CN113109662A - 基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法及系统，包括：确定目标高压电缆的接地方式，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流；对于任意两个不同相电缆，根据该任意两个不同相电缆的泄露电流的差值计算该任意两个不同相电缆间的相对泄露电流；根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相。本发明的相对介损的判定方式，无需考虑环境因素的影响,规避了电流传感器的测量误差以及环境的影响，抵消了同种电流传感器的硬件影响，能有效判断出各相电缆的绝缘相对老化程度。

Description

基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法及系统

技术领域

本发明涉及电缆老化程度研究技术领域，并且更具体地，涉及一种基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法及系统。

背景技术

随着经济的快速发展，电力需求正在不断增加，高压电缆使用量也在逐年增长。然而，由于电、热、机械应力、化学腐蚀和环境条件等多重因素，电缆在长期运行过程中绝缘质量会逐渐下降，并可能因此损坏绝缘系统致使电缆故障。一旦电缆发生击穿现象，必须进行长时间断电维护，给经济带来严重损失，而且会扰乱广大居民和企业的正常生产生活秩序。因此，如何使电缆长期、持续、安全稳定运行是现代电力企业的研究方向和生产要求。

近几十年来为了提高电缆运行的安全可靠性，形成了多种检测电缆的方法。其中最主要的检测方法之一是定期的绝缘预防性试验，但是这些检测方法依然存在着某些局限性，主要为两个方面：首先，预防性试验一般是在断电情况下进行，而断电的现象应该是电力系统极力避免的；其次：预防性试验一般是对全部电缆开展试验，某些原本良好的电缆由于多次在高于额定电压情况下进行试验会导致电缆绝缘的更加快速老化。此外，人工停电检修需要一套检修班组，这也大大增加了检修的人工费用与时间进度安排。

通过持续性的监测电缆绝缘状况，然后根据监测数据来判断对电缆进一步的检修和维护的必要性，这就是所谓的状态检修。在线监测不但可以减少对全部电缆定期进行检修的劳动量，减少了试验成本，避免使一些良好电缆加速老化等，而且可以对不停的监测电缆绝缘状态，提前发现故障隐患，减少事故的突然发生带来的危害。同时，进行在线监测可以随时的对电缆的电气参量进行检测，这样就形成了一个全面的历史数据库，为日后电缆的维修提供依据。另外高压电缆绝缘目前还是缺乏精度高、误差小、监测指标方便的手段，尤其是弱信号的采集与处理，需要更加完善的手段进行分析。

针对目前高压电缆在线监测存在信号获取难度大、在线监测精度不足等的问题，寻求更为快捷有效的电缆绝缘老化状态在线评估方法是必要的。

发明内容

本发明提出一种基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法及系统，以解决如何快速地问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法，所述方法包括：

确定目标高压电缆的接地方式，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流；

对于任意两个不同相电缆，根据该任意两个不同相电缆的泄露电流的差值计算该任意两个不同相电缆间的相对泄露电流；

根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相。

优选地，其中，所述根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流；

当高压电缆的接地方式为两端直接接地时，通过在每相电缆的接地两端分别安装的同步电流测量传感器获取每相电缆的接地两端的电流；

根据获取的每相电缆的接地两端的电流确定每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_1a′、I_1b′、I_1c′、I_2a′、I_2b′和I_2c′分别为A相、B相和C相电缆的接地两端的电流。

优选地，其中所述根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流，包括：

当高压电缆的接地方式为单端直接接地时，通过在每相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器直接获取每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_a、I_b、I_c分别为A相、B相和C相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器测量的电流。

优选地，其中所述根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流，包括：

当高压电缆的接地方式为交叉互联接地时，将高压电缆划分为多个子单元，对于任一个子单元，将该任一个子单元的电缆均等划分为第一电缆段、第二电缆段和第三电缆段，每个电缆段均包括A相、B相和C相电缆，将该任一个子单元的电缆终端处金属护层通过直接接地箱接地，接头处金属护层通过同轴电缆连接到连接箱并在连接箱中完成金属护层交叉互联换位；

通过安装在每个电缆段两端的同步电流测量传感器获取的测量值确定每个电缆段的每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A1、I_B1和I_C1分别为第一电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A2、I_B2和I_C2分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A3、I_B3和I_C3分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_1a、I_1b、I_1c、I_2a、I_2b和I_2c分别为第一电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流；I_3a、I_3b、I_3c、I_4a、I_4b和I_4c分别为第三电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流。

优选地，其中所述根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相，包括：

若两相电缆间的相对泄露电流满足所述相对老化程度判据：|ΔI_ij|≥|ΔI_ik|≥|ΔI_jk|(i、j、k＝A、B或C且i≠j≠k)，则确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相为i相；其中，|ΔI_ij|为i相和j相电缆间的相对泄露电流；|ΔI_ik|为i相和k相电缆间的相对泄露电流；|ΔI_jk|为j相和k相电缆间的相对泄露电流。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的系统，所述系统包括：

相电缆泄露电流确定单元，用于确定目标高压电缆的接地方式，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流；

相对泄露电流确定单元，对于任意两个不同相电缆，根据该任意两个不同相电缆的泄露电流的差值计算该任意两个不同相电缆间的相对泄露电流；

老化程度确定单元，用于根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相。

优选地，其中所述相电缆泄露电流确定单元，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流；

当高压电缆的接地方式为两端直接接地时，通过在每相电缆的接地两端分别安装的同步电流测量传感器获取每相电缆的接地两端的电流；

根据获取的每相电缆的接地两端的电流确定每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_1a′、I_1b′、I_1c′、I_2a′、I_2b′和I_2c′分别为A相、B相和C相电缆的接地两端的电流。

优选地，其中所述相电缆泄露电流确定单元，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流，包括：

当高压电缆的接地方式为单端直接接地时，通过在每相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器直接获取每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_a、I_b、I_c分别为A相、B相和C相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器测量的电流。

优选地，其中所述相电缆泄露电流确定单元，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流，包括：

当高压电缆的接地方式为交叉互联接地时，将高压电缆划分为多个子单元，对于任一个子单元，将该任一个子单元的电缆均等划分为第一电缆段、第二电缆段和第三电缆段，每个电缆段均包括A相、B相和C相电缆，将该任一个子单元的电缆终端处金属护层通过直接接地箱接地，接头处金属护层通过同轴电缆连接到连接箱并在连接箱中完成金属护层交叉互联换位；

通过安装在每个电缆段两端的同步电流测量传感器获取的测量值确定每个电缆段的每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A1、I_B1和I_C1分别为第一电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A2、I_B2和I_C2分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A3、I_B3和I_C3分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_1a、I_1b、I_1c、I_2a、I_2b和I_2c分别为第一电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流；I_3a、I_3b、I_3c、I_4a、I_4b和I_4c分别为第三电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流。

优选地，其中所述老化程度确定单元，根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相，包括：

若两相电缆间的相对泄露电流满足所述相对老化程度判据：|ΔI_ij|≥|ΔI_ik|≥|ΔI_jk|(i、j、k＝A、B或C且i≠j≠k)，则确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相为i相；其中，|ΔI_ij|为i相和j相电缆间的相对泄露电流；|ΔI_ik|为i相和k相电缆间的相对泄露电流；|ΔI_jk|为j相和k相电缆间的相对泄露电流。

本发明提供了一种基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法及系统，对于不同接地方式的高压电缆，通过相间泄漏电流矢量差即可判断电缆的相对介质损耗变化情况，进而判断电缆的相对老化程最大的电缆所在的相；这种相对介损的判定方式，无需考虑环境因素的影响,规避了电流传感器的测量误差以及环境的影响，抵消了同种电流传感器的硬件影响，能有效判断出各相电缆的绝缘相对老化程度。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明实施方式的基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法100的流程图；

图2为根据本发明实施方式的XLPE电缆交叉互联接地的等效电路图；

图3为根据本发明实施方式的泄漏电流在交叉互联XLPE电缆中的流动示意图；

图4为根据本发明实施方式的电缆终端直接接地和电流传感器安装位置的示意图；

图5为根据本发明实施方式的电缆直接接地回路中的泄漏电流和环流的示意图；

图6为根据本发明实施方式的电缆一端直接接地，另一端通过保护器接地的示意图；

图7为根据本发明实施方式的交叉互联接地的示意图；

图8为根据本发明实施方式的三端口交叉互联接地箱中电流传感器安装设置的示意图；

图9为根据本发明实施方式的电缆三相电流电压相量示意图；

图10为根据本发明实施方式的基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的系统1000的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明实施方式的基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法，通过相间泄漏电流矢量差即可判断电缆的相对介质损耗变化情况，进而判断电缆的相对老化程最大的电缆所在的相；这种相对介损的判定方式，无需考虑环境因素的影响,规避了电流传感器的测量误差以及环境的影响，抵消了同种电流传感器的硬件影响，能有效判断出各相电缆的绝缘相对老化程度。本发明实施方式提供的基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法100，从步骤101处开始，在步骤101确定目标高压电缆的接地方式，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流。

优选地，其中，所述根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流；

当高压电缆的接地方式为两端直接接地时，通过在每相电缆的接地两端分别安装的同步电流测量传感器获取每相电缆的接地两端的电流；

根据获取的每相电缆的接地两端的电流确定每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_1a′、I_1b′、I_1c′、I_2a′、I_2b′和I_2c′分别为A相、B相和C相电缆的接地两端的电流。

优选地，其中所述根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流，包括：

当高压电缆的接地方式为单端直接接地时，通过在每相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器直接获取每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_a、I_b、I_c分别为A相、B相和C相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器测量的电流。

优选地，其中所述根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流，包括：

当高压电缆的接地方式为交叉互联接地时，将高压电缆划分为多个子单元，对于任一个子单元，将该任一个子单元的电缆均等划分为第一电缆段、第二电缆段和第三电缆段，每个电缆段均包括A相、B相和C相电缆，将该任一个子单元的电缆终端处金属护层通过直接接地箱接地，接头处金属护层通过同轴电缆连接到连接箱并在连接箱中完成金属护层交叉互联换位；

通过安装在每个电缆段两端的同步电流测量传感器获取的测量值确定每个电缆段的每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A1、I_B1和I_C1分别为第一电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A2、I_B2和I_C2分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A3、I_B3和I_C3分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_1a、I_1b、I_1c、I_2a、I_2b和I_2c分别为第一电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流；I_3a、I_3b、I_3c、I_4a、I_4b和I_4c分别为第三电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流。

本发明提出了不同接地方式下的电缆泄漏电流分离方法，在此基础上，提出了基于三相泄漏电流幅值相位相对变化的电缆介质损耗变化程度在线监测方法，能够对服役电缆的绝缘老化程度进行评估。具体来说，本发明在电缆系统不同接地方式下，通过电缆等效电路计算分离得出接地电流中的泄漏电流；然后建立三相泄漏电流幅值相位相对变化与电缆介质损耗变化程度的关系，并给出了三相电缆绝缘老化程度的判断方法。

在理想排列情况下，由于三相电缆护套上的感应电压相位相差120°且大小近似相等，通过三相电缆护套的串联即可使3段的感应电压相互中和，从而抑制高压电缆金属护套上的感应电压。综上所述，与单端接地方式和双端接地方式相比，交叉互联接地方式可以有效地减小和抑制金属护套上的感应电压(特别是对于长距离高压电缆输电线路)，进而将接地电流控制在某一范围之内，XLPE电缆交叉互联接地等效电路如图2所示。因此，为了满足高压单芯XLPE电缆的传输距离和传输容量要求，通常采用交叉互联连接方式来减少感应电压和环流。在实际交叉互联电缆系统中，金属护层通过中间接头引出线(同轴电缆)连接到交叉互联连接箱，线路两端金属护层引出线通过接地箱接地。

XLPE绝缘电缆作为电流传输线时的等效二端口网络电路模型见图3。图3中：Z_c为芯线的等效阻抗；Z_s为半导电层的阻抗；Z_i为XLPE绝缘的等效阻抗；Z_mL和Z_mR分别为左侧和右侧金属护层的等效阻抗。通过建立XLPE电缆的等效模型并分析电缆电磁特征，可以得到电磁场等效特性，最终得到XLPE电缆等效模型的等效阻抗值及等效电路模型。

在考虑护层交叉互联后，Z_mL为该电缆护层左侧各段对地等效阻抗Z_mL1，…，Z_mLk的矢量和，Z_mR为该电缆护层左侧各段对地等效阻抗Z_mR1，…，Z_mRk的矢量和，即

Z_mL＝Z_mL1+...+Z_mLk (1)

Z_mR＝Z_mR1+...+Z_mRk (2)

其中，护层等效阻抗Z_m满足：

Z_m＝Z_mL+Z_mR (3)

I_L和I_R分配的比例由决定，即：

2个分量I_L、I_R与该段电缆泄漏电流I_i的关系始终成立，如式6所示：

I_i＝I_L+I_R (6)

由于交叉互联电缆系统两端电缆终端护层直接接地，形成护层回路，所以当各段电缆长度不等时，护层回路中会有环流产生，环流沿护层单一方向流动，护层电流的计算如下所示：

根据以上的简化模型和泄漏电流在金属护层里的分配，环流和泄漏电流可实现分离。设I₁和I₂为护层电流，当可测量该电流时，既可得到流经绝缘的泄漏电流I_i如式所示：

I_i＝I_L+I_R＝(I_m+I_R)-(I_m-I_L)＝I₂-I₁ (8)

泄漏电流I_i是线芯流经主绝缘至金属护层的电流，它在金属护层中可从左侧和右侧2个方向流入接地点，分别为I_L和I_R。泄漏电流在交叉互联XLPE电缆中的流动见图4。图4中：I_i、I_L和I_R为电流矢量，包括电流幅值和电流相位；Uc和Um分别为芯线的电位矢量和金属护层上的电位矢量。根据以上的简化模型和泄漏电流在金属护层中的分配，环流和泄漏电流可实现分离。

以下分别介绍高压电缆三种常见接地方式下的泄漏电流分离方法

1)两端直接接地方式

在本发明中，当电缆两端直接接地时，通过在每相电缆的接地两端安装2个同步电流测量传感器就能计算出该相电缆的泄漏电流。

电缆两端金属护套直接接地只适用于电缆利用小时低、裕度大、负载小、仅有几十米范围内的短电缆线路。如图4所示，三相电缆终端经直接接地箱接地，并在接地线上安装六个电流互感器，其测得的电流分别为I_1a、I_1b、I_1c、I_2a、I_2b、I_2c。

由于负载电流在金属护层上会感应出感应电压，且与大地构成闭合回路，形成护层环流I_ma、I_mb、I_mc。由高压电缆线芯电流经主绝缘至金属护层的电流形成泄漏电流I_A、I_B、I_C。如图5所示，当用电流互感器测量电缆接地护层电流时，可利用如下公式得到电缆三相的泄漏电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_1a′、I_1b′、I_1c′、I_2a′、I_2b′和I_2c′分别为A相、B相和C相电缆的接地两端的电流。

2)单端接地方式

在本发明中，当电缆一端直接接地时，通过在每相电缆接地一端安装的1个同步测量传感器就能计算出该相电缆的泄漏电流。

当电缆长度一般小于500m，且感应电压值在安全限值范围内时，电缆一端合理选择接地保护箱和保护元件，一端直接接地，如图6所示。这种接地方式在以架空线为主的混合线路中应用较多。

高压单芯电缆单端直接接地时，因不能与大地构成回路，电缆护层中只有泄漏电流流过，所以当用电流互感器测量该电流时，测量值就等于泄漏电流，因此该接地方式下，泄漏电流的计算公式如下所示：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_a、I_b、I_c分别为A相、B相和C相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器测量的电流。

3)交叉互联接地方式

在本发明中，当高压电缆交叉互联接地时，电缆会被划分为几个单元，且在每个单元内按3个长度尽可能均等分段，分为3个电缆段，每段交叉互联并经保护器接地。根据电缆被划分的单元个数和不同的交叉互联接地箱，本发明通过安装最多5个同步电流测量传感器来计算某段电缆一相的泄漏电流。

根据GB50217-2007电力工程电缆设计规范，不接地端金属护层上正常感应电压不大于50V，当采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，不得超过300V。当电缆线路较长，一端接地不能满足以上条件时，应将线路划分为几个适当的单元，电缆终端处直接接地，绝缘接头处交叉互联并经保护器接地，直通接头处直接接地。交叉互联接地的示意图如图7所示。

对于一个电缆单元，当电缆被划分为3段时，每段均包括A、B和C相，电缆终端处金属护层通过直接接地箱接地，接头处金属护层通过同轴电缆连接到连接箱并在连接箱中完成金属护层交叉互联换位。

针对图8所示情况，每段相间泄漏电流的计算方法如式(11)所示，给出了电缆A_i相的泄漏电流、B_i相的泄漏电流、C_i相的泄漏电流相互之间的矢量差(i＝1，2，3)，包括：

绝缘正常时，泄漏电流I_Ai、I_Bi、I_Ci(i＝1，2，3)之间在经过一个对称阻抗后仍然对称，因此其矢量和为0，如式(12)所示，包括：

根据式(11)和式(12)可以得到每段电缆的泄漏电流计算公式，包括：

其中，I_A1、I_B1和I_C1分别为第一电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A2、I_B2和I_C2分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A3、I_B3和I_C3分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_1a、I_1b、I_1c、I_2a、I_2b和I_2c分别为第一电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流；I_3a、I_3b、I_3c、I_4a、I_4b和I_4c分别为第三电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流。

在本发明中，通过安装在电缆每段两端的六个电流互感器获取的测量值，由公式(13)即可推导出每段电缆的泄漏电流的大小。

根据以上的简化模型和泄漏电流的计算式推导，可在不同接地方式下，通过相应的泄漏电流计算公式，从电流传感器测量的电流中分离计算出泄漏电流的值。

在步骤102，对于任意两个不同相电缆，根据该任意两个不同相电缆的泄露电流的差值计算该任意两个不同相电缆间的相对泄露电流。

在步骤103，根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相。

优选地，其中所述根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相，包括：

若两相电缆间的相对泄露电流满足所述相对老化程度判据：|ΔI_ij|≥|ΔI_ik|≥|ΔI_jk|(i、j、k＝A、B或C且i≠j≠k)，则确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相为i相；其中，|ΔI_ij|为i相和j相电缆间的相对泄露电流；|ΔI_ik|为i相和k相电缆间的相对泄露电流；|ΔI_jk|为j相和k相电缆间的相对泄露电流。

在本发明中，根据等效电路分离各段电缆泄漏电流的矢量差，开展基于相间泄漏电流矢量差的相间介损变化趋势分析。

传统的介质损耗测量方法是基于系统电压和泄漏电流,故传统电缆的介质损耗角一般是通过电压相位与电流相位的角度差计算得到，即：

其中，δ表示电缆的介质损耗角，θ_U表示电缆的参考电压相位，θ_I表示电缆所测量的电流相位，γ表示测量误差，主要包含了电流传感器的测量误差以及电缆自身特性等硬件误差的影响。电压传感器和电流传感器相角差无法抵消，电压电流同步误差无法解决，会增加测量误差γ。

在电缆实际运行的过程中，电力电缆的三相电压三相对称。不妨设U_A＝U∠0°，则此时有U_B＝U∠-120°，U_C＝U∠120°，此时三相电压的相角差满足│θ_Ui-θ_Uj│＝120°(i,j＝A,B,C；i≠j)，电缆的三相电流电压向量图如图9所示。

针对某一段三相电缆，每相电缆的长度以及其绝缘材料均相同，故各相电缆的绝缘特性相同。且在同时进行传感器电流信号采集过程中，由于运行条件一致，故装置引起的测量误差一致，即此时有γ_A＝γ_B＝γ_C。当采用相间相对介损角差的方法进行测量时，能规避硬件误差γ的影响。

经过计算分析可得，相间相对介损角差满足：

其中，电压相角差为定值，满足：

故电流相角差满足关系式：

当δ_i>δ_j时，i相比j相电缆的老化程度大；当δ_i＝δ_j时，i相与j相电缆老化程度相同；当δ_i<δ_j时，i相比j相电缆的老化程度小。

基于此，利用相间泄漏电流的相角差确立的电缆老化程度如表1和表2所示。

表1基于泄漏电流相角差的相间相对老化程度判断

表2基于泄漏电流相角差的相间相对老化程度判断

在本发明中，考虑在工程实际应用中，电缆电流的泄漏电流相角差的测量精度问题，在上述分析基础上建立基于泄漏电流矢量差的电缆相间相对老化程度的判断依据，当各相的相对泄漏电流幅值满足式(18)时，则可以确定i相电缆的相对老化程度最大。

|ΔI_ij|≥|ΔI_ik|≥|ΔI_jk|(i、j、k＝A、B或C且i≠j≠k) (18)

通过此方法即可建立其泄漏电流大小与电缆老化程度的关系，实现电缆绝缘相对老化程度的判断。

以下具体举例说明本发明的实施方式

以交叉互联接地系统为例，如图8所示，如果要判断A₂、B₂及C₂这三段电缆的绝缘老化情况，根据式(13)，则需要在图8中的I_2a、I_2b、I_2c、I_3a、I_3b、I_3c处安装电流传感器，测量I_2a、I_2b、I_2c、I_3a、I_3b、I_3c处的电流，通过式(13)，可计算A2、B2及C2这三段电缆的泄漏电流I_A2、I_B2、I_C2。各相之间的相对泄漏电流值则可以计算为：

|ΔI_A2B2|＝|I_A2-I_B2|

|ΔI_A2C2|＝|I_A2-I_C2|

|ΔI_B2C2|＝|I_B2-I_C2| (19)

在计算出|ΔI_A2B2|、|ΔI_A2C2|、|ΔI_B2C2|的大小后，通过式(18)即可比较出电缆老化最严重的那一段电缆。例如当：|ΔI_B2C2|>|ΔI_A2C2|>|ΔI_A2B2|时，则表明C2相电缆的相对老化程度最大。

以此类推，通过在相应位置安装电流传感器后，通过以上分析，即可实现高压电缆绝缘老化程度判断。

图10为根据本发明实施方式的基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的系统1000的结构示意图。如图10所示，本发明实施方式提供的基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的系统1000，包括：相电缆泄露电流确定单元1001、相对泄露电流确定单元1002和老化程度确定单元1003。

优选地，所述相电缆泄露电流确定单元1001，用于确定目标高压电缆的接地方式，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流。

优选地，其中所述相电缆泄露电流确定单元1001，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流；

当高压电缆的接地方式为两端直接接地时，通过在每相电缆的接地两端分别安装的同步电流测量传感器获取每相电缆的接地两端的电流；

根据获取的每相电缆的接地两端的电流确定每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_1a′、I_1b′、I_1c′、I_2a′、I_2b′和I_2c′分别为A相、B相和C相电缆的接地两端的电流。

优选地，其中所述相电缆泄露电流确定单元1001，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流，包括：

当高压电缆的接地方式为单端直接接地时，通过在每相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器直接获取每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_a、I_b、I_c分别为A相、B相和C相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器测量的电流。

优选地，其中所述相电缆泄露电流确定单元1001，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流，包括：

当高压电缆的接地方式为交叉互联接地时，将高压电缆划分为多个子单元，对于任一个子单元，将该任一个子单元的电缆均等划分为第一电缆段、第二电缆段和第三电缆段，每个电缆段均包括A相、B相和C相电缆，将该任一个子单元的电缆终端处金属护层通过直接接地箱接地，接头处金属护层通过同轴电缆连接到连接箱并在连接箱中完成金属护层交叉互联换位；

通过安装在每个电缆段两端的同步电流测量传感器获取的测量值确定每个电缆段的每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A1、I_B1和I_C1分别为第一电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A2、I_B2和I_C2分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A3、I_B3和I_C3分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_1a、I_1b、I_1c、I_2a、I_2b和I_2c分别为第一电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流；I_3a、I_3b、I_3c、I_4a、I_4b和I_4c分别为第三电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流。

优选地，所述相对泄露电流确定单元1002，对于任意两个不同相电缆，根据该任意两个不同相电缆的泄露电流的差值计算该任意两个不同相电缆间的相对泄露电流。

优选地，所述老化程度确定单元1003，用于根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相。

优选地，其中所述老化程度确定单元1003，根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相，包括：

若两相电缆间的相对泄露电流满足所述相对老化程度判据：|ΔI_ij|≥|ΔI_ik|≥|ΔI_jk|(i、j、k＝A、B或C且i≠j≠k)，则确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相为i相；其中，|ΔI_ij|为i相和j相电缆间的相对泄露电流；|ΔI_ik|为i相和k相电缆间的相对泄露电流；|ΔI_jk|为j相和k相电缆间的相对泄露电流。

本发明的实施例的基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的系统1000与本发明的另一个实施例的基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法100相对应，在此不再赘述。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的方法，其特征在于，所述方法包括：

确定目标高压电缆的接地方式，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流；

对于任意两个不同相电缆，根据该任意两个不同相电缆的泄露电流的差值计算该任意两个不同相电缆间的相对泄露电流；

根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流；

当高压电缆的接地方式为两端直接接地时，通过在每相电缆的接地两端分别安装的同步电流测量传感器获取每相电缆的接地两端的电流；

根据获取的每相电缆的接地两端的电流确定每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_1a′、I_1b′、I_1c′、I_2a′、I_2b′和I_2c′分别为A相、B相和C相电缆的接地两端的电流。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流，包括：

当高压电缆的接地方式为单端直接接地时，通过在每相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器直接获取每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_a、I_b、I_c分别为A相、B相和C相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器测量的电流。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流，包括：

当高压电缆的接地方式为交叉互联接地时，将高压电缆划分为多个子单元，对于任一个子单元，将该任一个子单元的电缆均等划分为第一电缆段、第二电缆段和第三电缆段，每个电缆段均包括A相、B相和C相电缆，将该任一个子单元的电缆终端处金属护层通过直接接地箱接地，接头处金属护层通过同轴电缆连接到连接箱并在连接箱中完成金属护层交叉互联换位；

通过安装在每个电缆段两端的同步电流测量传感器获取的测量值确定每个电缆段的每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A1、I_B1和I_C1分别为第一电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A2、I_B2和I_C2分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A3、I_B3和I_C3分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_1a、I_1b、I_1c、I_2a、I_2b和I_2c分别为第一电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流；I_3a、I_3b、I_3c、I_4a、I_4b和I_4c分别为第三电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相，包括：

若两相电缆间的相对泄露电流满足所述相对老化程度判据：|ΔI_ij|≥|ΔI_ik|≥|ΔI_jk|(i、j、k＝A、B或C且i≠j≠k)，则确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相为i相；其中，|ΔI_ij|为i相和j相电缆间的相对泄露电流；|ΔI_ik|为i相和k相电缆间的相对泄露电流；|ΔI_jk|为j相和k相电缆间的相对泄露电流。

6.一种基于相间相对介损确定电缆相对老化程度的系统，其特征在于，所述系统包括：

相电缆泄露电流确定单元，用于确定目标高压电缆的接地方式，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流；

相对泄露电流确定单元，对于任意两个不同相电缆，根据该任意两个不同相电缆的泄露电流的差值计算该任意两个不同相电缆间的相对泄露电流；

老化程度确定单元，用于根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述相电缆泄露电流确定单元，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流；

当高压电缆的接地方式为两端直接接地时，通过在每相电缆的接地两端分别安装的同步电流测量传感器获取每相电缆的接地两端的电流；

根据获取的每相电缆的接地两端的电流确定每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_1a′、I_1b′、I_1c′、I_2a′、I_2b′和I_2c′分别为A相、B相和C相电缆的接地两端的电流。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述相电缆泄露电流确定单元，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流，包括：

当高压电缆的接地方式为单端直接接地时，通过在每相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器直接获取每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A为A相电缆的泄露电流；I_B为B相电缆的泄露电流；I_C为C相电缆的泄露电流；I_a、I_b、I_c分别为A相、B相和C相电缆的某一端安装的同步电流测量传感器测量的电流。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述相电缆泄露电流确定单元，根据接地方式进行泄露电流的分离，确定每相电缆的泄露电流，包括：

当高压电缆的接地方式为交叉互联接地时，将高压电缆划分为多个子单元，对于任一个子单元，将该任一个子单元的电缆均等划分为第一电缆段、第二电缆段和第三电缆段，每个电缆段均包括A相、B相和C相电缆，将该任一个子单元的电缆终端处金属护层通过直接接地箱接地，接头处金属护层通过同轴电缆连接到连接箱并在连接箱中完成金属护层交叉互联换位；

通过安装在每个电缆段两端的同步电流测量传感器获取的测量值确定每个电缆段的每相电缆的泄露电流，包括：

其中，I_A1、I_B1和I_C1分别为第一电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A2、I_B2和I_C2分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_A3、I_B3和I_C3分别为第二电缆段的A相、B相和C相电缆的泄露电流；I_1a、I_1b、I_1c、I_2a、I_2b和I_2c分别为第一电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流；I_3a、I_3b、I_3c、I_4a、I_4b和I_4c分别为第三电缆段A相、B相和C相电缆的两端的电流。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述老化程度确定单元，根据每个任意两个不同相电缆间的相对泄露电流和预设的电缆相对老化程度判据，确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相，包括：

若两相电缆间的相对泄露电流满足所述相对老化程度判据：|ΔI_ij|≥|ΔI_ik|≥|ΔI_jk|(i、j、k＝A、B或C且i≠j≠k)，则确定所述目标高压电缆的相对老化程度最大的电缆所在的相为i相；其中，|ΔI_ij|为i相和j相电缆间的相对泄露电流；|ΔI_ik|为i相和k相电缆间的相对泄露电流；|ΔI_jk|为j相和k相电缆间的相对泄露电流。

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