CN111856208A - 一种超高压电缆护层故障点定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种超高压电缆护层故障点定位装置及方法，属于电缆故障探测技术领域。包括高压信号发生器U1、放电电容C1和电流检测机构，在高压信号发生器U1的电源输出端连接放电电容C1，放电电容C1一端与故障电缆的护层连接，放电电容C1另一端接地，电流检测机构用于检测故障电缆的护层上电流大小。本发明通过高压信号发生器为放电电容充电，然后放电电容放电，故障电缆的故障点击穿放电，然后电流通过故障点处流入大地。沿着电缆路径通过电流检测机构测量通过电缆铝护层上的电流，当越过故障点后，电流突然变小基本为零，通过电流的突然变化，确定护层故障的准确位置，适合对超高压电缆进行故障定位，检测方法简单、可靠。

Description

一种超高压电缆护层故障点定位装置及方法

技术领域

一种超高压电缆护层故障点定位装置及方法，属于电缆故障探测技术领域。

背景技术

在现有技术中，110kV及以上超高压电缆大多采用单芯电缆，超高压电缆运行时会在铝 护层上产生感应电压，为避免在铝护层上产生环流，因此超高压电缆在敷设时铝护层一般采 用一端直接接地、一端保护接地方式或交叉互联方式。若高压电缆出现护层故障，为了避免 护层故障导致环流过大引起主绝缘烧伤，因此要及时对故障点进行定位，处理。

目前超高压电缆护层故障定位装置主要有声磁同步法、跨步电压法、声测法。其中声磁 同步法、声测法主要用于故障电阻较大的故障进行定点，对于故障电阻很小的故障，由于放 电声音很小，一般无法使用声磁同步法、声测法进行定点。而跨步电压法通常适用于直埋电 缆的故障定点，但超高压电缆大部分通过电缆沟或电缆隧道进行敷设，因此无法使用跨步电 压进行定点。

因此，设计一种能够不受放电声音大小的影响，可以快速进行护层故障定点的故障点定 位技术方案，成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种超高压电缆护层故障点定 位装置及方法，能够快速、准确检测到超高压电缆护层故障点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该超高压电缆护层故障定位装置，其特征 在于：包括高压信号发生器U1、放电电容C1和电流检测机构，在高压信号发生器U1的电源 输出端连接放电电容C1，放电电容C1一端与故障电缆的护层连接，放电电容C1另一端接地， 电流检测机构用于检测故障电缆的护层上电流大小。

优选的，所述电流检测机构包括由下至上依次设置在故障电缆上方的下感应线圈L2和上 感应线圈L1，下感应线圈L2和上感应线圈L1连接信号处理机构，信号处理机构将下感应线 圈L2与上感应线圈L1检测到的信号转换为电流值。

优选的，所述下感应线圈L2和上感应线圈L1的垂直距离为0.2m～0.5m。

优选的，所述信号处理机构包括第一信号调理模块、第二信号调理模块、第一模数转换 模块、第二模数转换模块、微处理器和显示模块，上感应线圈的输出端连接第一信号调理模 块的输入端，第一信号调理模块的输出端连接第一模数转换模块的输入端，第一模数转换模 块的输出端连接微处理器的输入端；下感应线圈的输出端连接第二信号调理模块的输入端， 第二信号调理模块的输出端连接第二模数转换模块的输入端，第二模数转换模块的输出端连 接微处理器的另一个输入端，微处理器的输出端连接显示模块。

优选的，所述放电电容C1一端通过开关K1与故障电缆的护层连接。

利用超高压电缆护层故障定位装置进行故障定位的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、高压信号发生器U1为放电电容C1充电，放电电容C1向故障电缆的护层放电，故障 电缆的故障点击穿放电，在故障电缆的护层上产生电流；

2)、利用电流检测机构沿电缆路径进行护层电流检测，护层电流突然变小的位置即为故 障位置，护层电流突然变小是指电流减小50％以上。

优选的，所述电流检测机构包括设置在故障电缆上方的下感应线圈L2和上感应线圈L1；

步骤2)进行护层电流检测的方法是：利用上感应线圈L1与下感应线圈L2分别检测因 护层电流变化在感应线圈上产生的感应电动势E1与E2；根据检测到的感应电动势计算出故 障电缆的护层上的电流值。

优选的，步骤2)中护层电流检测时的数据采样频率大于1MHz。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

本发明通过高压信号发生器为放电电容充电，然后放电电容放电，故障电缆的故障点击 穿放电，然后电流通过故障点处流入大地。沿着电缆路径通过电流检测机构测量通过电缆铝 护层上的电流，当越过故障点后，电流突然变小基本为零，通过电流的突然变化，确定护层 故障的准确位置，适合对超高压电缆进行故障定位，检测方法简单、可靠。

附图说明

图1为超高压电缆护层故障点定位装置的示意图。

图2为放电电容放电后的示意图。

图3为下感应线圈、上感应线圈与电缆的位置示意图。

图4为超高压电缆护层故障点定位装置原理方框图。

图中：1、故障电缆2、下感应线圈3、上感应线圈。

具体实施方式

图1～4是本发明的最佳实施例，下面结合附图1～4对本发明做进一步说明。

如图1～2所示，一种超高压电缆护层故障点定位装置包括高压信号发生器U1，在高压信 号发生U1器的电源输出端连接有放电电容C1，放电电容C1并联在高压信号发生器U1的输 出端，高压信号发生器U1的输出端并联放电电容C1后一端接地，另一端串联开关K1后连 接故障电缆1的护层。本实施例的放电电容C1并联在高压信号发生器的输出端，在高压信 号发生器U1的输出端并联放电电容C1后一端接地，另一端串联开关K1后连接故障电缆1 的护层。

如图3～4，在故障电缆1的上方设置有下感应线圈2，在下感应线圈2的上方还设置有上 感应线圈3。上感应线圈3和下感应线圈2的垂直距离d为0.2m～0.5m。上感应线圈3的输出 端连接第一信号调理模块的输入端，第一信号调理模块的输出端连接第一模数转换模块的输 入端，第一模数转换模块的输出端连接微处理器的输入端；下感应线圈2的输出端连接第二 信号调理模块的输入端，第二信号调理模块的输出端连接第二模数转换模块的输入端，第二 模数转换模块的输出端连接微处理器的另一个输入端，微处理器的输出端连接有显示模块。 信号调理模块包括用于对感应线圈的感应信号进行放大的信号放大电路，数模转换模块由采 样频率大于1MHz的模数转换芯片实现。

利用超高压电缆护层故障定位装置进行故障定位的方法包括以下步骤：

1)、首先断开开关K1，高压信号发生器U1为放电电容C1充电，当放电电容C1充电完成，闭合开关K1，放电电容C1向故障电缆1的护层放电，故障电缆1故障点击穿放电瞬间， 将在电缆铝护层上产生电流，电流流向铝护层，在故障点处电流将会通过大地返回放电电容C1，参照图3。当放电电容C1放电时，电流变化引起周围的磁场变化，导致穿过上感应线圈L1和下感应线圈L2的磁通发生变化，从而引起两个感应线圈感应电动势的变化。

2)、利用电流检测机构沿电缆路径进行护层电流检测，护层电流突然变小的位置即为故 障位置，护层电流突然变小是指电流减小50％以上，通常故障点的电流基本为零。

当上感应线圈L1和下感应线圈L2在故障电缆1正上方进行测量时，上感应线圈L1产 生的感应电动势为：

其中：

即：

其中，

表示通过上感应线圈的磁通，N为上感应线圈的匝数，B为磁感应强度，S为线 圈传感器的面积，μ为磁芯的相对导磁率，h为上感应线圈到故障电缆1的垂直距离。

同理可得下感应线圈产生的感应电动势为：

其中，d表示上感应线圈和下感应线圈之间的垂直距离。

由于

常数，令

因此上述公式(2)～(3)分别为：

从而得到当故障电缆1护层被击穿放电时，如下关于流过护层的电流I₀(t)的公式：

通过式(6)计算得到h，并将h代入代入式(7)中，得到I₀(t)的计算公式：

其中，E1为上感应线圈L1的感应电动势，E2为下感应线圈L2的感应电动势。

通过第一信号调理模块和第二信号调理模块分别将上感应线圈L1和下感应线圈L2的信 号进行调理放大后，分别通过第一模数转换模块和第二转换模块对上感应线圈L1和下感应线 圈L2进行数据采集，微处理器将转换后的数字信号进行积分处理，经计算得到流过铝护层的 电流值，并通过微处理器将电流波形在显示模块上进行显示。

当沿故障电缆1路径进行护层故障定点时，在故障点前，所测电流基本不变。越过故障 点时，由于铝护层中没有电流，所测电流会突然减小，基本为零，因此在电流突然变小的地 方就是故障位置。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟 悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施 例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何 简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种超高压电缆护层故障点定位装置，其特征在于：包括高压信号发生器U1、放电电容C1和电流检测机构，在高压信号发生器U1的电源输出端连接放电电容C1，放电电容C1一端与故障电缆（1）的护层连接，放电电容C1另一端接地，电流检测机构用于检测故障电缆（1）的护层上电流大小。

2.根据权利要求1所述的超高压电缆护层故障点定位装置，其特征在于：所述电流检测机构包括由下至上依次设置在故障电缆（1）上方的下感应线圈L2和上感应线圈L1，下感应线圈L2和上感应线圈L1连接信号处理机构，信号处理机构将下感应线圈L2与上感应线圈L1检测到的信号转换为电流值。

3.根据权利要求2所述的超高压电缆护层故障点定位装置，其特征在于：所述下感应线圈L2和上感应线圈L1的垂直距离为0.2m~0.5m。

4.根据权利要求2所述的超高压电缆护层故障点定位装置，其特征在于：所述信号处理机构包括第一信号调理模块、第二信号调理模块、第一模数转换模块、第二模数转换模块、微处理器和显示模块，上感应线圈的输出端连接第一信号调理模块的输入端，第一信号调理模块的输出端连接第一模数转换模块的输入端，第一模数转换模块的输出端连接微处理器的输入端；下感应线圈的输出端连接第二信号调理模块的输入端，第二信号调理模块的输出端连接第二模数转换模块的输入端，第二模数转换模块的输出端连接微处理器的另一个输入端，微处理器的输出端连接显示模块。

5.根据权利要求1所述的超高压电缆护层故障点定位装置，其特征在于：所述放电电容C1一端通过开关K1与故障电缆（1）的护层连接。

6.利用权利要求1所述的超高压电缆护层故障点定位装置进行故障定位的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、高压信号发生器U1为放电电容C1充电，放电电容C1向故障电缆（1）的护层放电，故障电缆（1）的故障点击穿放电，在故障电缆（1）的护层上产生电流；

2）、利用电流检测机构沿电缆路径进行护层电流检测，护层电流突然变小的位置即为故障位置，护层电流突然变小是指电流减小50%以上。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述电流检测机构包括设置在故障电缆（1）上方的下感应线圈L2和上感应线圈L1；

步骤2）进行护层电流检测的方法是：利用上感应线圈L1与下感应线圈L2分别检测因护层电流变化在感应线圈上产生的感应电动势E1与E2；根据检测到的感应电动势计算出故障电缆（1）的护层上的电流值。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤2）中护层电流检测时的数据采样频率大于1MHz。

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