CN104502807B - 电缆线路故障定位方法及装置、系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆线路故障定位方法，包括：（1）对每段电缆的线路零序电流设定过流门槛值，对每段电缆的护套接地电流设定感应系数；对每段电缆的线路零序电流和护套接地电流进行测量；（2）对故障位置进行判定，当某段电缆的线路零序电流大于所设定的过流门槛值时，则该段电缆所在的线路发生故障，当某段电缆的护套接地电流大于感应系数与该段电缆的线路零序电流的乘积时，则该段电缆发生故障。本发明还涉及实施上述方法的电缆线路故障定位装置和系统。通过本发明的装置和系统结合方法，能够快速、准确地定位出电缆线路中发生故障的位置，从而可以提高故障检修作业的效率，进而保障电网的安全可靠运行。

Description

电缆线路故障定位方法及装置、系统

技术领域

本发明涉及一种用于对电缆线路中发生的故障进行定位的方法以及所采用的装置和系统。

背景技术

我国20kV中压配电网大多采用中性点经小电阻接地运行方式。配电线路故障，尤其是单相接地故障的快速、准确定位，不仅对修复线路和保证可靠供电，而且对保证整个电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用。配电网单相接地故障是发生几率最高的故障类型，所以配电网故障定位主要是解决单相接地故障的准确定位难题。

目前，20kV中压配电网普遍采用三芯交联聚乙烯XLPE电力电缆。该电力电缆从内到外的组成依次为：线芯、内绝缘层、金属护套（铜带屏蔽层）、填充层、中绝缘层、钢带铠装、外绝缘层。有些复杂的电缆结构还会包括半导电层等。

当高压电缆线芯通过交流电流时，在线芯周围会产生感应磁场，该感应磁场强度与通过电缆线芯的电流大小成正比。运行中的高压电力电缆由于涡流效应，其金属护层上会产生感应电压，感应电压的大小不仅与流过线芯的电流（或短路电流）以及电缆的长度和敷设方式有关，还与周围回路的排列方式、距离有关。当电缆外护套破损和缺陷、遭受过电压或发生不对称短路故障时，将造成金属护套多点接地，即会在金属护套、接地线、接地系统间形成回路，这时会产生高压环流，该电流可达线芯电流的50%~95%，足以使金属护层或铠装层发热，损耗大量的电能，加速电缆绝缘的老化，甚至导致电缆绝缘薄弱处击穿。为了避免这些状况的发生，我们通常对电力电缆线路进行保护接地。

电力电缆线路保护接地即电力电缆金属护套可靠接地是有效保障电力电缆线路安全运行的重要保护措施，其本质是在正常和事故以及电缆系统内部过电压、雷电过电压等情况下，利用大地作为电流回路，将电缆接地处电位固定在允许的接地电位上。接地电位不仅与入地电流的波形和幅值相关，而且与接地体的几何尺寸、大地电阻率等参数有关。

电力电缆单相短路故障时，接地体的接地电位可能达到数kV；雷电过电压时，接地体的瞬时接地电位可能高达数百kV。地电位大幅升高，一方面可能导致高压单芯电力电缆护层绝缘击穿，引起金属护套多点接地故障，另一方面可能导致反击过电压击穿相邻设备或将高电位引向其他低电位处造成设备事故和人身事故，与此同时，接地电流在大地中流散时，大地表面出现较大的电位梯度，可能使人体受到接触电位和跨步电位电击伤害。

因此，在地理条件和经济条件允许的情况下，应尽可能地采取优化措施，按照经济合理的原则在电力电缆金属护层的一定位置采用特殊的连接和接地方式，并同时装设护层保护器，以防止电缆护层绝缘被击穿，保障电力电缆线路的安全可靠运行。电力电缆线路按照 GB50217-94《电力工程电缆设计规范》的要求安装施工时，合理选择金属护套接地方式是确保电缆线路正常工作的基础。一般有以下几种接地方式：护套两端直接接地；护套一端接地；护套中点接地；护套交叉互联接地。

目前对于配电网线路故障定位的研究也大多集中在单相接地故障定位方面的研究。许多学者对配电网的故障定位问题做了大量研究，主要可以概括为三类：一类是以在线路端点处测量故障距离为目的的故障测距法；一类是故障发生后通过向系统注入信号实现寻迹的信号注入法；还有一类是利用户外故障探测器检测的故障点前后故障信息的不同确定故障区段的户外故障点探测法。这些方法普遍存在实施复杂、不易操作的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够方便、快速地对电缆线路中的故障位置进行定位的方法以及所采用的电缆线路故障定位装置和系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电缆线路故障定位方法，用于对由若干根电缆相连接构成的线路中的故障进行定位，所述的电缆线路故障定位方法包括：

（1）对每段所述的电缆的线路零序电流设定过流门槛值，对每段所述的电缆的护套接地电流设定感应系数；在监控节点对每段所述的电缆的线路零序电流和护套接地电流进行测量；

（2）根据接地故障判据对故障位置进行判定，当某段所述的电缆的线路零序电流大于所设定的过流门槛值时，则该段所述的电缆所在的线路发生故障，当某段电缆的护套接地电流大于所设定的感应系数与该段所述的电缆的线路零序电流的乘积时，则该段所述的电缆发生故障，以此获得电缆线路的故障定位信息。

所述的电缆线路故障定位方法还包括：（3）将获得的故障定位信息发送至远方主站。

所述的监控节点为每段所述的电缆的首、末两端。

所述的过流门槛值的整定原则是以所述的电缆的对地电容电流乘以可靠系数。

所述的感应系数是电缆的金属护套上流过的感应环流与缆芯的零序电流之间的比例关系。

一种电缆线路故障定位装置，用于对由若干根电缆相连接构成的线路中的故障进行定位，所述的电缆线路故障定位装置包括故障指示器，所述的故障指示器包括获得每段所述的电缆的线路零序电流和护套接地电流的电流采集单元、比较每段所述的电缆的线路零序电流与所设定的该段所述的电缆的过流门槛值以及每段所述的电缆的护套接地电流与所设定的该段所述的电缆的感应系数和该段所述的电缆的线路零序电流的乘积而得出电缆线路的故障定位信息的CPU。

所述的电缆线路故障定位装置还包括与所述的CPU相连接的人机交互模块、通讯模块。

所述的电缆线路故障定位装置还包括在每段所述的电缆的首、末两端设置的线路零序电流互感器和护套接地电流互感器，所述的线路零序电流互感器和所述的护套接地电流互感器均与所述的故障指示器的电流采集单元相连接。

所述的线路零序电流互感器为开口式零序电流互感器，所述的护套接地电流互感器为电磁式单相电流互感器。

一种电缆线路故障定位系统，包括对电缆线路网络进行监控的远方主站、若干个对由若干根电缆相连接构成的线路中的故障进行定位的电缆线路故障定位装置，所述的电缆线路故障定位装置分布于每段所述的电缆的一端或两端，所述的电缆线路故障定位装置通过通讯网络与所述的远方主站相连接。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：通过本发明的装置和系统结合方法，能够快速、准确地定位出电缆线路中发生故障的位置，从而可以提高故障检修作业的效率，进而保障电网的安全可靠运行。

附图说明

附图1为本发明的电缆线路故障定位系统的示意图。

附图2为本发明的电缆线路故障定位装置的示意图。

附图3为本发明的电缆线路故障定位方法的流程图。

以上附图中：1、远方主站；2、通讯网络；3、电缆线路故障定位装置；4、电缆；5、故障指示器；6、电流采集单元；7、CPU；8、人机交互模块；9、通讯模块；10、线路零序电流互感器；11、护套接地电流互感器。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：一种电缆线路故障定位系统如附图1所示，其包括远方主站1以及与远方主站1通过通讯网络2实现信号连接的若干个电缆线路故障定位装置3，其中，远方主站1用于对电缆线路连接构成的网络进行整体监控，而各个电缆线路故障定位装置3则用于实现对电缆线路中发生的接地故障的位置进行判断。整个电缆线路网络由若干条线路连接构成，而每条线路又有若干段电缆4连接构成，每一段电缆4均至少配备有一个电缆线路故障定位装置3，其可以设置在电缆4的一端。而本实施例中，为了获得更加准确的定位结论，在每段线缆的首、末两端分别设置了电缆线路故障定位装置3。

如附图2所示，一种用于对由若干根电缆4相连接构成的线路中的故障进行定位的电缆线路故障定位装置3，包括故障指示器5，故障指示器5包括获得其所连接的那段电缆4的线路零序电流和护套接地电流的电流采集单元6、得出电缆线路的故障定位信息的CPU7，电流采集单元6与CPU7相连接。电缆线路故障定位装置3还包括与CPU7相连接的人机交互模块8、通讯模块9。而电缆线路故障定位装置3还包括设置在其所连接的电缆4的端部的线路零序电流互感器10和护套接地电流互感器11，线路零序电流互感器10和护套接地电流互感器11均与故障指示器5中的电流采集单元6相连接并分别向电流采集单元6中输入线路零序电流和护套接地电流。其中，线路零序电流互感器10为开口式零序电流互感器，护套接地电流互感器11为电磁式单相电流互感器。上述故障指示器5可以安装于变电站馈线间隔、开闭所进出线、环网开关柜等处或者每段线路首、末端各装设1个。

上述电缆线路故障定位系统和装置采用一种基于电缆金属护套接地电流的对由若干根电缆4相连接构成的线路中的故障进行定位的方法。该方法充分的利用了电缆金属护套接地电流在区内、区外故障时的不同特征保证了故障定位的选择性和可靠性，能够有效地进行广域故障定位。

电缆金属护套接地电流在区内、区外故障时的不同特征具体是指：

1、发生接地故障时，对于非故障线路连接的电缆线路故障定位装置3所测得的线路零序电流很小，在30A以下，护套接地电流也很小。故障线路上故障点上游的电缆线路故障定位装置3所测得的线路零序电流很大，在几百A，护套接地电流也很大；故障点下游的电缆线路故障定位装置3测得的线路零序电流很小，在30A以下。

2、故障线路非故障段电缆的电缆线路故障定位装置3测得的护套接地电流只包含因线路零序电流引起的护套感应环流，取决于电缆规格，一般在线路零序电流大小的20%以下。

3、故障线路的故障段电缆的电缆线路故障定位装置3所测得的护套接地电流既包含因线路零序电流引起的护套感应环流，又包含由故障点流出的短路电流。三芯XLPE电缆常采用金属护套两端接地措施，由故障点流出的短路电流在两个并联支路上分流。

参见附图3，根据以上所述特征，基于电缆金属护套接地电流的故障定位方法包括了以下步骤：

（1）对每段电缆4的线路零序电流设定过流门槛值，对每段电缆4的护套接地电流设定感应系数。通过电缆线路故障定位装置3中的线路零序电流互感器10和护套接地电流互感器11在监控节点对每段电缆4的线路零序电流和护套接地电流进行测量，并将结果经故障指示器5的电流采集单元6传输至CPU7中。此处所述监控节点可以为每段电缆4的一端部，这样即可依靠单端信息进行故障的独立判别。优选的方案为，监控节点为每段电缆4的首、末两端，即在每段电缆4的两端均设置电缆线路故障定位装置3分别进行定位，首末两端判据可相互补充、互为备用。该步骤中，过流门槛值的整定原则是以电缆的对地电容电流乘以可靠系数，通常默认30A，而感应系数则是电缆4的金属护套上流过的感应环流与缆芯的零序电流之间的比例关系，其取决于电缆4导线的截面积，通常默认取0.23。

（2）在CPU7中，根据以下接地故障判据对故障位置进行判定：当某段电缆4的线路零序电流大于所设定的过流门槛值时（即），则该段电缆4所在的线路发生故障；当某段电缆4的护套接地电流大于所设定的感应系数与该段电缆4的线路零序电流的乘积时（即），则该段电缆4发生故障，以此即可获得电缆线路的故障定位信息。故而，CPU7能够通过比较每段电缆的线路零序电流与所设定的该段电缆的过流门槛值以及每段电缆的护套接地电流与所设定的该段电缆的感应系数和该段电缆的线路零序电流的乘积，从而获得电缆线路的故障定位信息。

（3）通讯模块9将获得的故障定位信息经通讯网络2发送至远方主站1，从而进行广域故障定位。该发送信息的过程也可以分两步完成：在判断出某条线路发生故障后，向远方主站1发送“本条线路接地故障”信号；而在判断出某段电缆4发生故障后，向远方主站1发送“本段电缆接地故障”信号。上述信号还可以在故障指示器5中设置与CPU7相连接的显示模块进行同步显示。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电缆线路故障定位方法，用于对由若干根电缆相连接构成的线路中的故障进行定位，其特征在于：所述的电缆线路故障定位方法包括：

（1）对每段所述的电缆的线路零序电流设定过流门槛值，对每段所述的电缆的护套接地电流设定感应系数；在监控节点对每段所述的电缆的线路零序电流和护套接地电流进行测量，所述的监控节点为每段所述的电缆的首、末两端；

（2）根据接地故障判据对故障位置进行判定，当某段所述的电缆的线路零序电流大于所设定的过流门槛值时，则该段所述的电缆所在的线路发生故障，当某段电缆的护套接地电流大于所设定的感应系数与该段所述的电缆的线路零序电流的乘积时，则该段所述的电缆发生故障，以此获得电缆线路的故障定位信息。

2.根据权利要求1所述的电缆线路故障定位方法，其特征在于：所述的电缆线路故障定位方法还包括：（3）将获得的故障定位信息发送至远方主站。

3.根据权利要求1所述的电缆线路故障定位方法，其特征在于：所述的过流门槛值的整定原则是以所述的电缆的对地电容电流乘以可靠系数。

4.根据权利要求1所述的电缆线路故障定位方法，其特征在于：所述的感应系数是电缆的金属护套上流过的感应环流与缆芯的零序电流之间的比例关系。

5.一种电缆线路故障定位装置，用于对由若干根电缆相连接构成的线路中的故障进行定位，其特征在于：所述的电缆线路故障定位装置包括故障指示器，所述的故障指示器包括获得每段所述的电缆的线路零序电流和护套接地电流的电流采集单元、比较每段所述的电缆的线路零序电流与所设定的该段所述的电缆的过流门槛值以及每段所述的电缆的护套接地电流与所设定的该段所述的电缆的感应系数和该段所述的电缆的线路零序电流的乘积而得出电缆线路的故障定位信息的CPU；所述的电缆线路故障定位装置还包括在每段所述的电缆的首、末两端设置的线路零序电流互感器和护套接地电流互感器，所述的线路零序电流互感器和所述的护套接地电流互感器均与所述的故障指示器的电流采集单元相连接。

6.根据权利要求5所述的电缆线路故障定位装置，其特征在于：所述的电缆线路故障定位装置还包括与所述的CPU相连接的人机交互模块、通讯模块。

7.根据权利要求5所述的电缆线路故障定位装置，其特征在于：所述的线路零序电流互感器为开口式零序电流互感器，所述的护套接地电流互感器为电磁式单相电流互感器。