CN111781426A - 一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统及方法 - Google Patents

一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统及方法，该系统包括：电流注入模块：在交叉互联箱的一侧分别向高压电缆交叉互联回路的三相电缆的任意两相金属套中注入直流电流形成电流回路；电流电压采集模块：测试注入电流大小以及形成电流回路的两相注入点之间的电压差；回路直流电流探测模块：注入直流电流时探测交叉互联箱另一侧三相电缆金属套中直流电流大小；中央处理单元：控制电流注入模块注入三相回路的切换，并根据采集的数据计算三相电缆交叉互联回路在直流电流注入点前后的回路电阻大小。与现有技术相比，本发明能带电测试，并在高达几百伏感应电压、几十上百安培环流的高压电缆交叉互联回路中实现毫欧级电阻的高精度检测。

Description

一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统及方法
技术领域
本发明涉及高压电缆交叉互联回路带电检测技术领域，尤其是涉及一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统及方法。
背景技术
随着我国城市化建设步伐的加快，对电力负荷需求急剧增加，城市架空线路改造和地下电网敷设电力电缆线路越来越多，电缆线路变的越来越长，为有效减小护套环层电流，目前长电缆线路均采用高压电缆交叉互联接地系统。
高压电缆交叉互联回路中包括：电缆金属套、附件铜壳或尾管、中间接头过桥线、接地线以及各部分之间的压接及紧固件，任何一处连接不良，如螺栓未紧固、虚焊、封铅不良，均会引起交叉互联回路电阻变大。例如：电缆金属套与铜编织线焊接不良，使连接电阻增加0.1Ω，在10kA短路电流作用下，该处瞬间发热功率为10MW，使局部温升，灼伤电缆主绝缘，引起电缆在接头或尾管附近击穿。如电阻进一步加大，会限制短路电流值，延长跳闸时间，引起火灾。因此，对高压电缆交叉互联回路接地缺陷的检测尤其重要。目前常用的方法包括红外测温检测、超声波检测以及涡流探伤检测等，红外测温检测检测电缆表面温度情况，从而判断是否发生缺陷，超声波检测通过检测燃弧放电来判断缺陷发生情况，这两种方式只有在临近故障时才能检测出来，涡流探伤技术是一种利用电磁感应原理，检测附件和金属连接表面缺陷的探伤方法，但无法检测金属连接内部的小尺寸缺陷，如砂眼等。因此，现有的检测方法不能及时准确地检测高压电缆交叉互联回路电阻。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统，该系统包括：
电流注入模块：用于在交叉互联箱的一侧分别向高压电缆交叉互联回路的A、B、C三相电缆的任意两相金属套中注入直流电流形成电流回路；
电流电压采集模块：用于在注入直流电流时测试注入电流大小以及形成电流回路的两相注入点之间的电压差；
回路直流电流探测模块：用于在注入直流电流时探测交叉互联箱另一侧位于高压电缆交叉互联回路接地侧的A、B、C三相电缆金属套中直流电流大小；
中央处理单元：用于控制电流注入模块注入三相回路的切换，并根据电流电压采集模块和回路直流电流探测模块采集的数据计算A、B、C三相电缆交叉互联回路在直流电流注入点前后的回路电阻大小。
优选地，所述的电流注入模块包括电流源、三相切换器、三相接入部件和保护抑制电路，所述的三相接入部件用于连接交叉互联箱的A、B、C三相铜排形成注入点，所述的电流源通过三相切换器连接三相接入部件，所述的三相切换器用于将A、B、C三相中的任意两相与电流源连通形成电流回路，所述的保护抑制电路和电流电压采集模块均通过三相切换器连通至电流回路中。
优选地，所述的三相接入部件包括测试夹，所述的测试夹分别夹持交叉互联箱A、B、C三相铜排形成电气导通，A、B、C三相的测试夹分别引出两根测量线，其中一根用于通过三相切换电路连通电流源形成电流回路，另一根通过三相切换电路与电流电压采集模块连接。
优选地，所述的电流电压采集模块包括电流采集器和电压采集器，所述的电流采集器通过三相切换器串联于电流回路中，所述的电压采集器通过三相切换器并联于电流回路对应的两个测试夹上。
优选地，所述的回路直流电流探测模块包括直流电流传感器。
优选地，所述的电流注入模块、电流电压采集模块、回路直流电流探测模块和中央处理单元集成于测试箱体中，电流注入模块和回路直流电流探测模块从测试箱体中引出用于分别连接A、B、C三相电缆金属套。
优选地，该系统还包括远程监控的移动智能终端，所述的移动智能终端通过通信模块连接中央处理单元。
一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测方法，该方法基于上述高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统来实现，所述的方法包括如下步骤：
(1)电流注入模块向三相电缆中的A、B相注入电流，A、B相注入点分别记作m、n，在注入点m、n前后分别形成AB相第一电流回路和AB相第二电流回路；
(2)电流电压采集模块获取注入电流大小I1以及注入点m、n电压差U1，同时回路直流电流探测模块获取A、B、C三相电缆中直流电流大小IA1、IB1、IC1；
(3)针对AB相第一电流回路和AB相第二电流回路，根据基尔霍夫电流电压定律得到电压方程；
(4)基于步骤(1)～(3)的方式电流注入模块向三相电缆中的B、C相注入电流以及A、C相注入电流并得到相应的电压方程；
(5)求解电压方程A、B、C三相电缆交叉互联回路在直流电流注入点前后的回路电阻大小。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明系统能在高达300V工频感应电压、上百安培(A)工频电流干扰下，实现高压电缆交叉互联回路中毫欧(mΩ)级电阻的高精度检测，抗干扰功能力强，在电缆运行状态下无需停电就能有效检测高压电缆交叉互联回路状态并准确定位不良连接点位置，降低了电缆故障率，具有很好的经济和社会效益；
(2)本发明具有远程遥测功能，系统与移动智能终端通信连接，实现远程控制、测量、数据存储，更加安全、便捷；
(3)本发明系统能在外界过电压或过电流下，快速动作，保证检测系统、被测电缆和检测人员的安全，安全性高；
(4)本发明的系统和方法可以先进行初步检测判定缺陷相，再利用回路电阻精确定点技术，实现缺陷点精确定位。
附图说明
图1为本发明高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统的组成框图；
图2为采用本发明高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统进行带电检测的原理图；
图3为采用本发明高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统进行带电检测的电路简化图；
图4为向A、B相电缆注入直流电流时的电路原理示意图；
图5为向A、C相电缆注入直流电流时的电路原理示意图；
图6为向B、C相电缆注入直流电流时的电路原理示意图；
图中，1为电流注入模块，2为电流电压采集模块，3为回路直流电流探测模块，4为中央处理单元，5为移动智能终端，6为通信模块，7为交叉互联箱一侧铜排，8为交叉互联箱另一侧线缆，11为电流源，12为三相切换器，13为三相接入部件，14为保护抑制电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例
如图1所示，一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统，该系统包括：
电流注入模块1：用于在交叉互联箱的一侧分别向高压电缆交叉互联回路的A、B、C三相电缆的任意两相金属套中注入直流电流形成电流回路；
电流电压采集模块2：用于在注入直流电流时测试注入电流大小以及形成电流回路的两相注入点之间的电压差；
回路直流电流探测模块3：用于在注入直流电流时探测交叉互联箱另一侧位于高压电缆交叉互联回路接地侧的A、B、C三相电缆金属套中直流电流大小；
中央处理单元4：用于控制电流注入模块1注入三相回路的切换，并根据电流电压采集模块2和回路直流电流探测模块3采集的数据计算A、B、C三相电缆交叉互联回路在直流电流注入点前后的回路电阻大小。
电流注入模块1包括电流源11、三相切换器12、三相接入部件13和保护抑制电路14，三相接入部件13用于连接交叉互联箱的一侧的A、B、C三相铜排形成注入点，电流源11通过三相切换器12连接三相接入部件13，三相切换器12用于将A、B、C三相中的任意两相与电流源11连通形成电流回路，保护抑制电路14和电流电压采集模块2均通过三相切换器12连通至电流回路中。
三相接入部件13包括测试夹，测试夹分别夹持A、B、C三相电缆形成电气导通，具体地，测试夹分别夹持在交叉互联箱一侧铜排7上，A、B、C三相的测试夹分别引出两根测量线，其中一根用于通过三相切换电路连通电流源11形成电流回路，另一根通过三相切换电路与电流电压采集模块2连接。
电流电压采集模块2包括电流采集器和电压采集器，电流采集器通过三相切换器12串联于电流回路中，电压采集器通过三相切换器12并联于电流回路对应的两个测试夹上。
回路直流电流探测模块3包括直流电流传感器，直流电流传感器精度为1％。直流电流传感器设置3个，分别夹持在交叉互联箱另一侧线缆8上，用于测量电缆中的直流电流大小。
电流注入模块1、电流电压采集模块2、回路直流电流探测模块3和中央处理单元4集成于测试箱体中，电流注入模块1和回路直流电流探测模块3从测试箱体中引出用于分别连接A、B、C三相电缆金属套。
该系统还包括远程监控的移动智能终端5，移动智能终端5通过通信模块6连接中央处理单元4，本实施例中通信模块6可采用无线通信模块6实现无线通信。
本实施例中本实施例中，中央处理单元4可采用类似单片机、DSP类的微处理器，电流注入模块1中的三相切换器12可采用继电器，采用4线制接法，电流电压采集模块2的电流采集器包括采样电阻和第一电压表，采样电阻通过三相切换器12串联于A、B、C三相中的任意两相的两个注入点间，A、B、C三相中的任意两相测量测样电阻的电压，进而得到电流回路中电流，电压采集器包括第二电压表，第二电压表通过三相切换器12并联于电流回路对应的两个注入点上，保护抑制电路14包括常见的过流过压保护电路以及滤波电路等，从而抑制测量信号中高达300V工频感应电压和上百安培(A)接地电流对检测系统的影响。
此外，该系统还包括用于展示测量结果的人机交互界面，人机交互界面连接中央处理单元4。人机交互界面可采用LCD交互界面，用于实时显示测量数据、检测及诊断结论；并根据相关国家标准，提出相应处理建议。同时，系统还包括用于存储检测到的交叉互联回路电阻的历史数据的存储器，存储器连接中央处理单元4。存储器完成当前测量数据的保存及历史数据的查阅，中央处理单元4根据相同回路电缆不同时刻的检测数据，自动生成时间-电阻变化趋势图，通过人机交互界面和移动智能终端5显示。另外本系统测试箱体中配置用于系统供电的电源模块。
一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测方法，该方法基于上述高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统来实现，方法包括如下步骤：
(1)电流注入模块1向三相电缆中的A、B相注入电流，A、B相注入点分别记作m、n，在注入点m、n前后分别形成AB相第一电流回路和AB相第一电流回路；
(2)电流电压采集模块2获取注入电流大小I1以及注入点m、n电压差U1，同时回路直流电流探测模块3获得A、B、C三相电缆中直流电流大小IA1、IB1、IC1；
(3)针对AB相第一电流回路和AB相第二电流回路，根据基尔霍夫电流电压定律得到电压方程；
(4)基于步骤(1)～(3)的方式电流注入模块1向三相电缆中的B、C相注入电流以及A、C相注入电流并得到相应的电压方程；
(5)求解电压方程A、B、C三相电缆交叉互联回路在直流电流注入点前后的回路电阻大小。
如下进行具体说明：
采用交叉互联回路电阻带电检测系统进行带电检测的原理如图2所示：
首先，高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统电流源11三相测量夹具分别接在交叉互联箱内部A、B、C相铜排上，记为k、m、n三个点，确保接触良好；
然后，将交叉互联回路两端接地点分别记为x，y，将第一直流电流传感器的探头卡在xm点之间，可以测得A相直流电流；将第二直流电流传感器的探头卡在xn点之间，可以测得B相直流电流；将第三直流电流传感器的探头卡在xk点之间，可以测得C相直流电流；
最后，通过高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统内部控制电流源11及三路电流电压测量模块在AB、AC、BC自动切换，改变电流注入的回路。通过电流探头测得的电流值，以及三路电流电压测量模块测得的数据，建立方程组，并求解出Rxm、Rxn、Rxk、Rym、Ryn、Ryk的值，并与理论值进行对比，从而判断出高压电缆交叉互联回路是否存在故障。具体计算方法如下：
首先，为使得图形清晰明了，将交叉互联示意图做简化得到图3所示的简化图，根据图3，记Rxm为RA1，记Rxn为RB1，记Rxk为RC1，记Rym为RA2，记Ryn为RB2，记Ryk为RC2，记第一直流电流传感器测得的直流数值为IA，方向向右；记第二直流电流传感器测得的直流数值为IB，方向向右；记第三直流电流传感器测得的直流数值为IC，方向向右。应注意到电流方向均标记为向右，如果电流方向实际向左，则读出数值为负。电流源11三个测试夹依然夹在m，n，k位置。
①当电流源11向m，n之间注入电流时，示意图如图4所示：
电流源11输出电流记为I1，电压记为U1，此时直流电流传感器测得电流记为IA1，IB1，IC1。记此时点x电位为Ux，点y电位为Uy，点m电位为Um，点n电位为Un。
根据基尔霍夫电流电压定律，可列出方程：
对于回路1，由m，n两点之间的电位差可列出方程如下：
U1＝Umn＝Um-Un＝(Ux-RA1*IA1)-(Ux-RB1*IB1)
即：
U1＝-RA1*IA1+RB1*IB1 (1)
对于回路2，由m，n两点之间的电位差可列出方程如下：
U1＝Umn＝Um-Un＝[Uy+RA2*(IA1+I1)]-[Uy+RB2*(IB1-I1)]
即：
U1＝RA2*(IA1+I1)+RB2*(I1-IB1) (2)
②当电流源11向m，k之间注入电流时，示意图如图5所示：
电流源11输出电流记为I2，电压记为U2，此时直流电流传感器测得电流记为IA2，IB2，IC2。记此时点x电位为Ux，点y电位为Uy，点m电位为Um，点k电位为Uk。
根据基尔霍夫电流电压定律，可列出方程：
对于回路3，由m，k两点之间的电位差可列出方程如下：
U2＝Umn＝Um-Un＝(Ux-RA1*IA1)-(Ux-RB1*IB1)
即：
U2＝-RA1*IA2+RC1*IC2 (3)
对于回路4，由m，k两点之间的电位差可列出方程如下：
U2＝Umk＝Um-Uk＝[Uy+RA2*(IA2+I2)]-[Uy+RC2*(IC2-I2)]
即：
U2＝RA2*(IA2+I2)+RC2*(I2-IC2) (4)
③当电流源11向n，k之间注入电流时，示意图如图6所示：
电流源11输出电流记为I3，电压记为U3，此时直流电流传感器测得电流记为IA3，IB3，IC3。记此时点x电位为Ux，点y电位为Uy，点n电位为Un，点k电位为Uk。
根据基尔霍夫电流电压定律，可列出方程：
对于回路5，由n，k两点之间的电位差可列出方程如下：
U3＝Unk＝Un-Uk＝(Ux-RB1*IB3)-(Ux-RC1*IC3)即：
U3＝-RB1*IB3+RC1*IC3 (5)
对于回路6，由n，k两点之间的电位差可列出方程如下：
U3＝Unk＝Un-Uk＝[Uy+RB2*(IB3+I3)]-[Uy+RC2*(IC3-I3)]
即：
U3＝RB2*(IB3+I3)+RC2*(I3-IC3) (6)
④将方程(1)至(6)联立，可得：
U1＝-RA1*IA1+RB1*IB1
U1＝RA2*(IA1+I1)+RB2*(I1-IB1)
U2＝-RA1*IA2+RC1*IC2
U2＝RA2*(IA2+I2)+RC2*(I2-IC2)
U3＝-RB1*IB3+RC1*IC3
U3＝RB2*(IB3+I3)+RC2*(I3-IC3)
这六个方程一共有六个未知数RA1，RB1,RC1，RA2,RB2,RC2，理论上可以求得唯一解。
因此，通过构造矩阵，求解方程，解出RA1，RB1,RC1，RA2,RB2,RC2的值后，与理论值进行对比，从而可以判断被测高压电缆交叉互联回路电阻是否正常。
如果在第一处交叉互联接地箱测得各段电阻正常，则说明该高压电缆交叉互联回路电阻正常；否则，说明被测高压电缆交叉互联回路不正常：若RA1，RB1,RC1不正常，可直接判断是哪一段回路出现故障：若RA2,RB2,RC2不正常，则应前往第二处交叉互联接地箱继续检查，测出各段回路电阻阻值，判断出电阻偏大的点或回路段。如有必要可对缺陷相潜在缺陷位置进行精确定点(如是否在尾管封铅处等)。
最后，需要说明的是：该系统及方法应用于高压电缆交叉互联回路电阻的带电检测，当然应用不限于带电检测，也可用于停电检测。
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (8)

1.一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统，其特征在于，该系统包括：
电流注入模块(1)：用于在交叉互联箱的一侧分别向高压电缆交叉互联回路的A、B、C三相电缆的任意两相金属套中注入直流电流形成电流回路；
电流电压采集模块(2)：用于在注入直流电流时测试注入电流大小以及形成电流回路的两相注入点之间的电压差；
回路直流电流探测模块(3)：用于在注入直流电流时探测交叉互联箱另一侧位于高压电缆交叉互联回路接地侧的A、B、C三相电缆金属套中直流电流大小；
中央处理单元(4)：用于控制电流注入模块(1)注入三相回路的切换，并根据电流电压采集模块(2)和回路直流电流探测模块(3)采集的数据计算A、B、C三相电缆交叉互联回路在直流电流注入点前后的回路电阻大小。
2.根据权利要求1所述的一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统，其特征在于，所述的电流注入模块(1)包括电流源(11)、三相切换器(12)、三相接入部件(13)和保护抑制电路(14)，所述的三相接入部件(13)用于连接交叉互联箱A、B、C三相铜排形成注入点，所述的电流源(11)通过三相切换器(12)连接三相接入部件(13)，所述的三相切换器(12)用于将A、B、C三相中的任意两相与电流源(11)连通形成电流回路，所述的保护抑制电路(14)和电流电压采集模块(2)均通过三相切换器(12)连通至电流回路中。
3.根据权利要求2所述的一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统，其特征在于，所述的三相接入部件(13)包括测试夹，所述的测试夹分别夹持交叉互联箱的A、B、C相铜排形成电气导通，A、B、C三相的测试夹分别引出两根测量线，其中一根用于通过三相切换电路连通电流源(11)形成电流回路，另一根通过三相切换电路与电流电压采集模块(2)连接。
4.根据权利要求3所述的一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统，其特征在于，所述的电流电压采集模块(2)包括电流采集器和电压采集器，所述的电流采集器通过三相切换器(12)串联于电流回路中，所述的电压采集器通过三相切换器(12)并联于电流回路对应的两个测试夹上。
5.根据权利要求1所述的一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统，其特征在于，所述的回路直流电流探测模块(3)包括直流电流传感器。
6.根据权利要求1所述的一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统，其特征在于，所述的电流注入模块(1)、电流电压采集模块(2)、回路直流电流探测模块(3)和中央处理单元(4)集成于测试箱体中，电流注入模块(1)和回路直流电流探测模块(3)从测试箱体中引出用于分别连接A、B、C三相电缆金属套。
7.根据权利要求1所述的一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测系统，其特征在于，该系统还包括远程监控的移动智能终端(5)，所述的移动智能终端(5)通过通信模块(6)连接中央处理单元(4)。
8.一种高压电缆交叉互联回路电阻带电检测方法，其特征在于，该方法基于权利要求1～7任意所述的系统来实现，所述的方法包括如下步骤：
(1)电流注入模块向三相电缆中的A、B相注入电流，A、B相注入点分别记作m、n，在注入点m、n前后分别形成AB相第一电流回路和AB相第二电流回路；
(2)电流电压采集模块获取注入电流大小I1以及注入点m、n电压差U1，同时回路直流电流探测模块获取A、B、C三相电缆金属套中直流电流大小IA1、IB1、IC1；
(3)针对AB相第一电流回路和AB相第二电流回路，根据基尔霍夫电流电压定律得到电压方程；
(4)基于步骤(1)～(3)的方式电流注入模块向三相电缆中的B、C相注入电流以及A、C相注入电流并得到相应的电压方程；
(5)求解电压方程A、B、C三相电缆交叉互联回路在直流电流注入点前后的回路电阻大小。
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