CN108594097A - 一种通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，通过对金属护套环流建立完整的环流分析模型，分析金属护套环流的异常原因，用于针对性地提出防范措施，对高压电缆的可靠运行有着重大的意义。本发明的方法，建立的电容电流计算模型与感应电流计算模型，而且模型的输入参数，均可通过对电缆直接测量参数，并代入模型进行计算，通过计算结构判断中高压电缆绝缘状态。本发明的技术原理简单高效，实施时，也不需要复杂的装置，实现成本低，利于实施与推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆绝缘状态的分析技术，更具体地说，涉及一种通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法。
背景技术
随着城市电力系统的发展，电缆作为一种特殊的地下“架空线路”在整个城市配电网中的应用越来越广泛。
但由于受到电磁场，机械，化学，光等因素的作用电缆绝缘将发生不同程度的老化，最终导致电缆绝缘损坏或击穿，而电缆金属护套环流的大小能客观地反映出电缆运行状况。
中国发明专利申请201510290476.8公开了一种电缆绝缘状态诊断方法及诊断装置。在被检测电缆上施加周期变化的指数波形电压；在指数波的上升沿通过波形电压和电流的频域相位关系计算被检测绝缘电缆的介质损耗正切值曲线，在指数波下降沿通过波形电压，激励所述被检测绝缘电缆的局部放电信号；对局部放电信号进行采集记录，分析局部放电缺陷的局部放电特征参数。设备体积小，更加轻便；激励源设备体积小；不存在电荷累积效应；对电缆损伤更小；激励电压等级可调；能够用于检测高压配电电缆的介质谱；能够直接采集试品的局部放电信息进行局放定位和模式识别。
但上述发明的技术方案还需要在电缆上施加指数波形电压，实现原理复杂，不能够直接通过采集与计算进行诊断。对应的，用于实现所述的诊断方法装置也较为复杂，不利实施与推广。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过金属护套环流的变化规律与特性，分析中高压电缆绝缘状态的通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法。
本发明的技术方案如下：
一种通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，通过检测流经金属护套的环流，与标准值进行比较，如果流经金属护套的环流大于标准值，则判断电缆绝缘失效。
作为优选，当电缆的绝缘护套单端接地时，流经金属护套的环流为电容电流；当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，流经金属护套的环流为电容电流与感应电流的矢量和。
作为优选，当电缆的绝缘护套单端接地时，三相电缆的金属护套上，单位长度的电容电流的公式为：
其中，分别为三相电缆的金属护套单位长度的电容电流，分别为三相电缆的相电压，ω为角频率，C为单位长度电容，j表示虚数单位。
作为优选，当电缆的绝缘护套单端接地时，各单位长度段电缆的金属护套的电容电流为并联关系，整根金属护套中流过的电容电流为各单位长度段电缆的金属护套的电容电流之和。
作为优选，当电缆的绝缘护套单端接地时，金属护套存在故障点时，金属护套的环流增大，且与故障点离接地端的距离成正比。
作为优选，当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，设K为电缆上的任意一点，M与S分别为金属护套两端的接地点，N表示金属护套交叉互联点，则电容电流根据KM段阻抗与KS段阻抗，按照并联关系进行分配电流，KM段和KS段的电容电流的公式为：
其中，表示MK段流过的电容电流，表示KN、NS段流过的电容电流，RKN表示KN段电阻，RNS表示NS段电阻含义，RMK表示MK段电阻，表示整根金属护套中流过的电容电流。
作为优选，当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，三相电缆的金属护套上，单位长度的感应电势的公式为：
其中，感抗分别为：
其中，表示A相与感应电势，表示A相流过的电容电流，表示B相感应电势，表示C相感应电势，表示C相流过的电容电流，X1表示AB相感抗，X3表示BC相感抗，Xa表示CA相感抗，Xb表示AC相感抗，DS为电缆护套平均直径，s1、s2、s3分别为电缆AB、BC、CA相的间距，ω为角频率，j表示虚数单位。
作为优选，当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，各单位长度段电缆的金属护套的感应电势为串联关系，整根金属护套上的感应电势为单位长度的感应电势之和。
作为优选，当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，金属护套的感应电流等于感应电势除以回路中的阻抗，所述的阻抗包括接地电阻、金属护套的阻抗，以及金属护套交叉互联时的连接电阻；则金属护套单位长度的电阻公式为：
其中，Rs1表示金属护套单位长度电阻，ρs表示金属护套材料的电阻率，As表示金属护套材料的截面积，αs表示金属护套材料的电阻温度系数，θ表示导体工作温度，η表示金属护套相对导体相对温度的比率；
金属护套单位长度的电抗公式为：
其中，Xs表示中间电缆，Ds表示电缆护套平均直径，ω表示角频率，s表示相邻电缆中心距离。
作为优选，标准值不大于线芯电流的10％。
本发明的有益效果如下：
本发明所述的通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，通过对金属护套环流建立完整的环流分析模型，分析金属护套环流的异常原因，用于针对性地提出防范措施，对高压电缆的可靠运行有着重大的意义。
本发明的方法，建立的电容电流计算模型与感应电流计算模型，而且模型的输入参数，均可通过对电缆直接测量参数，并代入模型进行计算，通过计算结构判断中高压电缆绝缘状态。本发明的技术原理简单高效，实施时，也不需要复杂的装置，实现成本低，利于实施与推广。
附图说明
图1是交叉互联情况下的示意图；
图2是图1的等效电路图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。
本发明为了解决现有技术存在的实现复杂、效率低、生成高等不足，提供一种通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，基于电缆的金属护套环流能客观反映电缆外护套的绝缘状况的原理，通过检测流经金属护套的环流，与标准值进行比较，如果流经金属护套的环流大于标准值，则判断电缆绝缘失效。其中，标准值一般不大于线芯电流的10％。
本发明中，环流的大小与线缆的材质、布线方式、载流量的大小等都有关系，因此针对不同电缆的铺设运行情况搭建一套完整的环流计算分析模型对于分析电缆护层绝缘状态显得尤为重要。普通情况下，金属护套的接地方式包括两种：单端接地、交叉互联两端接地。
对于金属护套单端接地的情况，因为只存在一个直接接地点，未构成感应电流的回路，金属护套中环流只包含电容电流；对于交叉互联接地的情况，金属护套的环流等于电容电流与感应电流的矢量和，在工程计算中可以近似认为它们的夹角为系统功率角。
单端接地和交叉互联两种接地情况下电容电流回路的等效电路不同，所以计算模型也不相同。当电缆的绝缘护套单端接地时，流经金属护套的环流为电容电流；当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，流经金属护套的环流为电容电流与感应电流的矢量和。因此，本发明中，对单端接地与交叉互联两种接地模式均建立电容电流计算模型，对交叉互联接地模式还建立感应电流计算模型。
由于XLPE(交联聚乙烯)绝缘层的绝缘电阻非常大，大约在1013～1015Ω/m数量级，所以在计算电容电流时可以忽略泄漏电流的影响。当电缆的绝缘护套单端接地时，三相电缆的金属护套上，单位长度的电容电流的公式为：
其中，分别为三相电缆的金属护套单位长度的电容电流，分别为三相电缆的相电压，ω为角频率，C为单位长度电容，j表示虚数单位。
当电缆的绝缘护套单端接地时，各单位长度段电缆的金属护套的电容电流为并联关系，整根金属护套中流过的电容电流为各单位长度段电缆的金属护套的电容电流之和，即单位长度段电缆的金属护套的电容电流与电缆长度的乘积。而且当金属护套存在故障点时，金属护套的环流增大，且与故障点离接地端的距离成正比。
当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，如图1所示，设K为电缆上的任意一点，M与S分别为金属护套两端的接地点，N表示金属护套交叉互联点，则电容电流根据KM段阻抗与KS段阻抗，按照并联关系进行分配电流，其等效电路如图2所示，KM段和KS段的电容电流的公式为：
其中，表示MK段流过的电容电流，表示KN、NS段流过的电容电流，RKN表示KN段电阻，RNS表示NS段电阻含义，RMK表示MK段电阻，表示整根金属护套中流过的电容电流。
当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，三相电缆的金属护套上，单位长度的感应电势的公式为：
其中，感抗分别为：
其中，表示A相与感应电势，表示A相流过的电容电流，表示B相感应电势，表示C相感应电势，表示C相流过的电容电流，X1表示AB相感抗，X3表示BC相感抗，Xa表示CA相感抗，Xb表示AC相感抗，DS为电缆护套平均直径，s1、s2、s3分别为电缆AB、BC、CA相的间距，ω为角频率，j表示虚数单位。
当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，各单位长度段电缆的金属护套的感应电势为串联关系，整根金属护套上的感应电势为单位长度的感应电势之和，即单位长度段电缆的金属护套的电容电流与电缆长度的乘积。金属护套的感应电流等于感应电势除以回路中的阻抗，所述的阻抗包括接地电阻、金属护套的阻抗，以及金属护套交叉互联时的连接电阻；则金属护套单位长度的电阻公式为：
其中，Rs1表示金属护套单位长度电阻，ρs表示金属护套材料的电阻率，As表示金属护套材料的截面积，αs表示金属护套材料的电阻温度系数，θ表示导体工作温度，η表示金属护套相对导体相对温度的比率；
金属护套单位长度的电抗公式为：
其中，Xs表示中间电缆，Ds表示电缆护套平均直径，ω表示角频率，s表示相邻电缆中心距离。
以下为实际案例分析：
为了验证本发明，本实施例中选取了110kV五条回路电缆做实际测量，比较其在单端接地和交叉互联两端接地情况下，电缆的金属护套环流的理论值和实测值，结果如表1示：
表1：单端接地金属护套环流理论计算与实测比较
| 线路名称 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 运行电压(KV) | 110 | 110 | 110 | 110 | 110 |
| 线路长度(M) | 723 | 528 | 602 | 510 | 520 |
| 电缆截面(MM2) | 500 | 400 | 400 | 500 | 500 |
| 线路运行电流(A) | 48.6 | 100.8 | 40.8 | 51.2 | 70.7 |
| 直接接地端电流理论值(A) | 4.5 | 3.0 | 3.5 | 3.2 | 3.2 |
| 直接接地端电流实测值(A) | 4.2 | 3.2 | 3.6 | 3.3 | 3.4 |
| 金属护套环流理论值(A) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 金属护套环流实测值(A) | 0.1 | 0.3 | 0.3 | 0.2 | 0.3 |
| 两端接地后金属护套环流(A) | 24.9 | 19.9 | 25 | 33.6 | 39 |
从上表可以看出，在通常情况下，对于单端接地时，若电缆的金属护套绝缘良好，则其直接接地端对地电流很小，一般不超过线芯电流的10％。当电缆的金属护套受到破坏时，金属护套环流会增大，其值与金属护套接地点的位置和金属护套故障电阻以及接地点接地电阻有关。故障点离直接接地端越远，则金属护套循环电流越大，在极端情况下，故障点在金属护套保护器侧时，达到最大值。在实际运用中，对于特定的电缆线路，金属护套循环电流/线芯电流基本上是个恒定值，其波动很小。
上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，其特征在于，通过检测流经金属护套的环流，与标准值进行比较，如果流经金属护套的环流大于标准值，则判断电缆绝缘失效。
2.根据权利要求1所述的通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，其特征在于，当电缆的绝缘护套单端接地时，流经金属护套的环流为电容电流；当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，流经金属护套的环流为电容电流与感应电流的矢量和。
3.根据权利要求2所述的通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，其特征在于，当电缆的绝缘护套单端接地时，三相电缆的金属护套上，单位长度的电容电流的公式为：
其中，分别为三相电缆的金属护套单位长度的电容电流，分别为三相电缆的相电压，ω为角频率，C为单位长度电容，j表示虚数单位。
4.根据权利要求3所述的通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，其特征在于，当电缆的绝缘护套单端接地时，各单位长度段电缆的金属护套的电容电流为并联关系，整根金属护套中流过的电容电流为各单位长度段电缆的金属护套的电容电流之和。
5.根据权利要求4所述的通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，其特征在于，当电缆的绝缘护套单端接地时，金属护套存在故障点时，金属护套的环流增大，且与故障点离接地端的距离成正比。
6.根据权利要求2所述的通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，其特征在于，当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，设K为电缆上的任意一点，M与S分别为金属护套两端的接地点，N表示金属护套交叉互联点，则电容电流根据KM段阻抗与KS段阻抗，按照并联关系进行分配电流，KM段和KS段的电容电流的公式为：
其中，表示MK段流过的电容电流，表示KN、NS段流过的电容电流，RKN表示KN段电阻，RNS表示NS段电阻含义，RMK表示MK段电阻，表示整根金属护套中流过的电容电流。
7.根据权利要求6所述的通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，其特征在于，当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，三相电缆的金属护套上，单位长度的感应电势的公式为：
其中，感抗分别为：
其中，表示A相与感应电势，表示A相流过的电容电流，表示B相感应电势，表示C相感应电势，表示C相流过的电容电流，X1表示AB相感抗，X3表示BC相感抗，Xa表示CA相感抗，Xb表示AC相感抗，DS为电缆护套平均直径，s1、s2、s3分别为电缆AB、BC、CA相的间距，ω为角频率，j表示虚数单位。
8.根据权利要求7所述的通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，其特征在于，当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，各单位长度段电缆的金属护套的感应电势为串联关系，整根金属护套上的感应电势为单位长度的感应电势之和。
9.根据权利要求8所述的通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，其特征在于，当电缆的绝缘护套交叉互联两端接地时，金属护套的感应电流等于感应电势除以回路中的阻抗，所述的阻抗包括接地电阻、金属护套的阻抗，以及金属护套交叉互联时的连接电阻；则金属护套单位长度的电阻公式为：
其中，Rs1表示金属护套单位长度电阻，ρs表示金属护套材料的电阻率，As表示金属护套材料的截面积，αs表示金属护套材料的电阻温度系数，θ表示导体工作温度，η表示金属护套相对导体相对温度的比率；
金属护套单位长度的电抗公式为：
其中，Xs表示中间电缆，Ds表示电缆护套平均直径，ω表示角频率，s表示相邻电缆中心距离。
10.根据权利要求1所述的通过金属护套环流判断中高压电缆绝缘状态的方法，其特征在于，标准值不大于线芯电流的10％。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180928 |
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