输，故障录波装置将已经记录好的录波数据，通过供电和通信共用的电缆，上传至监控主机，监控主机将收到的数据以TCP/IP以太网接口的方式传输到监控平台；

步骤五，绘制谱图，监控平台对于监控主机上传的数据，根据约定，分类存储，按照突变的频次，幅值、时间顺序绘出谱图；

步骤六，综合分析，根据所绘谱图，结合平台已经保存的电缆接地示意图，对电缆护层状态按照特定的分析方法进行分析；

步骤七，故障定位；

所述步骤六中的特定的分析方法为，基于录波数据比较少的时候，根据电流突变的幅值、相序、各录波装置电流突变的时间先后顺序数据，绘制当次录波数据绘制的波形，结合高压电缆接地示意图，分析故障原因，定位故障段；基于各录波装置已经有历史数据分类存储，根据各录波装置录波频次，电流幅值，电流相位、突变顺序进行综合判断，分析电流突变原因，对电缆故障及故障位置做出预警。

2.如权利要求1所述一种电力电缆隐性故障及接头工艺缺陷在线监测方法，其特征是，所述步骤二中的故障录波装置安装在隧道高压电缆的所有接地点和接头处。

3.如权利要求1所述一种电力电缆隐性故障及接头工艺缺陷在线监测方法，其特征是，所述步骤七中的故障定位及预警：基于故障分析完成后，确认故障数据确实是电缆故障引起的，再进行下一步故障定位；首先需要将整个电缆交叉接地数据模型输入系统，在故障判断以前先确定电缆交叉互联连接方式；其次要实现故障定位，只看一个录波终端的数据是不能实现的，必须多个录波终端的数据进行横向比对才行；在挂接多个录波终端的一条电缆监测系统中，如果有其中一台上报故障信息，其它终端没有，判断为该终端附近电缆故障；如果多个终端同时上报故障信息，基于录波数据比较少的时候，根据电流突变的幅值、相序、各录波装置电流突变的时间先后顺序数据，绘制当次录波数据绘制的波形，结合高压电缆接地示意图，进行横向对比，分析故障原因，定位故障段；基于各录波装置已经有历史数据分类存储，根据各录波装置录波频次，电流幅值，电流相位、突变顺序进行综合判断，分析电流突变原因，对电缆故障及故障位置做出预警。