CN110763957A - 一种中压电缆绝缘故障在线监测新方法 - Google Patents

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赵威
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Abstract

本发明公开了一种中压电缆绝缘故障在线监测新方法，通过安装在高压电缆正常运行段首末端的信号采集系统，采集到线芯电流瞬时值，在电缆首端与末端金属护层直接接地箱处，采集护层回路电流，将所采集信号经滤波放大，通过RTU无线传输模块将信号传输至终端，上位机从终端读取数据，分别从线芯电流与护层环流做差值得到流过电缆主绝缘的泄漏电流ΔI1与ΔI2，将ΔI1与ΔI2分别映射在二维坐标系的纵轴与横轴，利用图像拟合技术得出闭合曲线，通过分析闭合曲线特征参数变化率精确判评估电缆绝缘状态，并对历史数据建立数据库作为电缆运行状态评估依据。

Description

一种中压电缆绝缘故障在线监测新方法
技术领域
本发明涉及一种中压电缆绝缘故障在线监测新方法，适用于1KV以上20KV 以下电压等级的中压电力电缆，属于电力技术领域。
背景技术
目前，交联聚乙烯(XLPE)电力电缆是电力系统中重要的传输电介质，凭借着良好的绝缘性能，耐热性能等优点，得到了越来越多的应。同时因为电缆设计、生产、安装和维护等很多影响因素，电缆线路故障带来的停电事故也越来越多，是电网安全运行的重要隐患之一。导致电缆线路故障的初始原因大致可以归类为6种，包括运行环境因素、外力破坏、安装工艺不良、制造工艺或设计缺陷、运行维护人员操作失误以及电缆服役年限增长引起的老化。高压电缆线路发生故障的表现形式主要有3类：①电缆线路导体断路；②电缆线路导体间短路或导体对地短路；③电缆绝缘故障。
目前国内外电缆在线监测技术主要有直流分量法，直流叠加法、局部放电法等，并在实际中得到了广泛的应用，积累了大量的实测数据形成了具有体系的判据；随着人工智能技术的快速发展，证据理论、模糊理论、贝叶斯估计等理论逐渐应用到电气设备的状态评估中，但均存在不足之处。
发明内容
在未采用交叉互联方式连接的电缆段中，考虑到电缆本身的无源性，根据电流的连续原理，电缆首末端线芯电流瞬时值之差即为通过电缆主绝缘的泄漏电流；电缆两端护层直接接地，形成护层回路，护层回路中会有环流产生，环流沿护层单一方向流动，流经电缆绝缘的泄漏电流也可由护层环流求得。假设电缆输电端定义为首端，电缆受电端定义为末端，通过在线采集首端线芯电流IA1和末端线芯电流值IA2，然后将首端线芯电流瞬时值减去末端电流瞬时值，即可得到流过电缆主绝缘的泄漏电流ΔI1＝IA1-IA2(以A相为例)；电缆终端处金属护层通过接地箱接地，在首端与末端护层接地箱处采集护层回路电流I1与I2，即可得到流经绝缘的泄漏电流ΔI2＝I2-I1；将ΔI1与ΔI2分别映射于二维坐标系的纵轴与横轴，在同一时间内拟合出的闭合曲线，分析其长轴变化率、短轴变化率、旋转角变化率、离心率变化率，精确进行电缆绝缘状态评估；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，并能形成历史故障轨迹数据库。
首先通过安装在高压电缆正常运行段首末端的信号采集系统，采集到线芯电流瞬时值，在电缆首端与末端金属护层直接接地箱处，采集护层回路电流，将所采集信号经滤波放大，通过RTU无线传输模块将信号传输至终端，上位机从终端读取数据，分别从线芯电流与护层环流做差值得到流过电缆主绝缘的泄漏电流ΔI1与ΔI2，分别映射在二维坐标系的纵轴与横轴，利用图像拟合技术得出闭合曲线，通过分析闭合曲线特征参数变化率精确判评估电缆运行状态，并对历史数据建立数据库作为电缆运行状态评估依据。
该发明的技术关键是将在线监测装置采集到的两组泄漏电流投射到同一坐标系中，根据其拟合出的闭合曲线变化通过数字图像处理技术判断其故障的类型，难点在于研究故障与轨迹变化之间的具体对应关系。因此为了通过拟合图诊断电缆故障，需要先模拟不同故障对其拟合图像的走向变化进行数据记录和数学研究，针对拟合图像的长轴与短轴长度，离心率和旋转角度等方面研究故障与这些拟合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为拟合曲线示意图。
图3为电缆绝缘故障仿真示意图。
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首端与末端金属护层接地箱的铜排上提取；线芯电流用罗氏线圈直接套在首端电缆本体与末端电缆本体提取。
参见图2，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拟合曲线，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，并得出相应的拟合曲线。把模拟故障情况下拟合曲线的变化情况作为参考依据。具体实现通过数字图像处理技术对轨迹图像的长轴变化率、短轴变化率、旋转角变化率、离心率变化率，精确进行电缆绝缘状态评估。
参见图3，电缆绝缘故障利用拟合曲线作为判据，电缆绝缘破损，绝缘性能下降，经过电缆主绝缘的泄漏电流增大，故拟合曲线面积增大。

Claims (2)

1.一种中压电缆绝缘故障在线监测新方法，其特征在于：在未采用交叉互联方式连接的电缆段中，假设电缆输电端定义为首端，电缆受电端定义为末端，通过在线采集首端线芯电流IA1和末端线芯电流值IA2，然后将首端线芯电流瞬时值减去末端电流瞬时值，即可得到流过电缆主绝缘的泄露电流ΔI1＝IA1-IA2(以A相为例)；电缆终端处金属护层通过接地箱接地，在首端与末端护层接地箱处采集护层回路电流I1与I2，即可得到流经绝缘的泄漏电流ΔI2＝I2-I1；将ΔI1与ΔI2分别映射于二维坐标系的纵轴与横轴，在同一时间内拟合出的闭合曲线，分析其长轴变化率、短轴变化率、旋转角变化率、离心率变化率，精确进行电缆运行状态评估；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，并能形成历史故障轨迹数据库。
2.如权利要求1中所述，未采用金属护层交叉互联连接方式的中压电缆，考虑到电缆本身的无源性，根据电流的连续原理，电缆首末端线芯电流瞬时值之差即为通过电缆主绝缘的泄漏电流；电缆两端护层直接接地，形成护层回路，护层回路中会有环流产生，环流沿护层单一方向流动，流经电缆主绝缘的泄漏电流也可由护层环流求得。
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