CN108344917A - 基于轨迹法的110kV交联聚乙烯交叉互联电缆在线故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于轨迹法的110kV交联聚乙烯交叉互联电缆在线故障诊断方法，即由感应电压和金属护套接地环流测量参数组成的轨迹法。通过在线监测系统采集电缆金属护套接地环流和感应电压参数，通过串口传送MATLAB中，利用拟合代码构建同一时间段内两种参数综合起来的轨迹图，并求出长轴、短轴、面积、倾斜角等参数，分析比较该轨迹图与正常情况下的差异情况，分析其长轴、短轴、倾斜角、离心率的变化率来精确地进行故障诊断。该方法可以克服传统在线监测及故障诊断方法的不足，精确度更高，可实现实时诊断，并能形成历史故障轨迹数据库。感应电压在线检测方法：线路采用交叉互联接地方式，在线路交叉互联接地箱的护层保护器两端进行测量。

Description

基于轨迹法的110kV交联聚乙烯交叉互联电缆在线故障诊断 方法

技术领域

本发明涉及一种基于轨迹法的110kV交联聚乙烯交叉互联电缆进行在线监测诊断方法，适用于110KV及以上电压等级，属于电力技术领域。

背景技术

交联聚乙烯(XLPE)电缆具有结构轻便、电气性能优异、敷设方便等优点，在高压电网中获得了广泛应用。电力电缆运行过程中，会受到外界复杂环境的影响，如电、磁、热、化学、机械等多重因素的作用，制作过程中也可能存在绝缘气隙和突起等局部缺陷，将促使电缆绝缘逐渐老化，最终造成局部放电，导致电缆主绝缘击穿，产生接地故障。电缆外护套绝缘主要可能有下列故障:一是护套破损导致电缆金属护套出现多点接地，金属护套产生环流造成损耗发热，导致绝缘局部过热并加速绝缘老化，严重影响主绝缘寿命；二是护层绝缘损伤导致水分侵入，主绝缘产生水树老化的概率增加，对电缆寿命产生严重影响。三是护层感应电压过高导致电缆局部击穿放电，严重影响电缆正常运行。

目前国内外提出了诸如直流分量法、介质损耗因素法、局部放电法等监测方法，对于高压XLPE这些方法虽然具有理论可行性，但均存在不足之处。接地环流法是近年来在线监测领域中的新方法，目前市场上已有多种相关产品。

电缆绝缘接头中会引出一段小电缆接入护层接地箱与整个网络中的接地电缆相连接，以降低电缆护层感应电压。这种设计在理想状态下不会使护层与大地形成回路，但在实际应用中由于各种不可控因素，护层接地电缆上会产生接地环流。研究表明，接地环流值与电缆负荷电流值有关联，与电缆绝缘电阻有关联，因而可通过测量接地环流值来判断电缆绝缘状况。当前国家电网及各地方电力公司并没有出台统一标准来规定接地环流值的正常与异常标准。上海市电力公司标准为电缆接地线电流不大于10A；杭州市电力公司标准为接地环流值不得超过负荷电流值的10％；国家电网标准为100A以下为正常状况，100-200A为异常状况，200A以上为故障状况。

由于电缆排列方式、长度、负荷电流值、截面积、电压等级均会对环流值产生影响，上述标准在实际情况中不具备通用性。通过有关实例分析可以发现仅测量接地环流大小仍不能满足当前电缆运行精准监测的需要。接地环流的产生与护层感应电压有关，二者具有一定联系。《电力工程电缆设计规范》规定感应电压在无安全措施情况下不得超过50V，采取安全措施情况下不得超过100V，该规范具备通用性，可作为电缆监测的参考因素。

国外提出一种采用轨迹法进行变压器故障在线监测的新方法，通过采集变压器输入输出电压差异值和输入电流并构建其在同一时间段综合起来的轨迹图来对故障进行判断，任何故障都会使轨迹图发生变化，经相关实验证明该方法准确可靠，具备可行性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述在线监测及故障诊断方法的不足，并借鉴国外变压器轨迹法在线监测的经验，提出一种基于轨迹法的可有效在线诊断XLPE交叉互联电缆故障的新方法。该方法是通过采集电缆的金属护层接地环流和感应电压的参数并构建其在同一时间段综合起来的轨迹图来对故障进行判断。此轨迹图可以当做是电缆运行状况的指纹，任何故障都会以独特的方式改变这个轨迹。并用MATLAB数据拟合代码去分析比较轨迹图的一些特征来识别可能的故障类型。

首先对110kV交联聚乙烯交叉互联电缆正常运行段采集金属护层接地环流和感应电压的参数，取其相同时间内电流和电压各自的波形，并根据对应的时间将电流电压波形投射到另一个坐标系中，将电压投射为Y轴，电流投射为X轴，两者形成一个轨迹，并把此轨迹作为原始轨迹图。然后针对不同故障情况，通过研究轨迹图特征量的变化率来判断故障类型。在本发明中采集的电缆参数是护套接地环流及感应电压，已判断电缆漏电、短路、过负荷故障类型。当电缆出现漏电故障时，环流值会略微增加，感应电压不变，当电缆出现短路故障时，环流值急剧增大，感应电压上升。当电缆出现过负荷故障时，环流值增大，感应电压降低。

该发明的技术关键是将在线监测装置采集到的接地线环流及感应电压参数，投射到同一坐标系中，根据其轨迹特征量的变化率判断其故障的类型，难点在于研究故障与轨迹变化之间的具体对应关系。因此为了通过轨迹图诊断电缆故障，需要先模拟不同故障对其轨迹图的走向变化进行数据记录和数学研究，针对图像的图像质心，主要和次要轴长度，偏心距和旋转角度等方面研究故障与这些图像参数的数学关系，建立一个电缆轨迹数据库，作为电缆故障诊断的依据。

附图说明

图1为在线监测系统原始信号提取示意图；

图2为在线监测系统框架图；

图3为轨迹法判断故障示意图；

图4为轨迹法判断电缆漏电故障示意图；

图5为轨迹法判断电缆单相短路故障示意图；

图6为轨迹法判断电缆过负荷故障示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施过程对本发明作进一步描述。

参见图1，电缆金属护层环流信号用罗氏线圈从电缆护层交叉互联接地箱的铜排上提取。电缆金属护层感应电压信号用电压互感器从电缆护层交叉互联接地箱护层保护器ZnO上提取。

参见图2，整个电缆在线监测系统框架如图所示，系统各环节采取模块化设计，由以下三部分组成：电缆金属护层接地环流信号和感应电压采集模块、信号无线传输模块、远程综合信息管理系统。其中，金属护层环接地流信号和感应电压信号采集模块主要包括原始信号采集、滤波电路与远程测控终端。使用滤波电路消除信号中的高频噪声，使有用的低频信号通过。由于电网中存在谐波，主要为三次、五次谐波，会影响测量准确度，甚至使系统振荡，因此使用陷波电路消除信号中的三次谐波、五次谐波信号。信号无线传输模块主要是把实时监测的相关数据传送给远程综合管理系统监控中心。最后由监控中心负责接收传感器采集到的金属护层接地环流信号和感应电压信号。

参见图3，在数据采集传输至计算机之后，对于相关数据处理的方法采用新提出的轨迹法，即在特定的一段时间内由监测装置测量相关参数的变化情况，并得出相应的轨迹图。把模拟各种故障(主绝缘老化或受潮，护套破损，护套多点接地故障等)情况下轨迹图的图形变化情况作为参考依据。在实际电缆运行中根据参考轨迹图判断故障类型。具体实现通过MATLAB拟合代码：

"F＝@(p,x)p(1)*x(:,1).^2+p(2)*x(:,1).*x(:,2)+p(3)*x(:,2).^2+p(4)*x(:,1)+p(5)*x(:,2)+p(6)；p＝nlinfit(x,zeros(size(x,1),1),F,p0)；p(1)；p(2)；p(3)；p(4)；p(5)；p(6)

A＝p(1)/p(6)；B＝p(2)/p(6)；C＝p(3)/p(6)；D＝p(4)/p(6)；E＝p(5)/p(6)；

a＝2*sqrt((2*A*(X_center^2)+2*C*(Y_center^2)+2*B*X_center*Y_center-2)/(A+C+sqrt(((A-C)^2+B^2))))；b＝2*sqrt((2*A*(X_center^2)+2*C*(Y_center^2)+2*B*X_center*Y_center-2)/(A+C-sqrt(((A-C)^2+B^2))))；q＝0.5*atan(B/(A-C))；e＝(sprt(a^2-b^2))/a；plot(x(:,1),x(:,2),'ro')”对轨迹图像的主要和次要轴长度，离心率和长轴旋转角度进行分析从而得到故障类型的判断依据，再配合历史故障数据库作为参考对故障类型进行综合判断。

参见图4，当电缆出现漏电故障时，环流值会略微增加，感应电压不变，因此轨迹图长轴长度增加，面积略微增加，离心率增大。

参见图5，当电缆出现短路故障时，环流值急剧增大，感应电压上升，轨迹图面积明显增加，离心率增大。

参见图6，当电缆出现过负荷故障时，环流值增大，感应电压减小，轨迹图面积减小，离心率明显增大。

Claims (2)

1.基于轨迹法的110kV交联聚乙烯交叉互联电缆在线故障诊断方法，其特征在于：通过在线监测系统采集电缆金属护套接地环流和感应电压参数，通过串口传送至MATLAB中，利用拟合代码构建同一时间段内两种参数综合起来的轨迹图，并求出长轴、短轴、面积、倾斜角等参数，分析比较该轨迹图与正常情况下的差异情况。因不同电缆其正常情况下感应电压与环流大小不同，且不同类型故障对数值影响程度不同，因而不单纯从轨迹图参数本身进行比较，而是分析其长轴长度变化率，长轴倾斜角变化率，离心率变化率，面积变化率来精确地进行故障诊断。该方法可以克服传统在线监测及故障诊断方法的不足，精确度更高，成本较低，可以实现实时诊断，并能形成历史故障轨迹数据库。感应电压在线检测方法：线路采用交叉互联接地方式，在线路交叉互联接地箱的护层保护器两端进行测量。

2.根据权利要求1，所述方法应用到的在线监测系统的特征在于：系统各环节采取模块化设计，由以下三部分组成：电缆金属护层接地环流信号和感应电压采集模块、信号无线传输模块、远程综合信息管理系统。其中，信号采集模块主要包括原始信号采集、滤波电路、陷波电路与远程测控终端。原始信号采集模块通过电流传感器从金属护层两端接地线与护层交叉互联处采集环流信号，通过电压传感器从串联于金属护层两端接地线与护层交叉互联处采集感应电压信号，然后使用滤波电路消除信号中的高频噪声，使有用的低频信号通过，再用陷波电路消除低频信号中的三次谐波、五次谐波，加强准确度。信号无线传输模块主要是把实时监测的相关数据传送给远程综合管理系统监控中心。最后由监控中心负责接收传感器采集到的金属护套电流信号和感应电压信号。