CN103954894A - 一种三相交叉互联电缆局放定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三相交叉互联电缆局放定位方法，属于电力电缆在线检测技术领域。技术方案是：①通过试验与建模计算建立三相交叉互联电缆局放定位知识库；②在电缆带电运行情况下，分别在交叉互联间接接地箱进线上，套装钳形局放电流传感器来采集局放信号；③通过前置机同步采集交叉互联各段的局放信号；④提取和分析交叉互联各段的局放信号；⑤将分析所得的各小段的局放信号特征与知识库对比分析，获得带电运行情况下交叉互联电缆中局放信号源的位置。本发明的有益效果是：实现在线监测交叉互联电缆的局放定位功能，为定位交叉互联电缆的绝缘缺陷提供有效参考。

Description

一种三相交叉互联电缆局放定位方法

技术领域

本发明涉及一种三相交叉互联电缆局放定位方法，属于电力电缆在线检测技术领域。 

背景技术

随着我国电力工业的飞速发展，尤其是城市电网的发展与改造，高压和超高压电力电缆得到广泛应用，相应地，电缆绝缘的状态检测工作就变得重要起来。电力电缆多采用固体绝缘的电缆，引起电缆发生劣化的原因较多，有电劣化、机械劣化、化学劣化、热劣化等。对于高压电缆（35kV及以上），均是单芯电缆，单芯电缆的缆芯通过交流电流产生的磁力线与金属护套交链使其两端出现感应电压。通常情况下，超过1km的长线路高压电缆金属护套则采用三相分段交叉互联的两端接地方式，来减小电缆金属护套产生的环流。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三小段，每小段之间用绝缘接头连接；绝缘接头处金属护套三相之间用同轴电缆（三相交叉互联连接线）经交叉互联间接接地箱（又成换位箱）进行换位连接，绝缘接头处的换位箱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。采用这种连接方式可以减小金属护套上环流。交叉互联连接等效为三角形接法，接地环流大部分相互抵消，产生的环流较小。 

由于局部放电测量能够较为全面、灵敏地反映电气设备的绝缘状况，因此，国内外的专家学者以及IEEE、IEC、CIGRE等国际电力权威组织一致认为局放检测是电缆绝缘状态评估的最直观、有效的方法。通过在线监测局放信号及相对变化量，测定劣化状态，判定电缆绝缘是否能继续运行，这对于保证电网的安全运行十分重要。目前国内外对中高压电缆的局放监测和诊断的研究已有很多，但对三相交叉互联电缆的局放定位的研究却很少见。由于长线路电缆多安装于隧道或埋于地下，人工查找局放源的位置需要耗费大量人力物力和财力，且局放源多为电缆接头内部或电缆本体内部，对于人工查找更不容易。因此，是否能够自动定位局放源对于保证电网经济稳定运行十分重要，且对智能电网的发展具有重要价值和意义。 

发明内容

本发明目的是提供一种三相交叉互联电缆局放定位方法，实现在线监测交叉互联电缆的局放定位功能，为定位交叉互联电缆的绝缘缺陷提供有效参考，解决背景技术中存在的问题。 

本发明的技术方案是： 

一种三相交叉互联电缆局放定位方法，包含如下步骤：

①通过试验与建模计算建立三相交叉互联电缆局放定位知识库；②在电缆带电运行情况下，分别在交叉互联间接接地箱进线上，套装钳形局放电流传感器来采集局放信号；③通过前置机同步采集交叉互联各段的局放信号；④提取和分析交叉互联各段的局放信号；⑤将分析所得的各小段的局放信号特征与知识库对比分析，获得带电运行情况下交叉互联电缆中局放信号源的位置。

所述的通过试验与建模计算建立三相交叉互联电缆局放定位知识库，步骤如下： 

①在实验室中，对电力电缆样品和交叉互联连接线样品进行脉冲传播试验，分别测量脉冲在电力电缆和交叉互联连接线的屏蔽层和中心导体层中传播的耦合系数K_hs、K_hc、K_ms和K_mc；

②建立三相交叉互联电缆模型，并进行分析计算在不同局放源的情况下，各个交叉互联连接线上流过的局放电流；

③通过建模计算，得出用于三相交叉互联电缆局放定位的知识库，即不同的局放源对应各个交叉互联连接线上流过不同的局放电流。

本发明适用于电缆线路为两端直接接地的交叉互联方式，分别在两个交叉互联间接接地箱进线口安装钳形局放电流传感器，每个交叉互联间接接地箱有三个进线口，共设置六个测量点；通过前置机同步采集各测量点的局放波形，每次共得六组电流波形，作为六个局放信号；通过提取和分析所得的六个局放信号的特征，并与局放定位知识库对比，获得带电运行情况下交叉互联电缆中局放信号源的位置，实现在线监测交叉互联电缆的局放定位，为定位交叉互联电缆的绝缘缺陷提供有效参考。 

本发明的有益效果是：实现在线监测交叉互联电缆的局放定位功能，为定位交叉互联电缆的绝缘缺陷提供有效参考。 

附图说明

图1为本发明的主体接线图； 

其中1指三相电缆线路，2指的是电缆接头，3指的是三相交叉互联间接接地箱，JX1指的是一号间接接地箱，JX2指的是二号间接接地箱，4指的是钳形局放电流传感器，5指的是交叉互联连接线；

图2为脉冲在电缆屏蔽层中传播的耦合系统测量实验；

图3为脉冲在电缆中心导体层中传播的耦合系统测量实验；

其中I₁、I₂、I₃指的是三个电流传感器测量的电流值；

图4为本发明的三相交叉互联电缆系统模型；

#A1-#C3分别表示九段电缆；

图5为本发明的局放在电缆接头处的传播示意图；

图6为本发明的局放在交叉互联连接线和交叉互联间接接地箱中的传播示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。 

一种三相交叉互联电缆局放定位方法，包含如下步骤： 

①通过试验与建模计算建立三相交叉互联电缆局放定位知识库；②在电缆带电运行情况下，分别在交叉互联间接接地箱进线上，套装钳形局放电流传感器来采集局放信号；③通过前置机同步采集交叉互联各段的局放信号；④提取和分析交叉互联各段的局放信号；⑤将分析所得的各小段的局放信号特征与知识库对比分析，获得带电运行情况下交叉互联电缆中局放信号源的位置。

更具体的实施方式： 

在实验室中，按图2、3对电力电缆样品和交叉互联连接线样品进行脉冲传播试验。

按图2测量脉冲在电力电缆和交叉互联连接线的屏蔽层中传播的耦合系数，通过该实验结果可以得知：三个电流I₁、I₂、I₃具有公式（1）所示的关系。并且通过进一步的实验（即将图2中d的值改为9.9m）可以推导出：当一个脉冲电流I₁传入电缆一端（端点A）的屏蔽层时，在该端点的中心导体层会因耦合效应产生两个大小相等、极性相反的脉冲背向传播。一个脉冲沿着电缆导体层传向电缆内部（端点A传向端点B），且该脉冲极性与I₁极性相反；另一个脉冲则背离端点A向外传播，且该脉冲极性与I₁极性相同。 

通过图2实验，脉冲在电力电缆和交叉互联连接线的屏蔽层中传播的耦合系数K_hs和K_ms的计算方法如下： 

其中|I₁|、|I₂|是两个电流传感器测量的第一个电流峰值的绝对值。

按图3测量脉冲在电力电缆和交叉互联连接线的中心导体层中传播的耦合系数通过该实验结果可以得知：三个电流I₁、I₂、I₃仍具有公式（1）所示的关系。并且通过进一步的实验（即将图2中d的值改为9.9m）可以推导出：当一个脉冲电流I₁传入电缆一端（端点A）的中心导体层时，在该端点的屏蔽层会因耦合效应产生两个大小相等、极性相反的脉冲背向传播。一个脉冲沿着电缆屏蔽层传向电缆内部（端点A传向端点B），且该脉冲极性与I₁极性相反；另一个脉冲则背离端点A向外传播，且该脉冲极性与I₁极性相同。同理，K_hc和K_mc的计算方法如下： 

当电缆线路采用两端直接接地的交叉互联方式时，其中金属护层在两个交叉互联间接接地箱中的连接方式为：A1-B2、B1-C2、C1-A2；A2-B3、B2-C3、C2-A3。以此建立三相交叉互联电缆模型（如图4），并进行分析计算在不同局放源的情况下，各个交叉互联连接线上流过的局放电流。以下分别讨论局放源位于三个电缆段A1、A2、A3和接头A1中，且假设在局放源处，电缆导体层感应出两个正局放脉冲电流I₁背向传播，电缆的屏蔽层中感应出两个负局放脉冲电流-I₁背向传播。

1）局放源位于电缆段A1中且与接头A1距离为米，如图5所示。局放源处的局放信号±I₁首先验证电缆传播到接头A1（如图5），然后传播到交叉互联连接线和交叉互联间接接地箱JX1中（如图6），这样通过安装在交叉互联连接线上的传感器测量的电流信号可通过以下公式计算。与电缆接头相关的公式为（4）-（9）： 

其中I₁是局放源处的脉冲信号，是电缆的衰减系数，k_hc是电缆的耦合系数，k_mc和k_ms是交叉互联连接线的耦合系数；

与交叉互联间接接地箱相关的计算公式为（10）-（15）：

其中γ₂是交叉互联连接线的衰减系数，是连接接头A1的交叉互联连接线的长度；

安装在交叉互联间接接地箱进线上的局放电流传感器采集局放信号可通过公关（16）-（18）计算：

将公式（4）-（15）带入公式（16）-（18）可得：

因为不同规格的电缆的耦合系数不一样，即k_mc、k_hc、k_c、k_ms和k_s应通过实验测得。这里为了简便计算，假设k_mc=k_hc=k_c，k_ms=k_s且其值为按照图2测量的一根50Ω同轴电缆的数据，带入公式（19）-（21）得：

该公式给出了通过安装在交叉互联间接接地箱（JX1）进线上的传感器测量的三个脉冲信号的幅值和极性关系，即当局放源位于电缆段A1时，位于B相连接线的测量信号的幅值最大（近似为A相和C相的两倍），且B相信号为正极性而A相和C相信号为负极性；

2）运用上述的分析方法，当局放源位于电缆段A2中时，通过6个传感器测量的电流信号关系如公式（23），（24）所示：

公式（23）给出了通过安装在交叉互联间接接地箱（JX1）进线上的传感器测量的三个脉冲信号的幅值和极性关系，即当局放源位于电缆段A2时，位于C相连接线的测量信号的幅值最大而A相居中，B相最小，且C相信号为正极性而A相和B相信号为负极性。公式（24）给出的通过安装在交叉互联间接接地箱（JX2）进线上的传感器测量的三个脉冲信号的幅值和极性关系与1）中的结果相同；

3）运用同样的分析方法，当局放源位于电缆段A3中时，通过安装在交叉互联间接接地箱（JX2）进线上的传感器测量的三个脉冲信号的关系如公式（25）所示。该公式给出的三个脉冲信号的幅值和极性关系与2）中安装在交叉互联间接接地箱（JX1）进线上的传感器测量的三个脉冲信号的结果相同；

4）运用类似的分析方法，当局放源位于接头A1中时，通过安装在交叉互联间接接地箱（JX1）进线上的传感器测量的三个脉冲信号的关系如公式（26）所示。该公式给出的三个脉冲信号的幅值和极性关系为A相幅值最大且近似为B相和C相的两倍，B相和C相的幅值近似相等；A相的极性为负而B相和C相的极性为正。

通过上述分析方法与建模计算可得出一套可用于三相交叉互联电缆局放定位的知识库，即不同的局放源对应各个交叉互联连接线上流过不同的局放电流。表1给出了局放定位知识库的推理计算结果，表格如下： 

其中符号“+”和“-”分别表示信号极性为正和负；数值“1，2，3”分别表示三个局放信号的幅值大小，“1”为最大值，“2”为中间值，“3”为最小值。

通过前置机同步采集6个测量点的局放信号，每次共得6组电流波形，提取和分析所得的6个局放信号的幅值和极性特征，并与局放定位知识库对比，可获得带电运行情况下交叉互联电缆中局放信号源的位置。 

通过以上方法可实现在线监测交叉互联电缆的局放定位功能。 

Claims (3)

1.一种三相交叉互联电缆局放定位方法，其特征在于包含如下步骤：①通过试验与建模计算建立三相交叉互联电缆局放定位知识库；②在电缆带电运行情况下，分别在交叉互联间接接地箱进线上，套装钳形局放电流传感器来采集局放信号；③通过前置机同步采集交叉互联各段的局放信号；④提取和分析交叉互联各段的局放信号；⑤将分析所得的各小段的局放信号特征与知识库对比分析，获得带电运行情况下交叉互联电缆中局放信号源的位置。

2.根据权利要求1所述的一种三相交叉互联电缆局放定位方法，其特征在于所述的通过试验与建模计算建立三相交叉互联电缆局放定位知识库，步骤如下：

①在实验室中，对电力电缆样品和交叉互联连接线样品进行脉冲传播试验，分别测量脉冲在电力电缆和交叉互联连接线的屏蔽层和中心导体层中传播的耦合系数K_hs、K_hc、K_ms和K_mc；

②建立三相交叉互联电缆模型，并进行分析计算在不同局放源的情况下，各个交叉互联连接线上流过的局放电流；

③通过建模计算，得出用于三相交叉互联电缆局放定位的知识库，即不同的局放源对应各个交叉互联连接线上流过不同的局放电流。

3.根据权利要求1或2所述的一种三相交叉互联电缆局放定位方法，其特征在于适用于电缆线路为两端直接接地的交叉互联方式，分别在两个交叉互联间接接地箱进线口安装钳形局放电流传感器，每个交叉互联间接接地箱有三个进线口，共设置六个测量点；通过前置机同步采集各测量点的局放波形，每次共得六组电流波形，作为六个局放信号；通过提取和分析所得的六个局放信号的特征，并与局放定位知识库对比，获得带电运行情况下交叉互联电缆中局放信号源的位置，实现在线监测交叉互联电缆的局放定位，为定位交叉互联电缆的绝缘缺陷提供有效参考。