CN107153154B - 一种双端接地电缆绝缘劣化诊断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双端接地电缆绝缘劣化诊断方法，包括步骤：获取双端接地的电缆的泄漏电流及泄漏电流零序分量；通过傅里叶变换方法分析截取的泄漏电流零序分量的幅频特性，确定与电缆绝缘状态相关的特征频段；采用小波包变换方法提取和计算与电缆绝缘状态相关的特征频段的累加能量；获取正常电缆的泄漏电流零序分量及计算出各特征频段的累加能量；将正常电缆的各特征频段的累加能量分别与所计算对应特征频段的累加能量求得比值，根据求得比值判断电缆是否发生绝缘劣化。本发明可实现对双端接地电缆的绝缘状态进行在线检测，抗干扰能力强，有效性不受电网的负载状况与接地电阻大小的影响；节约成本，实现简单。

Description

一种双端接地电缆绝缘劣化诊断方法
技术领域
本发明涉及一种双端接地电缆绝缘劣化诊断方法，属于电缆绝缘劣化诊断的技术领域。
背景技术
随着我国城市化水平的不断提高，交联聚乙烯(XLPE)电缆以其优良的电气性能与机械性能在电网中得到了大规模的使用，特别是在大城市10kV电压等级的配电网中XLPE电缆已经几乎完全取代了传统的架空线路，由于XLPE电缆的运行条件恶劣，绝缘劣化问题时有发生，因此有必要采取有效的诊断方法判断电缆的绝缘是否发生劣化。
但现有的诊断方法主要存在以下两个问题：1.检测信号微弱且易受干扰不易获取；2. 部分方法不适合在线检测需要停电进行离线检测。
因此，需要一种新的可靠的电缆绝缘劣化诊断方法，这对确保电缆的安全运行以及保证城市电网的供电可靠性具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种双端接地电缆绝缘劣化诊断方法，解决现有的电缆绝缘劣化诊断中，监测信号微弱且易受干扰不易获取与部分方法不适合在线检测需要停电进行离线监测的问题。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种双端接地电缆绝缘劣化诊断方法，包括以下步骤：
步骤1、获取双端接地的电缆的泄漏电流及泄漏电流零序分量；
步骤2、通过傅里叶变换方法分析截取的泄漏电流零序分量的幅频特性，确定与电缆绝缘状态相关的特征频段；
步骤3、采用小波包变换方法提取和计算与电缆绝缘状态相关的特征频段的累加能量；
步骤4、获取正常电缆的泄漏电流零序分量及计算与步骤2所确定特征频段对应各特征频段的累加能量；将计算的正常电缆各特征频段的累加能量分别与步骤3所计算对应特征频段的累加能量求得比值，根据求得比值判断电缆是否发生绝缘劣化。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤1中获取电缆的泄漏电流为：
Ii＝I1+I2＝(IL-Ic)+(Ic+IR)
其中，Ii为泄漏电流；I1和I2分别为接地线首末端测得的电流；Ic为屏蔽层中的环流；IL及IR分别为电流的矢量。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤1中获取电缆的泄漏电流零序分量为：
其中，IiA、IiB、IiC为三相泄漏电流。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤3计算特征频段的累加能量为：
其中，Ei为特征频段的累加能量；Cri为特征频段i的小波包累加重构模值向量，||·||2为取向量的2范数。
进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤4包括当求得比值大于1时，则判断电缆发生绝缘劣化。
本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：
本发明双端接地电缆绝缘劣化诊断方法，泄漏电流是从线芯流经绝缘层至金属屏蔽层的电流，因此，泄漏电流中蕴含着电缆绝缘状态的有用信息。当电缆屏蔽层的接地方式采用两端接地时，将作为电力传输线的XLPE电缆等效为二端口网络，在确定与电缆绝缘状态相关的泄漏电流零序分量特征频带的基础上，计算与电缆绝缘状态相关的特征频段的累加能量，通过对比判断电缆是否发生绝缘劣化。
本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.该方法抗干扰能力强，有效性不受电网的负载状况与接地电阻大小的影响；
2.只需在接地线的两端加装测量点，节约成本，实现简单，具有较强的经济性和良好的工程应用价值；
3.所需简单设备就可实现对双端接地电缆的绝缘状态进行在线检测。
附图说明
图1是本发明中电缆的泄漏电流流动示意图。
图2是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的实施方式进行描述。
如图2所示，本发明提出了一种双端接地电缆绝缘劣化诊断方法，首先，根据接地线电流蕴含成分，分离出表征电缆绝缘状态的泄漏电流。然后，通过傅里叶变换方法FFT分析泄漏电流的幅频特性，确定与电缆绝缘状态相关的特征频带。最后，采用小波包变换方法WPT提取和计算这些特征频段的累加能量，以此作为电缆绝缘劣化诊断的依据。具体包括以下步骤：
步骤1、获取双端接地的电缆的泄漏电流及泄漏电流零序分量。
将作为电力传输线的XLPE电缆等效为二端口网络，泄漏电流在电缆中的流动则如图 1所示。泄漏电流Ii是从线芯流经绝缘层至金属屏蔽层的电流，因此，泄漏电流中蕴含着电缆绝缘状态的有用信息。当电缆屏蔽层的接地方式采用两端接地时，泄漏电流在金属屏蔽层可以认为从向左或者向右两个不同的方向流入接地点，为了便于分析分别记为IL与IR。图1中：ZC为线芯的等效阻抗ZS1为内半导体层的等效阻抗；Zi为主绝缘的等效阻抗；ZS2为外半导体层的等效阻抗；ZmR与ZmL分别为金属屏蔽层的右侧和左侧的等效阻抗；Ii、IR和IL为电流的矢量；UC与Um分别为流经线芯的电压矢量和金属屏蔽层上感应电压的矢量； I1和I2分别为接地线首末端测得的电流；Ic为屏蔽层中的环流。根据以上分析泄漏电流在金属屏蔽层中的流动，可以实现金属屏蔽层中环流和泄漏电流的分离。因流经主绝缘的泄漏电流Ii可已看做向左侧和右侧2个方向流入接地点，分别为IL和IR，IL、IR与该段电缆的泄漏电流Ii始终满足：
Ii＝IR+IL
则电缆的泄漏电流可以表示为：
Ii＝I1+I2＝(IL-Ic)+(Ic+IR)
利用该式计算得到的A、B、C三相泄漏电流IiA、IiB、IiC，带入下式计算求得泄漏电流零序分量IL0：
步骤2、通过傅里叶变换方法分析截取的泄漏电流零序分量的幅频特性，确定与电缆绝缘状态相关的特征频段。
截取绝缘发生劣化时电缆的一段泄漏电流的零序分量进行傅里叶变换FFT频谱分析，根据幅频特性的数值大小，确定与电缆绝缘状态相关的特征频段为0～61.52kHz。
步骤3、采用小波包变换方法WPT提取和计算与电缆绝缘状态相关的特征频段的累加能量。具体为：
(1)确定频率段0-61.52kHz为特征频段，为了排除工频分量的影响，在采用小波包变换时，以db9小波为母小波对该原始信号进行8层分解，选择提取第8层的第2个到第31 个小波树节点对应的细节系数，并对其进行重构，得到重构后的泄漏电流零序分量的特征频段模值向量。再将这30个节点以每5个节点为单位，共划为6个大的特征频段：1. (1.98～11.91)kHz，2.(11.91～21.83)kHz，3.(21.83～31.75)kHz，4.(31.75～41.67)kHz， 5.(41.67～51.59)kHz，6.(51.59～61.52)kHz，并计算每个大频段的累加模值重构信号。
(2)定义特征频段i分量的能量Ei为：
其中，Cri为频带i的小波包累加重构模值向量，i＝1,2,…,6；||·||2为取向量的2范数。
步骤4、通过对比判断电缆是否发生绝缘劣化。具体为：
利用步骤上述1-3获取正常电缆泄漏电流零序分量，及离线计算出与步骤2所确定特征频段对应的各特征频段的累加能量。然后将计算的正常电缆的各特征频段的累加能量分别与步骤3所计算对应特征频段的累加能量求得比值，根据求得比值判断电缆是否发生绝缘劣化，即离线计算出的正常电缆泄漏电流零序分量各特征频段能量与在线监测计算下的累加能量求比值，如果发现各频段分量的比值大于1时，则判断电缆发生绝缘劣化，优选地，根据特征频段的数量为6时，设定比值为至少多个如3个同时大于1时，则证明该电缆发生绝缘劣化，但本发明不限于该种方式。通过以上步骤可以实现对双端接地电缆的绝缘劣化进行诊断。
综上，本发明双端接地电缆绝缘劣化诊断方法，所需简单设备就可实现对双端接地电缆的绝缘状态进行在线检测，通过对比判断电缆是否发生绝缘劣化，该方法抗干扰能力强，有效性不受电网的负载状况与接地电阻大小的影响；只需在接地线的两端加装测量点，节约成本，实现简单；具有较强的经济性和良好的工程应用价值。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (5)

1.一种双端接地电缆绝缘劣化诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、获取双端接地的电缆的泄漏电流及泄漏电流零序分量；
步骤2、通过傅里叶变换方法分析截取的泄漏电流零序分量的幅频特性，确定与电缆绝缘状态相关的特征频段；
步骤3、采用小波包变换方法提取和计算与电缆绝缘状态相关的特征频段的累加能量；
步骤4、获取正常电缆的泄漏电流零序分量及计算与步骤2所确定特征频段对应各特征频段的累加能量；将计算的正常电缆各特征频段的累加能量分别与步骤3所计算对应特征频段的累加能量求得比值，根据求得比值判断电缆是否发生绝缘劣化。
2.根据权利要求1所述双端接地电缆绝缘劣化诊断方法，其特征在于：所述步骤1中获取电缆的泄漏电流为：
Ii＝I1+I2＝(IL-Ic)+(Ic+IR)
其中，Ii为泄漏电流；I1和I2分别为接地线首末端测得的电流；Ic为屏蔽层中的环流；IL及IR分别为电流的矢量。
3.根据权利要求1所述双端接地电缆绝缘劣化诊断方法，其特征在于：所述步骤1中获取电缆的泄漏电流零序分量为：
其中，IiA、IiB、IiC为三相泄漏电流。
4.根据权利要求1所述双端接地电缆绝缘劣化诊断方法，其特征在于：所述步骤3计算特征频段的累加能量为：
其中，Ei为特征频段的累加能量；Cri为特征频段i的小波包累加重构模值向量，||·||2为取向量的2范数。
5.根据权利要求1所述双端接地电缆绝缘劣化诊断方法，其特征在于：所述步骤4包括当求得比值大于1时，则判断电缆发生绝缘劣化。
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