CN105004907A - 电力电缆交叉互联接地系统接地电流监测评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力电缆交叉互联接地系统接地电流监测评价方法，由电力电缆接地电流监测系统实施；包括计算电缆护套自阻抗、计算待测电缆线芯负荷电流引起的护套感应电压、计算待测电缆护套接地电流和大地漏电流引起的电缆护套感应电压、计算待测电缆的感应电流、计算电缆电容电流、预测受负荷变化引起的接地电流波动值、预测受负荷变化引起的接地电流波动、分析判定电力电缆交叉互联接地系统电缆护套的当前状况等步骤。本发明有别于单纯从电路模型分析计算接地电流的方法，引入预测分析及电缆参数特性计算的理念，有效提高了电力电缆交叉互联接地系统的接地电流监测评价的准确度，为进行电缆外绝缘状态评估提供了更为有效的分析方法。

Description

电力电缆交叉互联接地系统接地电流监测评价方法

技术领域

本发明涉及电网安全监测与评价领域，具体涉及一种电力电缆交叉互联接地系统接地电流计算分析方法。

背景技术

随着中国经济快速发展和城市现代化水平的不断提高，电力电缆作为城市电网中的重要设备，发展速度极快，而且城市电力电缆通常采用入地的布设方法。城市电缆在实际运行中发生故障的原因之一为电力电缆的接地系统故障，其占到电缆故障的21%，电力电缆的外护套在使用过程中容易因外力损伤、化学腐蚀、雷电过电压或系统过电压等原因，导致护套绝缘破损造成一点或多点接地，从而破坏高压电缆金属护套的接地系统，引起电缆金属护套感应电动势的失衡，导致金属护套与大地形成较大的环流，附加线损增加、电缆温度增高；长期如此还会危及主绝缘、缩短电缆线路的正常运行寿命，影响线路的安全运行。为防止上述现象的发生，通常采用电缆接地箱进行保护，并且采用接地电流在线监测方法对电力电缆接地电流进行在线监测。

目前对电力电缆接地电流计算分析的方法还处于起步阶段，仅从不超过负荷电流的百分比和最大电流限制上对现象进行评判。既不能准确的分析出电流波动与外护套状况的关系，也没能与交叉互联分段建立映射关系。

发明内容

本发明的目的是：提出一种可对电力电缆交叉互联接地系统的接地电流进行有效监测评价方法，以解决现有技术中对监测到的电力电缆交叉互联接地系统的接地电流值缺乏指导限定的问题，提高电缆外绝缘状态评估有效性。

本发明的技术方案是：本发明的电力电缆交叉互联接地系统接地电流监测评价方法，由电力电缆接地电流监测系统实施；所述的电力电缆接地电流监测系统包括电力电缆接地电流实时采样装置和后台监测评价装置，包括以下步骤：

①后台监测评价装置计算待测电缆的护套自阻抗Z0:

；

；

；

其中：R₀为电缆护套电阻，X₀为电缆护套电抗，L为电缆护套长度；T为电缆工作温度；和分别为电缆护套的外径和内径；和为电缆护套的外半径和内半径；为电缆护套的电阻系数；为电缆护套的电阻温度系数；为电缆护套的相对磁导率，ω为角频率；

②后台监测评价装置计算待测电缆线芯负荷电流引起的护套感应电压:

设三相线芯的电流是平衡的三相正弦交流电，相角相差120°，电流幅值为I，A相线芯电流相角为0°，则三相电流分别为：

电缆线芯负荷电流引起的感应电压是由在各相电缆护套上所感应出的自感应电压和互感应电压的总和，下式中实部表示自感电压，虚部表示互感电压；A、B、C三相电缆护套单位长度的感应电势分别为：

其中为待测电缆护套平均半径，为三相电缆A、B、C之间的线芯间距，ω为角频率；

则三相电缆护套感应电压为：

式中L为电缆长度；

③后台监测评价装置计算待测电缆护套接地电流和大地漏电流引起的电缆护套感应电压:

三相电缆护套间及大地回路对电缆护套的互感抗为：

其中：为漏电流与护套间的距离，，为大地电阻率；设A、B、C三相电缆护套电流为，大地漏电流为，根据电磁感应理论，A、B、C三相电缆护套感应电势为：

则长度为L的电缆护套的感应电压为：

；

④后台监测评价装置计算待测电缆的感应电流I_E：

根据回路电压法和基尔霍夫定律，交叉互联接地系统的电流存在如下关系：

     式中、、为A、B、C三相电缆护套自阻抗，、、为三相电缆在A相护套上产生的感应电压，、、为三相电缆在A相电缆上产生的感应电压，、、为三相电缆在B相护套上产生的感应电压，、、为三相电缆在B相电缆上产生的感应电压，、、为三相电缆在C相护套上产生的感应电压，、、为三相电缆在C相电缆上产生的感应电压，为大地漏电阻，、为护套首末端接地电阻测量值，采用高斯消元法求解出，然后计算出电缆的感应电流I_E；

⑤后台监测评价装置计算待测电缆的电容电流:

其中：ω为角频率，C为电缆电容，U为电缆电压；

其中：为真空介电常数，为绝缘材料相对介质常数，为绝缘层外径，为导线外径；

⑥后台监测评价装置预测受负荷变化引起的接地电流波动值：

建立公式：

其中I为后台监测评价装置内置的接地电流数据库录入值， I′为电力电缆接地电流实时采样装置当前测量值，I″为昨日相同时间点测量值，为估算的波动值，λ为置信度系数；I_S为因电缆线芯负荷电流引起的电缆护套感应电压作用于上形成的负荷感应电流，I_T为因电缆护套电流引起的电缆护套感应电压作用于上形成的电缆护套感应电流，I_C为电容电流；

⑦后台监测评价装置分析判定电力电缆交叉互联接地系统电缆护套的当前状况：

在电缆特性参数、负荷电流已知的情况下，对感应电流、电容电流、负荷电流引起的接地电流波动进行计算预测，当监测到的接地电流I与接地电流预测值存在偏差时，通过电缆护层接地电流状况评判模型进行模型可信度系数修正：

；

式中，F为运行状态评价系数；μ为模型可信系数，为第n天测量值，为第n天估算值，根据测量时间片前后多个数据分析修正出值；

当模型稳定之后，后台监测评价装置实时将电力电缆接地电流实时采样装置监测值与后台监测评价装置根据电缆护层接地电流状况评判模型计算的预测阈值进行比较，若出现较大偏差，则后台监测评价装置判定接地电流出现异常，在排除负荷突变带来的扰动之后，后台监测评价装置根据交叉互联段的三相接地电流分析，若存在持续性的接地电流超过阈值情况，后台监测评价装置判定该段电缆外护套的绝缘受损。

本发明具有积极的效果：（1）本发明的电力电缆交叉互联接地系统的接地电流监测评价方法，有别于以负荷电流的百分比和最大电流限制作为考核标准的现有方法，通过结合电缆本体属性和负荷关系，建立了更为准确的监测限定数据，从而能够提高电缆外绝缘状态评估的有效性。（2）本发明的电力电缆交叉互联接地系统的接地电流监测评价方法，提出了一种新的将理论计算与预测分析相结合的估值方法，并可结合实际运行数据动态修正，可有效降低权值确定过程中的客观干扰，从而使得监测评价结果可信度较高。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的后台监测评价装置预测受负荷变化引起的接地电流波动值的置信度系数曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

（实施例1）

本实施例的电力电缆接地电流的自适应监测方法，利用供电部门现有的电力电缆接地电流监测系统实施。电力电缆接地电流监测系统具有电力电缆接地电流实时采样装置和后台监测评价装置，本实施例中，以品字形敷设的电缆为例，给出其自适应监测评价方法。

见图1和图2，本实施例的电力电缆交叉互联接地系统接地电流的监测评价方法，主要有如下步骤：

第一步：后台监测评价装置计算待测电缆的护套自阻抗Z0:

；

；

；

其中：R₀为电缆护套电阻，X₀为电缆护套电抗，L为电缆护套长度；T为电缆工作温度；和分别为电缆护套的外径和内径；和为电缆护套的外半径和内半径；为电缆护套的电阻系数；为电缆护套的电阻温度系数；为电缆护套的相对磁导率，ω为角频率。

第二步：后台监测评价装置计算待测电缆线芯负荷电流引起的护套感应电压:

设三相线芯的电流是平衡的三相正弦交流电，相角相差120°，电流幅值为I，A相线芯电流相角为0°，则三相电流分别为：

电缆线芯负荷电流引起的感应电压是由在各相金属护套上所感应出的自感应电压和互感应电压的总和，下式中实部表示自感电压，虚部表示互感电压；A、B、C三相电缆金属护套单位长度的感应电势分别为：

其中为待测电缆有金属护套平均半径，为三相电缆A、B、C之间的线芯间距，ω为角频率；

则三相电缆上的金属护套感应电压为：

式中L为电缆长度。

第三步：后台监测评价装置计算待测电缆护套接地电流和大地漏电流引起的护套感应电压:

三相电缆护套间及大地回路对电缆护套的互感抗为：

其中：为漏电流与护套间的距离，，为大地电阻率；设A、B、C三相电缆护套电流为，大地漏电流为，根据电磁感应理论，A、B、C三相护套感应电势为：

则长度为L的电缆的感应电压为：

。

第四步：后台监测评价装置计算待测电缆的感应电流I_E：

根据回路电压法和基尔霍夫定律，交叉互联接地系统的电流存在如下关系：

    式中、、为A、B、C三相电缆护套自阻抗，、、为三相电缆在A相金属护套上产生的感应电压，、、为三相电缆在A相电缆上产生的感应电压，、、为三相电缆在B相金属护套上产生的感应电压，、、为三相电缆在B相电缆上产生的感应电压，、、为三相电缆在C相金属护套上产生的感应电压，、、为三相电缆在C相电缆上产生的感应电压，为大地漏电阻，、为护套首末端接地电阻测量值，采用高斯消元法求解出，然后可计算出电缆的感应电流I_E。

第五步：后台监测评价装置计算待测电缆的电容电流:

其中：ω为角频率，C为电缆电容，U为电缆电压；

其中：为真空介电常数，为绝缘材料相对介质常数，为绝缘层外径，为导线外径。

第六步：后台监测评价装置预测受负荷变化引起的接地电流波动值：

根据日常电缆负荷情况及接地电流的测量情况进行数理统计分析可知，同一时间段的负荷电流大小在不同日期呈正态分布，负荷引起的接地电流波动满足同样条件；采用迭代法，利用同时间点测量的接地电流值进行波动差值分析，迭代入该时间点测量的接地电流值，随时间推移，接地电流的波动值的可信度λ增加，如图2所示；

建立公式：

其中I为后台监测评价装置内置的接地电流数据库录入值， I′为电力电缆接地电流实时采样装置当前测量值，I″为昨日相同时间点测量值，为估算的波动值，λ为置信度系数；I_S为因电缆线芯负荷电流引起的护套感应电压作用于上形成的负荷感应电流，I_T为因护套电流引起的护套感应电压作用于上形成的护套感应电流，I_C为电容电流。

第七步：后台监测评价装置分析判定电力电缆交叉互联接地系统电缆护套的当前状况：

在电缆特性参数、负荷电流已知的情况下，对感应电流、电容电流、负荷电流引起的接地电流波动进行计算预测，当监测到的接地电流I与接地电流预测值存在偏差时，通过电缆护层接地电流状况评判模型进行模型可信度系数修正：

；

式中，F为运行状态评价系数；μ为模型可信系数，为第n天测量值，为第n天估算值，根据测量时间片前后多个数据分析修正出值。

当模型稳定之后，后台监测评价装置实时将电力电缆接地电流实时采样装置监测值与后台监测评价装置根据电缆护层接地电流状况评判模型计算的预测阈值进行比较，若出现较大偏差，则后台监测评价装置判定接地电流出现异常，在排除负荷突变带来的扰动之后，后台监测评价装置根据交叉互联段的三相接地电流分析，若存在持续性的接地电流超过阈值情况，后台监测评价装置判定该段电缆外护套的绝缘受损。

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (1)

1.一种电力电缆交叉互联接地系统接地电流监测评价方法，由电力电缆接地电流监测系统实施；所述的电力电缆接地电流监测系统包括电力电缆接地电流实时采样装置和后台监测评价装置，其特征在于：包括以下步骤：

①后台监测评价装置计算待测电缆的护套自阻抗Z0:

；

；

；

其中：R₀为电缆护套电阻，X₀为电缆护套电抗，L为电缆护套长度；T为电缆工作温度；和分别为电缆护套的外径和内径；和为电缆护套的外半径和内半径；为电缆护套的电阻系数；为电缆护套的电阻温度系数；为电缆护套的相对磁导率，ω为角频率；

②后台监测评价装置计算待测电缆线芯负荷电流引起的护套感应电压:

设三相线芯的电流是平衡的三相正弦交流电，相角相差120°，电流幅值为I，A相线芯电流相角为0°，则三相电流分别为：

电缆线芯负荷电流引起的感应电压是由在各相电缆护套上所感应出的自感应电压和互感应电压的总和，下式中实部表示自感电压，虚部表示互感电压；A、B、C三相电缆护套单位长度的感应电势分别为：

其中为待测电缆护套平均半径，为三相电缆A、B、C之间的线芯间距，ω为角频率；

则三相电缆护套感应电压为：

式中L为电缆长度；

③后台监测评价装置计算待测电缆护套接地电流和大地漏电流引起的电缆护套感应电压:

三相电缆护套间及大地回路对电缆护套的互感抗为：

其中：为漏电流与护套间的距离，，为大地电阻率；设A、B、C三相电缆护套电流为，大地漏电流为，根据电磁感应理论，A、B、C三相电缆护套感应电势为：

则长度为L的电缆护套的感应电压为：

；

④后台监测评价装置计算待测电缆的感应电流I_E：

根据回路电压法和基尔霍夫定律，交叉互联接地系统的电流存在如下关系：

    ；

式中、、为A、B、C三相电缆护套自阻抗，、、为三相电缆在A相护套上产生的感应电压，、、为三相电缆在A相电缆上产生的感应电压，、、为三相电缆在B相护套上产生的感应电压，、、为三相电缆在B相电缆上产生的感应电压，、、为三相电缆在C相护套上产生的感应电压，、、为三相电缆在C相电缆上产生的感应电压，为大地漏电阻，、为护套首末端接地电阻测量值，采用高斯消元法求解出，然后计算出电缆的感应电流I_E；

⑤后台监测评价装置计算待测电缆的电容电流:

其中：ω为角频率，C为电缆电容，U为电缆电压；

其中：为真空介电常数，为绝缘材料相对介质常数，为绝缘层外径，为导线外径；

⑥后台监测评价装置预测受负荷变化引起的接地电流波动值：

建立公式：

其中I为后台监测评价装置内置的接地电流数据库录入值， I′为电力电缆接地电流实时采样装置当前测量值，I″为昨日相同时间点测量值，为估算的波动值，λ为置信度系数；I_S为因电缆线芯负荷电流引起的电缆护套感应电压作用于上形成的负荷感应电流，I_T为因电缆护套电流引起的电缆护套感应电压作用于上形成的电缆护套感应电流，I_C为电容电流；

⑦后台监测评价装置分析判定电力电缆交叉互联接地系统电缆护套的当前状况：

在电缆特性参数、负荷电流已知的情况下，对感应电流、电容电流、负荷电流引起的接地电流波动进行计算预测，当监测到的接地电流I与接地电流预测值存在偏差时，通过电缆护层接地电流状况评判模型进行模型可信度系数修正：

；

式中，F为运行状态评价系数；μ为模型可信系数，为第n天测量值，为第n天估算值，根据测量时间片前后多个数据分析修正出值；

当模型稳定之后，后台监测评价装置实时将电力电缆接地电流实时采样装置监测值与后台监测评价装置根据电缆护层接地电流状况评判模型计算的预测阈值进行比较，若出现较大偏差，则后台监测评价装置判定接地电流出现异常，在排除负荷突变带来的扰动之后，后台监测评价装置根据交叉互联段的三相接地电流分析，若存在持续性的接地电流超过阈值情况，后台监测评价装置判定该段电缆外护套的绝缘受损。