CN106646143A

CN106646143A - 一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法及系统

Info

Publication number: CN106646143A
Application number: CN201611183365.8A
Authority: CN
Inventors: 顾朝敏; 潘瑾; 高树国; 李晓峰; 庞先海; 梁博渊
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Hebei Electric Power Construction Adjustment Test Institute
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Hebei Electric Power Construction Adjustment Test Institute
Priority date: 2016-12-20
Filing date: 2016-12-20
Publication date: 2017-05-10

Abstract

一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法及系统，用于XLPE电缆高绝缘电阻故障点的击穿降阻，以适应二次脉冲法等电缆故障预定位技术的应用。其特征包括：负极性高压直流发生装置；负极性高压脉冲电流发生装置；负极性直流延弧发生装置；控制各装置投切的控制系统。通过对故障电缆施加负极性直流电压，使故障点聚集大量电荷。再施加负极性高压脉冲电流时由于残留电荷叠加增大故障点电场畸变，使故障点击穿并燃弧，后续负极性直流延弧电流维持燃弧，使故障点烧蚀，绝缘电阻降低，以便于开展二次脉冲法等电缆故障定位。

Description

一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法及系统

技术领域

本发明涉及一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法及系统，属于高电压与绝缘技术领域。

背景技术

随着交联聚乙烯等电缆线路在电网及工矿企业中的大量应用，及早期电缆运行时间的增长，电缆运行故障呈现出上升趋势，同时，电缆在运行过程中，一旦发生绝缘故障，故障点的查找相对于架空线路也更为困难。这就要求电缆运维人员能够合理的选择电缆故障定位技术，快速、准确地查找到故障发生点，缩短电缆停电时间，减少因电缆运行故障带来的损失。

在电力电缆定位技术中，低阻故障、断线故障的定位方法较为成熟，定位成功率较高，但电力系统发生的故障中，电缆高阻故障和闪络性故障的比例较高，达到70%以上，且定位难度大。运用二次脉冲法、多次脉冲法、脉冲电流法等依赖于故障点燃弧变短时低阻的定位方法时，经常会遇到高阻故障点无法击穿的情况。

（1）故障点无法击穿。目前采用传统主绝缘故障预定位仪器的最大冲击电压为32kV，在对部分高绝缘电阻故障电缆进行故障点预定位查找时，即使使用最大冲击电压也无法击穿电缆高阻故障点。

（2）故障点燃弧时间过短。被试电缆电容量越大，所需要的冲击能量（W=CU²）越大，才能保证故障点燃弧时间足够长，以满足二次（多次）脉冲法或冲闪法等的测试要求。对于较长的电缆线路，即使利用定位装置的最大冲击能量，也往往无法解决由于故障点燃弧时间过短导致不能得到较好的测试波形的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，为高阻故障电缆提供一种击穿故障点的方法，使后续使用现有的二次脉冲法、多次脉冲法、脉冲电流法等方法能够成功使用于降阻后的故障电缆，实现故障定位。

本发明的原理为：由负极性的高压直流组成电荷充入系统，由负极性的高压脉冲电流发生器与负极性直流延弧装置共同组成击穿燃弧系统。两个系统通过各自开断装置及附属连接线与被试电缆连接。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：先为故障电阻施加预定数值的负极性的直流电压一定时间（综合考虑直流电压下电缆能够有效聚集电荷的时间），使电缆高阻故障点聚集大量电荷。之后对电缆施加负极性的高压脉冲电流，与故障点残留电荷叠加，加强高阻故障点电场强度，成功击穿并燃弧。并及时注入负极性直流延弧电流，维持燃弧并直至电缆故障点绝缘降低，完成故障点击穿。

基于电荷叠加原理的XLPE电缆高阻故障点击穿方法，具体包括以下步骤：

步骤a，根据被试电缆的电压等级和故障绝缘电阻值，选择一定数值的负极性直流电压值，施加于故障电缆，并设定一定的施压时间；

步骤b，负极性直流施加完成后，降直流电压为0，并启动开断隔离单元将负极性直流发生装置切除；

步骤c，启动开关控制单元，将负极性高压脉冲发生装置和负极性直流延弧发生装置接至故障电缆；

步骤d，设置脉冲电压幅值，设定时延施加负极性直流电压，触发高压脉冲发送至故障电缆，由于故障点已聚集残留电荷的叠加作用使电场畸变加剧，增大放电能量，使高阻故障点击穿并燃弧；

步骤e，根据设定的时延，在故障点燃弧尚未熄灭时，开关控制单元自动将设定数值的负极性直流延弧电流施加至故障电缆，维持燃弧一定的时间，使故障点烧蚀、炭化，降低绝缘电阻值，完成故障点击穿。

进一步地，实施该方法的故障击穿系统应至少包括：

（1）负极性高压直流发生装置，用于产生负极性的直流电压，使高阻故障点聚集电荷。

（2）负极性高压脉冲电流发生装置，用于产生高电压的负极性脉冲电压电流，叠加残留电荷使高阻故障点加强电场畸变并成功击穿燃弧。

（3）负极性直流延弧发生装置，用于产生负极性直流电压电流，使故障击穿点燃弧时间延长，并提供燃弧能量使燃弧通道炭化，降低故障点绝缘电阻。

（4）中央控制单元，用于设定试验程序，控制开断装置。

（5）开断隔离单元，用于根据中央控制单元的参数设置和指令投切负极性高压直流发生装置。

（6）开关控制单元，用于高压脉冲电流的发生后，待一定的延时后投入负极性直流维持燃弧。根据被试电缆电容量的不同，脉冲电流宽度范围不同，设定的延时依据为：脉冲电流上升沿起始时间至下降沿70%-30%峰值处，保证负极性直流切入时刻位于脉冲电流的下降沿，且脉冲电流未熄灭。

（7）滤波及保护单元，将直流电压通过电感设备连接到被试电缆，能够对直流进行滤波，实现同时具有阻止高压脉冲传递到直流发生器的作用。

（8）测量与显示单元，用于测量高压脉冲、直流电压的幅值和波形，同时反馈至中央控制单元并显示。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

通过本系统，能够使高阻故障点聚集残留电荷，在高压脉冲的作用下加强电场畸变，增大放电能量，从而使高阻故障点击穿燃弧成为可能。

通过中央控制单元，能够合理的控制三种电压施加到故障电缆的顺序和时间，使三种电压的形成整体性配合，完成故障点击穿。同时能够有效的隔离各装置之间的影响。

附图说明

图1为基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿技术主回路示意图。

图2为基于电荷叠加原理的电缆高阻故障击穿系统中央控制单元控制关系方框图。

图3为基于电荷叠加原理的电缆高阻故障击穿技术电压施加次序图。

图中，1 负极性高压脉冲电流发生装置，2 负极性高压直流发生装置，3 负极性直流延弧发生装置，4 故障电缆，5 测量与显示单元。

具体实施方式：

本发明公开了一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障击穿技术，用于XLPE电缆高绝缘电阻故障点的击穿降阻，以适应二次脉冲法等电缆故障预定位技术的应用。其特征包括：负极性高压直流发生装置；负极性高压脉冲电流发生装置；负极性直流延弧发生装置；控制各装置投切的控制系统。通过对故障电缆施加负极性直流电压，使故障点聚集大量空间电荷。再施加负极性高压脉冲电流时由于电荷叠加增大故障点电场畸变，使故障点击穿并燃弧，后续的负极性直流延弧电流维持燃弧，使故障点烧蚀，绝缘电阻降低。

在一个具体实施例中，结合说明书附图说明基于电荷叠加原理的电缆高阻故障击穿技术具体实施方式如下：

（1）本专利所公开的基于电荷叠加原理的电缆高阻故障击穿技术及试验装置，适用于220kV及以下电压等级的XLPE电缆高绝缘电阻故障的低阻化。

（2）该技术涉及三个主要的电压电流发生装置，相应的试验阶段分为3个：直流充电阶段、脉冲击穿阶段、恒流燃弧阶段。

（3）如（2）所述直流充电阶段，负极性直流发生器最高可产生80kV直流电压，对各电压等级电缆进行直流充电时，试验电压按以下原则控制：除127/220kV电缆施加80kV电压外，110kV及以下等级电缆的充电电压值为25%的直流耐压试验电压值。具体为：4/110kV电缆为48kV，26/35kV电缆为19.5kV，21/35kV电缆为15.8kV，8.7/10kV电缆为9.3kV，6/10kV电缆为6.3kV。直流充电时间为5min。

（4）如（2）所述脉冲击穿阶段，负极性高压脉冲电流发生器储能电容由4个电容器串联或并联组成，单个电容器额定电压为8kV，当4个电容器串联时，储存电荷可使浪涌发生器达到最高电压32kV。此外，根据电容器的不同连接方式，可形成最高输出16kV、8kV的工作模式。储存在一个特定电容器中的能量由充电电压决定，在三种模式下，最大冲击能量均为2048J。

（5）如（2）所述的恒流燃弧阶段，负极性直流延弧发生装置额定输出电压5kV，额定连续输出电流200mA，短路电流2.5A。

（6）初始状态高压直流发生器与被试电缆连接，高压脉冲发生器与直流延弧发生器和被试电缆断开。如图3所示，自t ₁时刻高压直流发生器开始升压，至t ₂升值预设电压，持续5min到t ₃，完成加压后至t ₄时刻直流电压降至0。之后t ₅时刻控制开断隔离单元将高压直流发生器与被试电缆断开。随后，在t ₆时刻操作开关控制单元将高压脉冲发生器接至被试电缆，与直流延弧发生器隔离。t ₇时刻，直流延弧发生器开始升压，并升至预设电压；t ₈时刻高压脉冲发生器动作发送负极性高压脉冲至被试电缆，并在故障点击穿燃弧；根据预设延时，在t ₈时刻之后极短的时间内，脉冲电流燃弧未熄灭时，即t ₉时刻动作开关控制单元，将直流延弧电压电流接至被试电缆，维持故障点燃弧，直至t ₁₁时刻直流逐渐将至0。

本专利所公开的一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障击穿技术及试验装置，适用于220kV及以下XLPE电缆高绝缘电阻故障点击穿燃弧，具有一定的通用性。

以上利用具体实施例对本发明的检测原理及具体实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，本说明书内容不应理解为对本发明的限制；对于本领域技术人员，依据本发明的基本思路，在具体实施方式及应用范围上做出另外的变更和改动，也应包含于本发明。综上所述，本发明所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

Claims

1.一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法，其特征在于以高压直流发生器对XLPE电缆施加负极性电压，在故障点聚集电荷，再施加负极性的高压脉冲电流击穿故障点，并以负极性直流延弧电流维持燃弧，完成故障点击穿。

2.如权利要求1所述的基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤a，根据被试电缆的电压等级和故障绝缘电阻值，选择负极性直流电压值，施加于故障电缆，并设定施压时间；

步骤b，负极性直流电压施加完成后，降直流电压为0，并启动开断隔离单元将负极性直流发生装置切除；

步骤d，设置脉冲电压幅值，设定时延施加负极性直流电压，触发高压脉冲发送至故障电缆，使高阻故障点击穿并燃弧；

步骤e，根据设定的时延，在故障点燃弧尚未熄灭时，开关控制单元自动将设定数值的负极性直流延弧电流施加至故障电缆，维持燃弧，使故障点烧蚀、炭化，降低绝缘电阻值，完成故障点击穿。

3.一种实施权利要求1或2所述的基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法的系统，其特征在于至少包括：

（1）负极性高压直流发生装置，采用直流倍压电路及元器件组成，用于产生负极性的直流高电压，使高阻故障点聚集电荷残留；

（2）负极性高压脉冲电流发生装置，由高压硅堆、保护电阻和电容器组成半波整流回路，通过放电间隙产生高电压的负极性脉冲电压电流，叠加故障点残留电荷加强高阻故障点电场畸变并成功击穿燃弧；

（3）负极性直流延弧发生装置，由高压硅堆、保护电阻和电容器组成半波整流回路，用于产生恒压恒流的负极性直流电压，使故障击穿点燃弧时间延长，并提供燃弧能量使燃弧通道炭化，降低故障点绝缘电阻；

（4）中央控制单元，用于设定试验程序，控制开断装置；

（5）开断隔离单元，用于根据中央控制单元的参数设置和指令投切正极性高压直流发生装置；

（6）开关控制单元，用于高压脉冲电流的发生后，控制投入负极性直流维持燃弧；

（7）滤波及保护单元，由电感元件与电阻元件串联组成，将直流电压通过电感设备连接到被试电缆，能够对正、负极性直流进行滤波，实现同时具有阻止高压脉冲传递到直流延弧发生器的作用；

（8）测量与显示单元，采用阻容并联分压器测量，用于测量高压脉冲、直流电压的幅值和波形，同时反馈至中央控制单元，由计算机显示。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：负极性直流延弧发生装置通过滤波及保护单元与负极性的高压脉冲电流发生装置并联。

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于：负极性直流延弧发生装置通过该单元施加大容量直流电压电流于被试电缆，当负极性高压脉冲电流发送至被试电缆时，该单元阻止脉冲电流涌入直流延弧发生装置。

6.如权利要求3所述的系统，其特征在于：组成负极性高压脉冲电流发生装置的放电间隙阻止高压直流电流涌入脉冲发生装置。

7.如权利要求3所述的系统，其特征在于：中央控制单元根据设定的控制逻辑，设定试验程序，控制负极性高压直流电压幅值、持续时间，高压脉冲的幅值、发送时刻，负极性直流延弧电压电流的发送时刻、幅值、持续时间，操控开断装置。