CN103630814A - 高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法，包括如下步骤：1、在电缆带电运行情况下，分别在交叉互联接地箱和直接接地箱进线上，套装钳形电流传感器来采集电缆绝缘中流过的电流信号，在首端通过电压采集装置获得CVT二次侧电压信号；2、GPS时钟同步采集电流信号和电压信号，并将电流信号、电压信号输送至采集装置；3、提取和计算各交叉互联电缆段流经主绝缘的电流；4、通过等时间间隔测量电压电流信号对比分析，可获取带电运行情况下交叉互联电缆绝缘各段的介质损耗角变化趋势。本发明可为诊断、评估交叉互联电缆各段绝缘的健康状况和预测电缆使用寿命提供有效参考。

Description

高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法

技术领域

本发明属于在线检测技术领域，涉及高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法。

背景技术

随着城市现代化的发展，城市输配电网线路大量采用地下电缆线路代替架空输电线，其中大截面、长距离的中高压单芯电缆投运比重日益增多。

由于单芯电缆采用金属护层，在它的两端出现感应电压，感应电压幅值大小与电缆线路长度和流过线芯的电流成正比。当电缆线路很长时，金属护层上的感应电压幅值可达到危及人身安全的程度；产生的环流严重影响电缆线路的载流量；且造成电缆损耗发热，加速绝缘老化。

故长距离三相单芯电缆的金属护层都需要进行交叉互联，目的在于消除或者减弱三相电缆金属护层上的感应电压和环流，但交叉互联方式却给绝缘在线监测技术带来了极大的困难，尤其是交叉互联各段绝缘状况的测量。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种可实现在线监测交叉互联电缆9个小段的介质损耗角的变化趋势，为诊断、评估交叉互联电缆各小段绝缘的健康状况和预测各段电缆使用寿命提供有效参考的高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法，其特征在于，基于被测电缆线路是采用两端直接接地的交叉互联方式，包括以下步骤：

步骤1，在电缆带电运行情况下，分别在交叉互联接地箱和直接接地箱进线上，套装钳形电流传感器来采集电缆金属护层引出线中流过的电流信号，同时从首端变电站CVT二次侧获取电压信号；所述电流信号和电压信号通过GPS时钟进行同步采集，并将电流信号、电压信号输送至电流、电压监测装置，采集时间由用户自行设定；

步骤2，基于步骤1得到的采集时间点上采集设定的时间长度的电流信号和电压信号，通过等时间间隔测量，对电压电流信号进行对比分析（这里采用的是傅里叶频谱分析），带电运行情况下，交叉互联电缆各段主绝缘的介质损耗在线趋势测量，基于以下公式：

Δarctanδ=arctanδ₁-arctanδ₂

式中arctanδ₁表示上一时刻计算得到的电缆主绝缘介质损耗角；arctanδ₂表示下一时刻计算得到的电缆主绝缘介质损耗角；Δarctanδ表示介质损耗角变化量；tanδ表示介质损耗角正切值，即介质损耗因数；Δtanδ表示介质损耗角正切值变化量，即介质损耗因数变化量。

在上述的高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法，所述步骤1中，提取交叉互联各段流经电缆主绝缘电流信号的具体方法是：

步骤1.1，分别在交叉互联接地箱进线口和直接接地箱进线口安放钳形电流传感器，共设置十二个电流测量点；用钳形电流互感器测量交叉互联接地箱和直接接地箱进线口的电流波形，每次得到十二组电流波形，通过GPS同步时钟对电流波形进行同步采集（应当注意的是，本发明仅针对两个交叉互联接地箱采用的3个进线口的情况）；

步骤1.2，对步骤1.1中数据采集卡采集的十二个测量点电流波形进行处理后得到九个交叉互联小段流经电缆主绝缘的电流波形。

在上述的高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法，所述步骤1中，进行电压信号的具体方法是：用电压采集装置直接采集电缆首端变电站CVT二次侧单相电压波形，分压得到单相电压等效波形；由于三相电压对称，用一相电压即能够得到三相电压，通过GPS同步时钟对电压波形进行同步采集。

在上述的高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法，所述交叉互联接地箱分别有两个；直接接地箱分别有两个，所述的步骤1.2中，流经九个交叉互联小段的主绝缘电流波形的表达式分别是：

${\stackrel{\·}{I}}_{c1}={\stackrel{\·}{I}}_{1a}-0.5({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2b}-{\stackrel{\·}{I}}_{2C});$

${\stackrel{\·}{I}}_{c2}=0.5({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2b})-0.5({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3b}-{\stackrel{\·}{I}}_{3c});$

${\stackrel{\·}{I}}_{c3}=0.5({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3b})-{\stackrel{\·}{I}}_{4a;}$

${\stackrel{\·}{I}}_{c4}={\stackrel{\·}{I}}_{1b}-0.5({\stackrel{\·}{I}}_{2b}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2a});$

${\stackrel{\·}{I}}_{c5}=0.5({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2b}-{\stackrel{\·}{I}}_{2c})-0.5({\stackrel{\·}{I}}_{3b}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3a});$

${\stackrel{\·}{I}}_{c6}=0.5({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3b}-{\stackrel{\·}{I}}_{3c})-{\stackrel{\·}{I}}_{4b};$

${\stackrel{\·}{I}}_{c7}={\stackrel{\·}{I}}_{1c}-0.5({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2b});$

${\stackrel{\·}{I}}_{c8}=0.5({\stackrel{\·}{I}}_{2b}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2a})-0.5({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3b});$

${\stackrel{\·}{I}}_{c9}=0.5({\stackrel{\·}{I}}_{3b}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3a})-{\stackrel{\·}{I}}_{4c};$

其中，至

分别表示流经九个交叉互联小段电缆主绝缘的电流；

表示第一个直接接地箱三个进线口电流互感器所测量的电流，

表示第一个交叉互联接地箱三个进线口电流互感器所测量的电流，

表示第二个交叉互联接地箱三个进线口电流互感器所测量的电流，

表示第二个直接接地箱三个进线口电流互感器所测量的电流。

因此，本发明具有如下优点：可实现在线监测交叉互联电缆9个小段的介质损耗角的变化趋势，为诊断、评估交叉互联电缆各段绝缘的健康状况和预测各段电缆使用寿命提供有效参考。

附图说明

图1为本发明的主体接线示意图，其中1指三相输电线，2指的是电缆终端接头，3指的是直接接地箱（J1指的是一号直接接地箱，J2指的是二号接地箱），4指的是钳形电流传感器，5指的是金属护层引出线，6指的是中间接头，7指的是交叉互联电缆的小段，8指的是交叉互联接地箱（JX1指的是一号交叉互联接地箱，JX2指的是二号交叉互联接地箱），#1—#9分别表示9小段电缆。

图2为本发明的交叉互联接地箱和直接接地箱的测量点和电流传感器电流图。

图3为本发明的原理示意图。

图4为本发明的直接接地箱示意图。

图5为本发明的交叉互联接地箱示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法，包括如下步骤：

A）交叉互联各段泄漏电流波形获取：

如图5所示，当电缆线路采用两端直接接地的交叉互联方式，其中金属护层连接方式如下：A1-B2、B1-C2、C1-A2；B3-C4、C3-A4、A3-B4。分别在交叉互联接地箱（JX1和JX2，如图1所示）的进线口和直接接地箱（J1和J2，如图1所示）的进线口安放钳形电流传感器，共设置12个电流测量点，对每一个大环流段（如A1-B2-B3-C4，B1-C2-C3-A4，C1-A2-A3-B4）的电流测量点采用GPS时钟同步采集。其中表示J1直接接地箱三个进线口电流互感器所测量的电流，

表示JX1交叉互联接地箱三个进线口电流互感器所测量的电流，

表示JX2交叉互联接地箱三个进线口电流互感器所测量的电流，

表示J2直接接地箱三个进线口电流互感器所测量的电流。

直接接地箱J1和直接接地箱J2进线口处电流传感器测量的电流是流经测量点的电流波形，所以可得式（1）和式（2），公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{1a}={\stackrel{\·}{I}}_{11}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{1b}={\stackrel{\·}{I}}_{21}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{1c}={\stackrel{\·}{I}}_{31}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{4a}={\stackrel{\·}{I}}_{24}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{4b}={\stackrel{\·}{I}}_{34}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{4c}={\stackrel{\·}{I}}_{14}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中I₁₁表示流过A0接头的电流，I₁₂表示流过A1-B2接头的电流，I₁₃表示流过B3-C4接头的电流，I₁₄表示流过C5接头的电流；I₂₁表示流过B0接头的电流，I₂₂表示流过B1-C2接头的电流，I₂₃表示流过C3-A4接头的电流，I₂₄表示流过A5接头的电流；I₃₁表示流过C0接头的电流，I₃₂表示流过C1-A2接头的电流，I₃₃表示流过A3-B4接头的电流，I₃₄表示流过B5接头的电流。

常见的交叉互联接地箱的进线口是3个，分别为a₁（a₂）、b₁（b₂）、c₁（c₂），将钳形电流互感器放在这三个点测量电流时，测量得到两条环流回路电流的矢量和。

对于交叉互联接地箱J1，三个测量点电流互感器所测的电流分别为

可得式（3），公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{2a}={\stackrel{\·}{I}}_{12}+{\stackrel{\·}{I}}_{32}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{2b}={\stackrel{\·}{I}}_{22}+{\stackrel{\·}{I}}_{12}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{2c}={\stackrel{\·}{I}}_{32}+{\stackrel{\·}{I}}_{22}\end{array}\right.---\left(3\right)$

对于交叉互联接地箱J2，三个测量点电流互感器所测的电流分别为

可得式（4），公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{3a}={\stackrel{\·}{I}}_{33}+{\stackrel{\·}{I}}_{23}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{3b}={\stackrel{\·}{I}}_{13}+{\stackrel{\·}{I}}_{33}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{3c}={\stackrel{\·}{I}}_{23}+{\stackrel{\·}{I}}_{13}\end{array}\right.---\left(4\right)$

根据公式（1）、（2）、（3）、（4）推理得环流回路各个接头的电流波形，用电流互感器测量的电流来表征，可得式（5）、式（6）、式（7）、式（8），公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{11}={\stackrel{\·}{I}}_{1a}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{21}={\stackrel{\·}{I}}_{1b}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{31}={\stackrel{\·}{I}}_{1c}\end{array}\right.---\left(5\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{12}=\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2b}-{\stackrel{\·}{I}}_{2c})\\ {\stackrel{\·}{I}}_{22}=\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{2b}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2a})\\ {\stackrel{\·}{I}}_{32}=\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2b})\end{array}\right.---\left(6\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{13}=\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{3b}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3a})\\ {\stackrel{\·}{I}}_{23}=\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3b})\\ {\stackrel{\·}{I}}_{33}=\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3b}-{\stackrel{\·}{I}}_{3c})\end{array}\right.---\left(7\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{14}={\stackrel{\·}{I}}_{4c}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{24}={\stackrel{\·}{I}}_{4a}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{34}={\stackrel{\·}{I}}_{4b}\end{array}\right.---\left(8\right)$

各节点电流的组成成分包括环流成分和经过该节点的流经主绝缘的电流成分，可得到式（9）、式（10）、式（11），公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{11}={\stackrel{\·}{I}}_{m1}+{\stackrel{\·}{I}}_{c11}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{12}={\stackrel{\·}{I}}_{m1}+{\stackrel{\·}{I}}_{c12}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{13}={\stackrel{\·}{I}}_{m1}+{\stackrel{\·}{I}}_{c13}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{14}={\stackrel{\·}{I}}_{m1}+{\stackrel{\·}{I}}_{c14}\end{array}\right.---\left(9\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{21}={\stackrel{\·}{I}}_{m2}+{\stackrel{\·}{I}}_{c21}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{22}={\stackrel{\·}{I}}_{m2}+{\stackrel{\·}{I}}_{c22}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{23}={\stackrel{\·}{I}}_{m2}+{\stackrel{\·}{I}}_{c23}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{24}={\stackrel{\·}{I}}_{m2}+{\stackrel{\·}{I}}_{c24}\end{array}\right.---\left(10\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{31}={\stackrel{\·}{I}}_{m3}+{\stackrel{\·}{I}}_{c31}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{32}={\stackrel{\·}{I}}_{m3}+{\stackrel{\·}{I}}_{c32}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{33}={\stackrel{\·}{I}}_{m3}+{\stackrel{\·}{I}}_{c33}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{34}={\stackrel{\·}{I}}_{m3}+{\stackrel{\·}{I}}_{c34}\end{array}\right.---\left(11\right)$

其中

表示三个环流回路各自感应产生的环流分量，

表示流过A0接头的流经主绝缘的电流分量，

表示流过A1-B2接头的流经主绝缘的电流分量，

表示流过B3-C4接头的流经主绝缘的电流分量，

表示流过C5接头的流经主绝缘的电流分量，

表示流过B0接头的流经主绝缘的电流分量，表示流过B1-C2接头的流经主绝缘的电流分量，

表示流过C3-A4接头的流经主绝缘的电流分量，表示流过A5接头的流经主绝缘的电流分量，表示流过C0接头的流经主绝缘的电流分量，

表示流过C1-A2接头的流经主绝缘的电流分量，

表示流过A3-B4接头的流经主绝缘的电流分量，

表示流过B5接头的流经主绝缘的电流分量。

根据如图3所示的模型，流经主绝缘的电流的产生是相电压作用在每一交叉互联小段绝缘上产生的对地电流，流经主绝缘的电流向两端流动，方向是对地的。推导得到各交叉互联小段泄漏电流和流过这12个节点流经主绝缘的电流的关系，得到式（12）、式（13）、式（14），公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{c11}=i_{11}+i_{13}+i_{15}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{c12}=i_{12}+i_{13}+i_{15}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{c13}=i_{12}+i_{14}+i_{15}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{c14}=i_{12}+i_{14}+i_{16}\end{array}\right.---\left(12\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{c21}=i_{21}+i_{23}+i_{25}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{c22}=i_{22}+i_{23}+i_{25}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{c23}=i_{22}+i_{24}+i_{25}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{c24}=i_{22}+i_{24}+i_{26}\end{array}\right.---\left(13\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{c31}=i_{31}+i_{33}+i_{35}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{c32}=i_{32}+i_{33}+i_{35}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{c33}=i_{32}+i_{34}+i_{35}\\ {\stackrel{\·}{I}}_{c34}=i_{32}+i_{34}+i_{36}\end{array}\right.---\left(14\right)$

其中i₁₁、i₁₂表示从#1小段电缆流经其主绝缘的电流，i₁₃、i₁₄表示从#5小段流经其主绝缘的电流，i₁₅、i₁₆表示从#9小段电缆流经其主绝缘的电流；i₂₁、i₂₂表示从#4小段电缆流经其主绝缘的电流，i₂₃、i₂₄表示从#8小段电缆流经其主绝缘的电流，i₂₅、i₂₆表示从#3小段电缆流经其主绝缘的电流；i₃₁、i₃₂表示从#7小段电缆流经其主绝缘的电流，i₃₃、i₃₄表示从#2小段电缆流经其主绝缘的电流，i₃₅、i₃₆表示从#6小段电缆流经其主绝缘的电流。

对#1，#5，#9环流回路的三个交叉互联小段流经其主绝缘的电流，得式（15）、式（16）、式（17）：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{c1}=i_{11}-i_{12}\\ =(i_{11}+i_{13}+i_{15})-(i_{12}+i_{13}+i_{15})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{c11}-{\stackrel{\·}{I}}_{c12}\\ =({\stackrel{\·}{I}}_{m1}+{\stackrel{\·}{I}}_{c11})-({\stackrel{\·}{I}}_{m1}+{\stackrel{\·}{I}}_{c12})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{11}+{\stackrel{\·}{I}}_{12}\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{1a}-\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2b}-{\stackrel{\·}{I}}_{2c})\end{array}---\left(15\right)$

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{c2}=i_{33}-i_{34}\\ =(i_{32}+i_{33}+i_{35})-(i_{32}+i_{34}+i_{35})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{c32}-{\stackrel{\·}{I}}_{c33}\\ =({\stackrel{\·}{I}}_{m3}+{\stackrel{\·}{I}}_{c32})-({\stackrel{\·}{I}}_{m3}+{\stackrel{\·}{I}}_{c33})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{32}+{\stackrel{\·}{I}}_{33}\\ =\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2b})-\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3b}-{\stackrel{\·}{I}}_{3c})\end{array}---\left(16\right)$

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{c3}=i_{25}-i_{26}\\ =(i_{22}+i_{24}+i_{25})-(i_{22}+i_{24}+i_{26})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{c23}-{\stackrel{\·}{I}}_{c24}\\ =({\stackrel{\·}{I}}_{m2}+{\stackrel{\·}{I}}_{c23})-({\stackrel{\·}{I}}_{m2}+{\stackrel{\·}{I}}_{c24})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{23}-{\stackrel{\·}{I}}_{24}\\ =\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3b})-{\stackrel{\·}{I}}_{4a}\end{array}---\left(17\right)$

对#4，#8，#3环流回路的三个交叉互联小段流经其主绝缘的电流，得式（18）、式（19）、式（20）：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{c4}=i_{21}-i_{22}\\ =(i_{21}+i_{23}+i_{35})-(i_{22}+i_{23}+i_{25})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{c21}-{\stackrel{\·}{I}}_{c22}\\ =({\stackrel{\·}{I}}_{m2}+{\stackrel{\·}{I}}_{c21})-({\stackrel{\·}{I}}_{m2}+{\stackrel{\·}{I}}_{c22})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{21}-{\stackrel{\·}{I}}_{22}\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{1b}-\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{2b}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2a})\end{array}---\left(18\right)$

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{c5}=i_{13}-i_{14}\\ =(i_{12}+i_{13}+i_{15})-(i_{12}+i_{14}+i_{15})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{c12}-{\stackrel{\·}{I}}_{c13}\\ =({\stackrel{\·}{I}}_{m1}+{\stackrel{\·}{I}}_{c12})-({\stackrel{\·}{I}}_{m1}+{\stackrel{\·}{I}}_{c13})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{12}-{\stackrel{\·}{I}}_{13}\\ =\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2b}-{\stackrel{\·}{I}}_{2c})-\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{3b}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3a})\end{array}---\left(19\right)$

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{c6}=i_{35}-i_{36}\\ =(i_{32}+i_{34}+i_{35})-(i_{32}+i_{34}+i_{36})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{c33}-{\stackrel{\·}{I}}_{c34}\\ =({\stackrel{\·}{I}}_{m3}+{\stackrel{\·}{I}}_{c33})-({\stackrel{\·}{I}}_{m3}+{\stackrel{\·}{I}}_{c34})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{33}-{\stackrel{\·}{I}}_{34}\\ =\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3b}-{\stackrel{\·}{I}}_{3c})-{\stackrel{\·}{I}}_{4b}\end{array}---\left(20\right)$

对#7，#2，#6环流回路的三个交叉互联小段流经其主绝缘的电流，得式（21）、式（22）、式（23）：

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{c7}=i_{31}-i_{32}\\ =(i_{31}+i_{33}+i_{35})-(i_{32}+i_{33}+i_{35})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{c31}-{\stackrel{\·}{I}}_{c32}\\ =({\stackrel{\·}{I}}_{m3}+{\stackrel{\·}{I}}_{c31})-({\stackrel{\·}{I}}_{m3}+{\stackrel{\·}{I}}_{c32})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{31}-{\stackrel{\·}{I}}_{32}\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{1c}-\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2b})\end{array}---\left(21\right)$

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{c8}=i_{23}-i_{24}\\ =(i_{22}+i_{23}+i_{25})-(i_{22}+i_{24}+i_{25})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{c22}-{\stackrel{\·}{I}}_{c23}\\ =({\stackrel{\·}{I}}_{m2}+{\stackrel{\·}{I}}_{c22})-({\stackrel{\·}{I}}_{m2}+{\stackrel{\·}{I}}_{c23})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{22}-{\stackrel{\·}{I}}_{23}\\ =\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{2b}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2a})-\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3b})\end{array}---\left(22\right)$

$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{I}}_{c9}=i_{15}-i_{16}\\ =(i_{12}+i_{14}+i_{15})-(i_{12}+i_{14}+i_{16})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{c13}-{\stackrel{\·}{I}}_{c14}\\ =({\stackrel{\·}{I}}_{m1}+{\stackrel{\·}{I}}_{c13})-({\stackrel{\·}{I}}_{m1}+{\stackrel{\·}{I}}_{c14})\\ ={\stackrel{\·}{I}}_{13}-{\stackrel{\·}{I}}_{14}\\ =\frac{1}{2}({\stackrel{\·}{I}}_{3b}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3a})-{\stackrel{\·}{I}}_{4c}\end{array}---\left(23\right)$

下面给出表1表示12个交叉互联小段流过其主绝缘的电流的推理计算结果，表格如下：

表1

以上方法都是基于GPS时钟同步采集同一时刻电流波形的推导，完成对交叉互联各段流过绝缘的电流的求取，实现电流测量点测量得到的电流来表征交叉互联各段流过其主绝缘的电流。

B）系统电压的获取：

电压信号取电缆首端变电站母线CVT二次侧电压，用电压测量装置测量单相电压波形，经信号调理器进行隔离等处理，通过GPS时钟对电压波形进行同步采集。

在电缆首端测量单相电压的原因如下：a）交叉互联电缆线路相对整个传输线路比较短，系统电压压降可忽略，即认为同一电缆线路上4个电流测量点的电压基本相等；b）三相电压对称，用一相电压可推导三相电压；c）电压波形的获取给介质损耗角趋势测量提供起始参考相位，对介质损耗角趋势监测结果无影响；d）减少测量电压点可节约成本，并减少安装维护费用。

在获取系统电压同时，能对系统频率实现实时监测，对多次谐波电压进行测量，这对傅里叶频谱分析具有重要作用。傅里叶频谱分析与系统频率相关，和系统多次谐波电压相关。

C）介质损耗在线趋势测量：

介质损耗角可以用电压和电流波形夹角的余角表征，如式（24）：

arctanδ=π/2-(∠U-∠I)（24）

考虑测量和计算带来的误差时，介质损耗角的计算公式可改为：

arctanδ=π/2-(∠U-∠I)+θ₀（25）

误差相对稳定，可以通过补偿的手段对部分误差补偿，校正介质损耗角，减小误差大小。

采用趋势测量抵消起始的介质损耗角，可以得到：

Δarctanδ=[π/2-(∠U₁-∠I₁)+θ₀]-[π/2-(∠U₂-∠I₂)+θ₀]（26）

化简为：

Δarctanδ=(∠U₂-∠I₂)-(∠U₁-∠I₁)（27）

式中(∠U-∠I)表示同一时刻电压过零时的电流相位，即电压电流的相角差；arctanδ表示介质损耗角；Δarctanδ表示介质损耗角变化量；tanδ表示介质损耗角正切值，即介质损耗因数；Δtanδ表示介质损耗角正切值变化量，即介质损耗因数变化量。

对采集到的电压电流波形进行傅里叶频谱分析，通过测量得到的通过以上方法可实现对交叉互联电缆各段绝缘介质损耗角趋势在线监测。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法，其特征在于，基于被测电缆线路是采用两端直接接地的交叉互联方式，包括以下步骤：

步骤1，在电缆带电运行情况下，分别在交叉互联接地箱和直接接地箱进线上，套装钳形电流传感器来采集电缆金属护层引出线中流过的电流信号，同时从首端变电站CVT二次侧获取电压信号；所述电流信号和电压信号通过GPS时钟进行同步采集，并将电流信号、电压信号输送至电流、电压监测装置，采集时间由用户自行设定；

步骤2，基于步骤1得到的采集时间点上采集设定的时间长度的电流信号和电压信号，通过等时间间隔测量，对电压电流信号进行对比分析，带电运行情况下，交叉互联电缆各段主绝缘的介质损耗在线趋势测量，基于以下公式：

Δarctanδ=arctanδ₁-arctanδ₂

式中arctanδ₁表示上一时刻计算得到的电缆主绝缘介质损耗角；arctanδ₂表示下一时刻计算得到的电缆主绝缘介质损耗角；Δarctanδ表示介质损耗角变化量；tanδ表示介质损耗角正切值，即介质损耗因数；Δtanδ表示介质损耗角正切值变化量，即介质损耗因数变化量。

2.根据权利要求1所述的高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法，其特征在于，所述步骤1中，提取交叉互联各段流经电缆主绝缘电流信号的具体方法是：

步骤1.1，分别在交叉互联接地箱进线口和直接接地箱进线口安放钳形电流传感器，共设置十二个电流测量点；用钳形电流互感器测量交叉互联接地箱和直接接地箱进线口的电流波形，每次得到十二组电流波形，通过GPS同步时钟对电流波形进行同步采集；

步骤1.2，对步骤1.1中数据采集卡采集的十二个测量点电流波形进行处理后得到九个交叉互联小段流经电缆主绝缘的电流波形。

3.根据权利要求1所述的高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法，其特征在于，所述步骤1中，进行电压信号的具体方法是：用电压采集装置直接采集电缆首端变电站CVT二次侧单相电压波形，分压得到单相电压等效波形；由于三相电压对称，用一相电压即能够得到三相电压，通过GPS同步时钟对电压波形进行同步采集。

4.根据权利要求2所述的高压电缆在交叉互联下绝缘介质损耗角趋势在线监测方法，其特征在于，所述交叉互联接地箱分别有两个；直接接地箱分别有两个，所述的步骤1.2中，流经九个交叉互联小段的主绝缘电流波形的表达式分别是：

${\stackrel{\·}{I}}_{c1}={\stackrel{\·}{I}}_{1a}-0.5({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2b}-{\stackrel{\·}{I}}_{2C});$

${\stackrel{\·}{I}}_{c2}=0.5({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2b})-0.5({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3b}-{\stackrel{\·}{I}}_{3c});$

${\stackrel{\·}{I}}_{c3}=0.5({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3b})-{\stackrel{\·}{I}}_{4a;}$

${\stackrel{\·}{I}}_{c4}={\stackrel{\·}{I}}_{1b}-0.5({\stackrel{\·}{I}}_{2b}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2a});$

${\stackrel{\·}{I}}_{c5}=0.5({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2b}-{\stackrel{\·}{I}}_{2c})-0.5({\stackrel{\·}{I}}_{3b}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3a});$

${\stackrel{\·}{I}}_{c6}=0.5({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3b}-{\stackrel{\·}{I}}_{3c})-{\stackrel{\·}{I}}_{4b};$

${\stackrel{\·}{I}}_{c7}={\stackrel{\·}{I}}_{1c}-0.5({\stackrel{\·}{I}}_{2a}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2b});$

${\stackrel{\·}{I}}_{c8}=0.5({\stackrel{\·}{I}}_{2b}+{\stackrel{\·}{I}}_{2c}-{\stackrel{\·}{I}}_{2a})-0.5({\stackrel{\·}{I}}_{3a}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3b});$

${\stackrel{\·}{I}}_{c9}=0.5({\stackrel{\·}{I}}_{3b}+{\stackrel{\·}{I}}_{3c}-{\stackrel{\·}{I}}_{3a})-{\stackrel{\·}{I}}_{4c};$

其中，

至分别表示流经九个交叉互联小段电缆主绝缘的电流；

表示第一个直接接地箱三个进线口电流互感器所测量的电流，

表示第一个交叉互联接地箱三个进线口电流互感器所测量的电流，

表示第二个交叉互联接地箱三个进线口电流互感器所测量的电流，

表示第二个直接接地箱三个进线口电流互感器所测量的电流。

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