CN109342889A - 一种在线式高压电缆击穿故障的快速定位方法 - Google Patents

Abstract

一种在线式高压电缆击穿故障的快速定位方法，在电缆两端安装高频脉冲HFCT传感器，耦合线路的故障击穿波形，通过分析击穿故障时产生的高频脉冲波形，以及根据电缆自身基本信息，测试出脉冲波形在电缆中传输的速度和电缆的长度，利用脉冲在电缆中的反射原理，测试出原波和反射波的时间差，最终快速计算故障点距离电缆端头的距离，达到快速定位的目的，为检修人员提供检修依据，也为后续分析击穿事故的真正原因，给出及时分析资料。

Description

一种在线式高压电缆击穿故障的快速定位方法

技术领域

本发明属于电力电缆击穿故障测量及定位技术领域，特别涉及一种在线式高压电缆击穿故障的快速定位方法。

背景技术

随着城市化加快，电力输送网络电缆替代架空线成为必然趋势，然而随着电缆线路的增多，单段电缆线路的长度增加，使对电缆线路的运行检修越来越复杂，特别是对于直埋电缆，击穿故障后对于故障的寻找，是决定事故检修时长的关键环节，目前虽然有成熟的对于电缆故障定位仪器，但是基本都是属于离线式测量方式，即，在已经击穿的电缆上施加一定的脉冲信号波或者行波，以检测回波的方式进行定位，这种离线方式有两大缺点：第一，检测时间长。由于是击穿后需要协调运维人员携带仪器去现场测试，并需要把电缆的两个终端设备脱开，如果是两端是GIS设备，则更是需要拆解GIS，所以这种离线方式一般都是以天为单位进行检修；第二，检测过程繁琐，有效性低。由于检测原理不同，对故障类型的有效度不同，如，基于行波故障定位原理，对于短路故障有效，而对于开路故障基本无效；基于高压脉冲二次击穿技术，对于绝缘性良好的故障类型基本无效。

检索发现，对于离线式电力电缆故障定位装置和方法的专利、文献较多，而对于在线式电缆故障快速定位装置及方法较少，相关文献也不多。关于离线式电缆故障定位技术主要表现以下几个方面不足分析。

1)采用电桥测量原理的电缆故障测试仪存在的问题，主要是测量误差大，不能精确定位故障点，功能单一，径路测试部分和故障测试部分为分离部分等。

2)采用高压脉冲原理的电缆测试仪体积庞大，不容易携带；电缆故障不容易查找，导致电缆发生故障后处理时间长，定位困难等。

3)不能在一些特殊场合使用，在强大的电磁环境干扰下，产生300-3400Hz的干扰谐波导致测试结果存在误差，给故障处理和查找设备隐患带来了不便。

4)不能及时快速定位电缆故障位置功能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种在线式高压电缆击穿故障的快速定位方法，在电缆两端安装高频脉冲传感器(HFCT)，耦合线路的故障击穿波形，通过分析击穿故障时产生的高频脉冲波形，以及根据电缆自身基本信息，测试出脉冲波形在电缆中传输的速度和电缆的长度，利用脉冲在电缆中的反射原理，测试出原波和反射波的时间差，最终快速计算故障点距离电缆端头的距离，达到快速定位的目的。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种在线式高压电缆击穿故障的快速定位方法，包括以下步骤，首先在电力电缆的两端的接地线5上，卡接两只HFCT传感器4，HFCT传感器4信号端接入两端的高速采集单元8中，两个高速采集单元8接入检测主机10中；其次，测试时由检测主机10统一发送触发采集指令，两个高速采集单元8同步采集，并对比分析击穿故障脉冲到达两端的时间差，来定位击穿故障的位置，具体算法为，电缆长度为L，脉冲波在电缆中的速度为V，从击穿点到两端的脉冲传输时间差为ΔT，击穿点到电缆端部的距离X，可列出公式，计算出击穿位置：

X＝(L-ΔT·V)/2

当击穿波形幅值过大，导致到达两端传感器时仍然严重饱和，利用原波和反射波的时间差来定位故障点位置，由于电缆两端的连接架空线或者其他电气设备，当击穿故障波形在电缆中传输时，会产生反射波，反射波传输到另一端被HFCT传感器4耦合到，因此计算出原波和反射波的时间差ΔT，电缆长度为L，脉冲波在电缆中的速度为V，根据下列公式可计算出击穿故障位置：

X＝L-ΔT·V/2

所述的HFCT传感器4，是耦合脉冲信号的传感装置。

所述的高速采集单元8，是接收传感器信号并加以处理的装置。

本发明目的在于提供一种在线式快速定位电缆击穿故障点的方法，利用电缆击穿时产生高频故障脉冲电流，把击穿过程的脉冲信息录波，分析原始脉冲和反射脉冲的特征，计算时间差，以此推算出故障点的位置，解决了复杂的电缆击穿故障点寻找时间，节省了大量的人力和物力，极大的缩短了恢复电力供应的时间。另外，通过击穿故障的高频脉冲录波，分析其击穿过程的波形，可大概总结击穿故障，为检修人员提供检修依据，也为后续分析击穿事故的真正原因，给出及时分析资料。

附图说明

图1是在线式高压电缆击穿故障快速定位系统图。

图2是电缆击穿故障定位原理图。

图3是两个电缆终端设备采集到的脉冲波形图。

图4是同一个电缆终端设备采集到的脉冲波形图。

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说明。

一种在线式高压电缆击穿故障快速定位方法，包括以下步骤：

参照图1，首先按照图1中的连接方式把系统连接好，电力电缆3的两端连接架空线1，电缆终端接头2的各相位与架空线1的各相位连接，电力电缆3在长距离输电时会产生中间接头12，把各段电缆相互连接，在电缆终端头处有接地线5通过接地箱6连接到大地，接地线5穿过HFCT传感器4，HFCT传感器4通过高频电缆线7连接到高速采集单元8上，电缆3另外一个终端连接方式保持一致，两个高速采集单元8通过光纤线9连接到监测主机10上，监测主机10连接显示设备11上，操作者通过显示设备11操作整个系统。

系统连接完成后，加电运行，为了两端实现同步采集，测试时由监测主机10统一发送采集指令，同时触发采集，两个采集单元8同步以100Mbps速率循环采集数据，缓冲时长1s，根据上位机设定阈值来判断是否启故障时间录波，当采集信号幅值大于阈值时，启动故障滤波程序，最大可录制5s波形，最多可录制10组，录波完成后，最终存储到监测主机10的硬盘上，同时通过定位算法对录波数据进行快速定位，也可供随时查阅、分析、判断事故原因。

参照图2，电缆长度为L，脉冲波在电缆中的速度为V，从击穿点到两端的脉冲传输时间差为ΔT，所以，击穿点到电缆端部的距离X，可列出公式，计算出击穿位置：X＝(L-ΔT·V)/2。

基于上述方法，如图4所示，由1#设备耦合波形可计算出ΔT＝17.62us，再有已知电缆长度2km，脉冲波在电缆中的速度为169m/us，由公式可计算出击穿点距离端部的距离为511.56m处，反射波在电缆中传输时，高频部分衰减较快，低频部分衰减较慢，造成波形有一定变形，但是脉冲的最大值和脉冲极性是不变的，会造成在故障判断上有一定的误差，误差在可接受范围内。

另外当击穿波形幅值过大时，导致到达两端传感器时仍然严重饱和，此时可利用原波和反射波的时间差来定位故障点位置，如图2所示，由于电缆两端的连接架空线或者其他电气设备，当击穿故障波形在电缆中传输时，会产生反射波，反射波传输到另一端被HFCT耦合到，因此计算出原波和反射波的时间差ΔT，电缆长度为L，脉冲波在电缆中的速度为V，根据下列公式可计算出击穿故障位置：

X＝L-ΔT·V/2

所述的HFCT传感器4，是耦合脉冲信号的传感装置，是基于罗高夫斯基线圈为理论基础，外加合适的滤波电路组成。

所述的高速采集单元8，是接收传感器信号并加以处理的装置，根据接收到信号特点，加以滤波、放大后，进行高速A/D转换，并在嵌入式程序中加以数字化处理，最后把处理后的数据，通过光纤线9上传到监测主机10上。

通过实验室验证本方法的过程：

本发明的试验室验证，根据图1连接所示，在实验室搭建一个实验平台，两个终端都带有终端头，电缆可加压，电缆长度为2km，距离电缆端部500米处做一个潜在人工缺陷，在电缆升压过程中，保证能击穿。

首先，根据图1所示将监测系统各个部分连接好，确认各种连接线正确，从HFCT传感器4到监测单元8上的同轴线7的长度相等，给系统加电并启动系统，使系统能正常测试，启动循环滤波功能，并设定阈值触发电平，满足击穿时的脉冲幅值高于阈值。

其次，在试验电缆一端逐步施加电压，使试验电缆的故障缺陷处发生击穿，电缆高压消失，模拟电缆运行中发生击穿事故，产生停电事故。

最后，启动故障分析功能，对电缆的故障进行快速定位，查看系统录波波形，观察电缆击穿过程中高频脉冲波发生的变化。

本发明一种在线式高压电缆击穿故障快速定位方法过程，结合试验中采集到的脉冲波形，如图3所示，说明定位的方法，图中是电缆终端两个高速采集单元所采集到的脉冲波形，从脉冲的峰值相差时差ΔT＝5.892us，再有已知电缆长度2km，脉冲波在电缆中的速度为169m/us，由公式可计算出击穿点距离端部的距离为502.12m处，因为两个设备同步采集误差、采样率误差、传输衰减误差等造成了定位有一定误差，但是由此可见此种方法可快速定位出故障位置。

由此可知，可对一种在线式高压电缆击穿故障快速定位方法，能快速计算出电缆击穿故障位置，并具有较高的精度和准确度。

Claims (2)

1.一种在线式高压电缆击穿故障的快速定位方法，其特征在于，包括以下步骤，首先在电力电缆的两端的接地线(5)上，卡接两只HFCT传感器(4)，HFCT传感器(4)信号端接入两端的高速采集单元(8)中，两个高速采集单元(8)接入检测主机(10)中；其次，测试时由检测主机(10)统一发送触发采集指令，两个高速采集单元(8)同步采集，并对比分析击穿故障脉冲到达两端的时间差，来定位击穿故障的位置，具体算法为，电缆长度为L，脉冲波在电缆中的速度为V，从击穿点到两端的脉冲传输时间差为ΔT，击穿点到电缆端部的距离X，可列出公式，计算出击穿位置：

X＝(L-ΔT·V)/2

所述的HFCT传感器(4)是耦合脉冲信号的传感装置；

所述的高速采集单元(8)是接收传感器信号并加以处理的装置。

2.根据权利要求1所述的一种在线式高压电缆击穿故障的快速定位方法，其特征在于，当击穿波形幅值过大，导致到达两端传感器时仍然严重饱和，利用原波和反射波的时间差来定位故障点位置，由于电缆两端的连接架空线或者其他电气设备，当击穿故障波形在电缆中传输时，会产生反射波，反射波传输到另一端被HFCT传感器(4)耦合到，因此计算出原波和反射波的时间差ΔT，电缆长度为L，脉冲波在电缆中的速度为V，根据下列公式可计算出击穿故障位置：

X＝L-ΔT·V/2。