CN114460490A - 一种高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断方法 - Google Patents

一种高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断方法 Download PDF

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CN114460490A CN202210046846.3A CN202210046846A CN114460490A CN 114460490 A CN114460490 A CN 114460490A CN 202210046846 A CN202210046846 A CN 202210046846A CN 114460490 A CN114460490 A CN 114460490A
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杜红桃
陈亚波
李秀峰
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Abstract

本发明提供一种高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断方法，包括如下步骤：S1、获取高压电缆护层接地箱的3组接地线电缆和总接地电缆电流信号；S2、根据预设标准和诊断方法进行高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断。本发明可以及时发现并定位护层接地箱内部对地短路故障，以便于后续对故障接地箱进行维护，从而有效保护高压电缆护层及绝缘的安全，保障电缆线路的安全运行。本发明克服了目前护层电流检测中数据在接地箱故障诊断中应用的困难，解决了目前护层接地箱故障检测依赖于人工开箱检测的问题。

Description

一种高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断方法
技术领域
本发明涉及高压电缆线路技术领域，具体涉及一种高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断方法。
背景技术
随着我国城市化建设步伐的加快，对电力的需求急剧增加，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，为有效减小护套环流，目前长电缆线路均采用交叉互联接地系统。高压电缆通过金属护层接地为其运行提供稳定的零电位参考点及可靠屏蔽。交叉互联接地既能使线路在正常运行时通过三相护层感应电压的相互抵消降低护层电流损耗，又能为高压电缆故障提供故障电流回路，因此被广泛采用。为保护高压电缆外护套绝缘及金属护层免受雷击或操作过电压的伤害，在高压电缆接头处安装护层接地箱。
护层接地箱通过其优越的伏安特性以保障高压电缆护层安全，具有重要作用。但由于接地箱安装于接地井中，位于地下，运行环境潮湿恶劣，还可能被水长时间淹没，因此会由于密封不良进水造成内部电气部分对机壳短路故障。
故障初期，由于潮气和水分的进入造成绝缘性能下降，铜排和螺杆等带电裸露金属件会逐渐电解腐蚀，电化学腐蚀后的金属化合物粘附在绝缘支撑件上又会继续减小接地电阻，增大短路电流。一旦接地箱出现对地短路故障，会造成护层电流增大，护层发热，会造成高压电缆载流量减少，影响高压电缆线路安全。因此判断护层接地箱是否已故障，对高压电缆安全稳定运行十分重要。但目前，针对护层接地箱故障的检测手段缺乏，现有针对高压电缆的状态检测手段难以准确诊断和定位护层接地箱故障。
接地箱安装于地下接地井中，在夏季暴雨时，可能会被水淹没，存在进水的可能性。通常的巡检方式有人工巡检和安装接地电流监测装置。
人工巡检时使用钳形电流表依次测量接地线和总接地线的电流，由于钳形表测量的是有效值，而三相接地电流是工频矢量信号，并且相角差并不是120度，所以不能根据有效值判断接地箱内是否存在对地短路故障。
传统的接地电流监测装置只测量了各个接地电流的有效值，也不能判断接地箱内是否存在对地短路故障。
目前只能人工打开接地箱来检查接地箱内是否存在对地短路故障，费时费力，耗费大量资源，还存在增加开箱后不能完全还原等不安全因素。
当高压电缆护层接地箱发生对地短路故障后，高压电缆护层回路上流经的电流发生变化，因此可以通过护层电流表征护层接地箱故障。现有的高压电缆护层电流检测手段包括护层电流在线监测及高压电缆巡检中的护层电流带电检测，但由于目前针对高压电缆护层接地箱故障后护层电流变化的研究不够深入，目前尚未有针对性的诊断方法。且目前的检测手段均主要关注护层电流的幅值大小变化情况，但由于三相接地线电流是个矢量关系，而且相位关系不是相差120度，不能简单通过其幅值来判断接地箱内部对地短路故障。因此目前对护层接地箱内部对地短路故障的诊断方法尚未完善，有待研发。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断方法，通过对高压电缆护层电流进行带电检测，并将3组接地线电缆和总接地电缆的电流向量相加，比较其和向量的模值是否大于设置的阈值，实现护层接地箱故障的诊断，从而解决目前护层接地箱故障诊断困难的问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断方法，包括如下步骤：
S1、获取高压电缆护层接地箱的3组接地线电缆和总接地电缆电流信号；
S2、根据预设标准和诊断方法进行高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断。
其中，步骤S1包括如下步骤：
S1.1、接地电流采集单元同步采集接地箱的3组接地线电缆和总接地电缆的电流信息
Figure DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure DEST_PATH_IMAGE008
；
S1.2、信息记录单元记录具体线路信息及电流数据信息，所测得的电流方向以流进接地箱为正。
其中，步骤S2包括如下步骤：
S2.1、电流数据信息存储单元接收来自信息记录单元的电流数据；电流计算单元分别使用DFT计算4个通道的工频（50Hz）的电流向量
Figure DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；
S2.2、将使用DFT计算出的4个通道的工频（50Hz）的电流向量相加，求出最后的和向量
Figure DEST_PATH_IMAGE018
；
S2.3、将最后和向量的模值与预设的阈值比较，若模值大于预设的阈值，即
Figure DEST_PATH_IMAGE020
≥预设的阈值，则判断在接地箱内产生了额外的电流通路，诊断为接地箱存在内部对地短路故障。
优选的，步骤S2.3中，预设的阈值的范围为0.1A-1A。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、本发明可以及时发现并定位护层接地箱内部对地短路故障，以便于后续对故障接地箱进行维护，从而有效保护高压电缆护层及绝缘的安全，保障电缆线路的安全运行；
2、本发明克服了目前护层电流检测中数据在接地箱故障诊断中应用的困难，解决了目前护层接地箱故障检测依赖于人工开箱检测的问题。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明中带接地箱的高压电缆示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一种基于接地箱电流模值判断的交叉互联高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断方法，其主要流程如图1所示。
一个带接地箱的交叉互联高压电缆示意图如图2所示。
具体包含如下步骤：
以1#接地箱为例，
利用工频电流传感器同步对一个或多个周期的3组接地线电缆和总接地电缆电流进行检测（采样率为10KHz，对应时间周期为1s，方向以流进接地箱为正），第一个箱体（接地箱）的检测电流为
Figure 417562DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 497645DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 758862DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 224478DEST_PATH_IMAGE008
。
以某个时间点作为时间原点，记录各箱体中各相护层电流的采集时刻，工频电流传感器获取各相电流采样值后，其电流信号进入电流计算单元，利用DFT计算出4个通道的工频的电流向量
Figure 529427DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 346073DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 896134DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure 481836DEST_PATH_IMAGE016
。
随后将4个通道的工频（50Hz）的电流向量求和，
Figure 223265DEST_PATH_IMAGE018
。
计算电流向量的具体步骤为：
1. 假设装置的采样率为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，f为电力系统基波频率，四个通道连续采样1秒钟的数据序列分别为为：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
Figure DEST_PATH_IMAGE026
Figure DEST_PATH_IMAGE028
Figure DEST_PATH_IMAGE030
。
2. 分别计算每个通道的实部和虚部分量，以
Figure 832933DEST_PATH_IMAGE002
通道为例：
实部分量：
Figure DEST_PATH_IMAGE032
；
虚部分量：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
。
3. 将4个通道的实部和虚部分别相加：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
；
Figure DEST_PATH_IMAGE038
。
4. 计算泄漏电流幅值：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
。
根据基尔霍夫电流定律，
若“
Figure DEST_PATH_IMAGE042
”，则判断在本接地箱内没有产生额外的电流通路，诊断为“1#接地箱不存在内部对地短路故障”；
若“
Figure DEST_PATH_IMAGE044
”，则判断在本接地箱内产生了额外的电流通路，诊断为“1#接地箱存在内部对地短路故障”。
对所采集得到的电流信号，根据上述诊断方法可以对高压电缆线路的护层接地箱内部对地短路故障进行诊断。
预设的阈值的范围一般设置为 0.1A – 1.0A。
下面结合2个具体实施例进一步阐述本发明的技术方案。
实施例1：无故障
假设
Figure 75433DEST_PATH_IMAGE010
的基波实部分量
Figure DEST_PATH_IMAGE046
= 14.3，
Figure 98664DEST_PATH_IMAGE010
的基波虚部分量
Figure DEST_PATH_IMAGE048
= 1.0，
j为虚数单位，则
Figure 43618DEST_PATH_IMAGE010
的基波分量描述为：
Figure 834856DEST_PATH_IMAGE010
=
Figure 225255DEST_PATH_IMAGE046
+ j*
Figure 785550DEST_PATH_IMAGE048
=
Figure DEST_PATH_IMAGE050
；
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure DEST_PATH_IMAGE058
，
Figure DEST_PATH_IMAGE060
。
0.32<1.0，诊断无故障。
实施例2：有故障
假设
Figure DEST_PATH_IMAGE062
的基波实部分量
Figure DEST_PATH_IMAGE064
= 13.0，
Figure 852469DEST_PATH_IMAGE062
的基波虚部分量
Figure DEST_PATH_IMAGE066
= 1.0，
j为虚数单位，则
Figure 678474DEST_PATH_IMAGE062
的基波分量描述为：
Figure 890142DEST_PATH_IMAGE062
=
Figure 304943DEST_PATH_IMAGE046
+ j*
Figure 60540DEST_PATH_IMAGE066
=
Figure DEST_PATH_IMAGE068
；
Figure DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
，
Figure DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure DEST_PATH_IMAGE076
，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
。
1.43>1.0，诊断有故障
本发明所述的接地箱是指传统的接地箱，非智能接地箱，由于现场已经安装投运，或者箱内不具备安装传感器的条件，传感器只能安装在箱外的接地线上。
本发明中，利用高压电缆护层接地箱3组接地线电缆和总接地电缆电流向量对护层接地箱内部对地短路故障故障进行诊断；将4个通道的工频（50Hz）的电流向量求和与“
Figure DEST_PATH_IMAGE080
”对比，对接地箱内部对地短路故障进行诊断。以上所述基于检测护层电流向量的接地箱内部对地短路故障诊断方法为本发明的欲保护点。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取高压电缆护层接地箱的3组接地线电缆和总接地电缆电流信号；
S2、根据预设标准和诊断方法进行高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断。
2.根据权利要求1所述的高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断方法，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：
S1.1、接地电流采集单元同步采集接地箱的3组接地线电缆和总接地电缆的电流信息
Figure DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 46719DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 275444DEST_PATH_IMAGE004
；
S1.2、信息记录单元记录具体线路信息及电流数据信息，所测得的电流方向以流进接地箱为正。
3.根据权利要求1所述的高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：
S2.1、电流数据信息存储单元接收来自信息记录单元的电流数据；电流计算单元分别使用DFT计算4个通道的工频的电流向量
Figure DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 117498DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 830151DEST_PATH_IMAGE008
；
S2.2、将使用DFT计算出的4个通道的工频的电流向量相加，求出最后的和向量
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
S2.3、将最后和向量的模值与预设的阈值比较，若模值大于预设的阈值，即
Figure 972419DEST_PATH_IMAGE010
预设的阈值，则判断在接地箱内产生了额外的电流通路，诊断为接地箱存在内部对地短路故障。
4.根据权利要求3所述的高压电缆护层接地箱内部对地短路故障诊断方法，其特征在于，步骤S2.3中，预设的阈值的范围为0.1A-1A。
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