CN115436749A - 一种输电电缆故障区间定位方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种输电电缆故障区间定位方法、设备和系统，通过在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线和护层的电特征信号；根据各相电缆芯线和护层的电特征信号，确定故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。实现了当交叉互联大段存在故障时通过芯线和护层的电特征信号准确地确定出故障所在的电缆芯线相和交叉互联子段，实现对故障区间的准确定位，并且该方法实现简单，对故障区间的定位不受环境的影响。

Description

一种输电电缆故障区间定位方法、设备和系统

技术领域

本申请涉及输电电缆故障定位技术领域，尤其涉及一种输电电缆故障区间定位方法、设备和系统。

背景技术

目前输电电缆发生故障后，可以采用在线式定位技术对故障点进行定位。在线式故障定位技术主要包括故障精确定位和故障区间定位两种。

一般来说，在线式故障精确定位输出的结果为一个距离值，也就是故障离故障监测设备的距离。但是故障定位结果无法直接对应到电缆位置，并且在线式故障精确定位基于行波技术，设备间需准确时间同步，而电缆位于地下，GPS同步信号难以获取，光纤同步方式大幅增加施工难度及成本，且在埋管、直埋等敷设环境下无法适用。

现有的在线式故障区间定位技术，若要求将故障区间精确到交叉互联子段，则需要在交叉互联子段的各个绝缘接头处安装监测设备，且需要基于各个监测设备采集的芯线电流极性，判断故障位于两监测设备之间还是之外，由于交叉互联处的接地线为左右两侧护层的合成量，因此在交叉互联子段处安装监测设备无法测得单纯的芯线电流或某一相护层电流，因此对于电缆交叉互联段内的故障区间该技术不适用。

因此，如何准确地对输电电缆交叉互联段内的故障区间进行定位是有待解决的技术问题。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种输电电缆故障区间定位方法、设备和系统，旨在解决相关技术在交叉互联大段内产生故障时，无法对故障区间进行准确定位的技术问题。

第一方面，本申请提供一种输电电缆故障区间定位方法，其应用在输电电缆的交叉互联大段，所述交叉互联大段包括三相电缆芯线和设在各相电缆芯线外侧的护层，且所述交叉互联大段通过所述护层划分为多个交叉互联子段，所述方法包括以下步骤：

在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线和护层的电特征信号；

根据各相电缆芯线和护层的电特征信号确定故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

一些实施例中，在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线的芯线电流的波形，以及各相护层的护层电流的波形；

根据所述芯线电流的波形确定交叉互联大段两端各相芯线电流的极性，根据所述护层电流的波形确定所述交叉互联大段两端各相护层电流的极性；

根据所述交叉互联大段两端芯线电流的极性确定所述交叉互联大段是否存在故障；

在确定存在故障后，根据各相芯线电流确定故障相，根据各相护层电流确定故障护层。

一些实施例中，该方法还包括：

若故障相为三相，根据所述交叉互联大段两端三相芯线电流的极性和三相护层电流的极性，确定故障所在的交叉互联子段；

或者，若故障相为单相或两相，根据各故障相和各故障护层确定故障所在的交叉互联子段。

一些实施例中，根据所述交叉互联大段两端芯线电流的极性确定所述交叉互联大段是否存在故障包括以下步骤：

判断所述交叉互联大段两端芯线电流的极性是否相反；

若所述交叉互联大段两端任意相芯线电流的极性相反，则确定所述交叉互联大段存在故障。

一些实施例中，根据各相芯线电流确定故障相具体包括以下步骤：

确定芯线电流大于设定的芯线电流阈值的电缆芯线相为故障相。

一些实施例中，根据各相护层电流确定故障护层具体包括以下步骤:

确定护层电流大于设定的护层电流阈值的护层为故障护层。

一些实施例中，根据各相芯线电流确定故障相具体包括以下步骤：

所述芯线电流为工频电流、行波电流和暂态电流中的其中一种；

所述护层电流为工频电流、行波电流和暂态电流中的其中一种。

一些实施例中，该方法还包括以下步骤：

若所述输电电缆包括多个所述交叉互联大段，根据所有所述护层的电特征信号确定对应的交叉互联大段是否存在故障；

在确定对应的交叉互联大段存在故障后，根据所述输电电缆两端的各相电缆芯线的电特征信号确定故障相；

根据对应的所述交叉互联大段两端的各相护层的电特征信号确定故障护层；

根据确定的故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

第二方面，本申请还提供一种输电电缆故障区间定位设备，所述设备包括：

检测装置，其被配置为在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线和护层的电特征信号；

处理装置，其被配置为根据各相电缆芯线和护层的电特征信号确定故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

第三方面，本申请还提供一种输电电缆故障区间定位系统，所述系统包括：

输电电缆，包括至少一个交叉互联大段；

检测装置，其安装在所述交叉互联大段两端，并被配置为在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线和护层的电特征信号；

处理装置，其与所述检测装置连线，并被配置为根据各相电缆芯线和护层的电特征信号确定故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

本申请提供一种输电电缆故障区间定位方法、设备和系统，通过在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线和护层的电特征信号；根据各相电缆芯线和护层的电特征信号，确定故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。实现了当交叉互联大段存在故障时通过芯线和护层的电特征信号准确地确定出故障所在的电缆芯线相和交叉互联子段，实现对故障区间的准确定位，并且该方法实现简单，对故障区间的定位不受环境的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为输电电缆中交叉互联大段的示意图；

图2为输电电缆故障区间定位设备安装位置意图。

图3为交叉互联大段的第一种交叉互联方式；

图4为交叉互联大段的第二种交叉互联方式；

图5为本申请实施例提供的一种输电电缆故障区间定位方法的流程示意图；

图6为本申请实施例提供的一种输电电缆故障区间定位设备的示意性框图；

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请实施例提供一种输电电缆故障区间定位方法、设备和系统。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本申请的输电电缆故障区间定位方法应用于输电电缆的交叉互联大段，交叉互联大段，交叉互联大段如图1和图2所示。如图3和图4所示，每个交叉互联大段中包括三相电缆芯线，各相电缆芯线的外侧均设置有护层，每相电缆芯线外侧均设置有3段子护层，则三相电缆芯线外侧共设置有9段子护层，子护层可以以如图3或者如图4所示的方式交叉互联。交叉互联大段根据子护层划分为多个交叉互联子段，子护层对应的区间为交叉互联子段。

请参照图5，图5为本申请的实施例提供的一种输电电缆故障区间定位方法的流程示意图。

如图1所示，该方法包括步骤S1至步骤S2。

步骤S1、在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线和护层的电特征信号。

步骤S2、根据各相电缆芯线和护层的电特征信号，确定故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

具体的，在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线的芯线电流的波形，以及各相护层的护层电流的波形；根据所述芯线电流的波形确定交叉互联大段两端各相芯线电流的极性，根据所述护层电流的波形确定所述交叉互联大段两端各相护层电流的极性；根据所述交叉互联大段两端芯线电流的极性确定所述交叉互联大段是否存在故障；在确定存在故障后，根据各相芯线电流确定故障相，根据各相护层电流确定故障护层。

示范性的，如图2所示，本申请实施例中，在每个交叉互联大段的两端均设置输电电缆故障区间定位设备，并且输电电缆区间定位设备安装于交叉互联大段两端的直接接地箱或保护接地箱处。如图3和图4所示每个设备均检测其所在一端的三相输电芯线中每一相的芯线电流的波形，并检测三相护层的护层电流的波形。电流的波形中包含了电流的特征信息，检测到芯线电流的波形后即可确定芯线电流的极性和大小，同样的检测到护层电流的波形后即可确定湖城电流的极性和大小。

值得说明的是，芯线电流可以为工频电流、行波电流和暂态电流中的其中一种，护层电流也可以为工频电流、行波电流和暂态电流中的其中一种。

进一步的，根据所述交叉互联大段两端芯线电流的极性确定所述交叉互联大段是否存在故障包括以下步骤：

判断所述交叉互联大段两端芯线电流的极性是否相反；若所述交叉互联大段两端任意相芯线电流的极性相反，则确定所述交叉互联大段存在故障。

可以理解的是，若任意相电缆芯线两端的芯线电流的极性相反，则确定所述交叉互联大段存在故障，若三相电缆芯线各相两端的芯线电流的极性相同，则该交叉互联大段不存在故障。也就是只要交叉互联大段中任意单相、任意两相或者三相电缆芯线两端的芯线电流的极性相反，则确定该交叉互联大段存在故障。其中，芯线电流的极性为电流的正极和负极。

进一步的，根据各相芯线电流确定故障相具体包括以下步骤：

确定芯线电流大于设定的芯线电流阈值的电缆芯线相为故障相。其中，设定的芯线电流阈值可以是无故障电缆芯线相的芯线电流。因为当单相电缆芯线出现故障时，该相电缆芯线的芯线电流会异常增大，因此当检测到某一相的芯线电流大于电缆无故障相的芯线电流时，确定该相电缆芯线相为故障相。

进一步的，根据各相护层电流确定故障护层具体包括以下步骤:

确定护层电流大于设定的护层电流阈值的护层为故障护层。其中，设定的护层电流阈值可以是无故障的电缆芯线相对应护层的护层电流。因为当电缆发生故障时，其电流会流过对应的护层上，因此该护层的护层电流比其他的护层电流大。

作为一种优选地实施方式，在确定故障相、故障护层后，根据故障相和故障护层以及各相电缆芯线的芯线电流的极性和护层的护层电流的极性确定故障所在的交叉互联子段。

具体的，若故障相为单相或两相，根据各故障相和各故障护层确定故障所在的交叉互联子段，无需使用芯线电流极性和护层电流极性。若故障相为三相，根据交叉互联大段两端三相芯线电流的极性和三相护层电流的极性，确定故障所在的交叉互联子段。在确定故障所在的交叉互联子段时，还需要结合交叉互联方式进行判断。

若交叉互联大段的交叉互联方式为如图3所示的第一种交叉互联方式。第一相的护层为A1、A2、A3，第二相的护层为B1、B2、B3，第三相的护层为C1、C2、C3，护层与互联交叉子段相对应，交叉互联大段内护层的第一种交叉互联方式为A1-B2-C3连接，B1-C2-A3连接，C1-A2-B3连接。设备检测护层电流时分别在护层左A处、护层左B处、护层左C处、护层右A处、护层右B处和护层右C处检测护层电流。

示范性的，在如图3所示的第一种交叉互联方式下当故障相位为一相时，若该故障相为A相，且该故障护层为A1-B2-C3时，护层左A和护层右C的电流会明显增大，通过分析可得出交叉互联子段1产生故障，最终故障区间为A相子段1。其原理为，当A相子段1的电缆芯线产生故障时，故障电流会流过其对应的护层上A1上，因为A1-B2-C3连接整个护层电流都会增大，所以护层左A和护层右C的电流会增大，因而基于上述原理即可根据故障相和故障护层确定故障所在的交叉互联子段。

作为一种优选的实施方式，可以根据交叉互联大段的第一种交叉互联方式在输电电缆故障区间定位设备中预置第一种单相故障的故障子段判断对照表。第一种单相故障的故障子段判断对照表如表1所示，当确定故障相和故障护层后，可以通过查表的方式确定故障所在的交叉互联子段，从而快速准确地确定故障所在区间。

表1第一种单相故障的故障子段判断对照表

进一步的，当故障相为两相时，同样可以根据单相故障时的原理确定故障所在的交叉互联子段。同样的可以根据交叉互联大段的第一种交叉互联方式在输电电缆故障区间定位设备中预置如表2所示的第一种两相故障的故障子段判断对照表，通过查表的方式确定故障所在的交叉互联子段，从而准确地确定故障所在区间。

表2第一种两相故障的故障子段判断对照表

值得说明的是，当故障相为三相时，除了结合故障相和故障护层外，还需要结合芯线电流的极性和护层电流的极性综合确定故障所在的交叉互联子段。故障相为三相时，确定故障所在的交叉互联子段的方法时可以根据三相电缆芯线的首端的芯线电流的极性和两端护层电流的极性共同确定故障所在的交叉互联子段。具体可以对照如表三所示的第一种三相故障的故障子段判断对照表。

表3第一种三相故障的故障子段判断对照表

若交叉互联大段的交叉互联方式为如图4所示的第二种交叉互联方式。第一相的护层为A1、A2、A3，第二相的护层为B1、B2、B3，第三相的护层为C1、C2、C3，护层与互联交叉子段相对应，交叉互联大段内护层的交叉互联方式为A1-C3-B3连接，B1-A2-C3连接，C1-B2-A3连接。故障相为一相时故障所在子段可以根据表4的第二种单相故障的故障子段判断对照表确定，故障相为两相时，故障所在子段可以根据表5的第二种双相故障的故障子段判断对照表确定，故障相为三相时可以根据表6第二种三相故障的故障子段判断对照表确定。

表4第二种单相故障的故障子段判断对照表

表5第二种两相故障的故障子段判断对照表

表6第二种三相故障的故障子段判断对照表

一些实施例中，若所述输电电缆包括多个所述交叉互联大段，则仅需设置在输电电缆两端的输电电缆故障区间定位设备同时检测芯线电流和护层电流，其他设备仅需检测护层电流。检测芯线电流和护层电流后根据所有所述护层的电特征信号确定对应的交叉互联大段是否存在故障；在确定对应的交叉互联大段存在故障后，根据所述输电电缆两端的各相电缆芯线的电特征信号确定故障相；根据对应的所述交叉互联大段两端的各相护层的电特征信号确定故障护层；根据确定的故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

因为输电电缆上互联大段中的电缆芯线是连续的，因此只需要在互联大段两端检测芯线电流，来确定输电芯线的哪一相故障。并且当一个交叉互联大段的输电芯线故障时，该交叉互联大段内护层的护层电流会增大，因此可以根据护层电流是否超过设定护层电流阈值判断故障所在的交叉互联大段，同时确定交叉互联大段内的故障护层。在确定交叉互联大段、故障相和交叉互联大段内的故障护层后，可以根据芯线电流及其极性和护层电流及其极性，根据上述故障所在的交叉互联子段的确定方法，确定故障区间。

本申请提供了一种输电电缆故障区间定位方法、设备和系统，通过在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线和护层的电特征信号；根据各相电缆芯线和护层的电特征信号，确定故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。实现了当交叉互联大段存在故障时通过电缆的芯线电流及其极性和护层的护层电流及其极性准确地确定出故障所在的电缆芯线相和交叉互联子段，实现对故障区间的准确定位，并且该方法实现简单，对故障区间的定位不受环境的影响。

如图6所示，本申请还提供一种输电电缆故障区间定位设备，该设备包括：

检测装置，其被配置为在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线和护层的电特征信号；

处理装置，其被配置为根据各相电缆芯线和护层的电特征信号确定故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

其中，所述检测装置还被配置为：在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线的芯线电流的波形，以及各相护层的护层电流的波形；

根据所述芯线电流的波形确定交叉互联大段两端各相芯线电流的极性，根据所述护层电流的波形确定所述交叉互联大段两端各相护层电流的极性；

所述处理装置还被配置为：根据所述交叉互联大段两端芯线电流的极性确定所述交叉互联大段是否存在故障；

在确定存在故障后，根据各相芯线电流确定故障相，根据各相护层电流确定故障护层。

其中，所述芯线电流为工频电流、行波电流和暂态电流中的其中一种；

所述护层电流为工频电流、行波电流和暂态电流中的其中一种。

其中，所述处理装置还被配置为：若故障相为三相，根据所述交叉互联大段两端三相芯线电流的极性和三相护层电流的极性，确定故障所在的交叉互联子段；

或者，若故障相为单相或两相，根据各故障相和各故障护层确定故障所在的交叉互联子段。

其中，所述处理装置还被配置为：判断所述交叉互联大段两端芯线电流的极性是否相反；

若所述交叉互联大段两端任意相芯线电流的极性相反，则确定所述交叉互联大段存在故障。

其中，所述处理装置还被配置为：确定芯线电流大于设定的芯线电流阈值的电缆芯线相为故障相；

其中，所述处理装置还被配置为，确定护层电流大于设定的护层电流阈值的护层为故障护层。

其中，所述处理装置还被配置为：若所述输电电缆包括多个所述交叉互联大段，根据所有所述护层的电特征信号确定对应的交叉互联大段是否存在故障；

在确定对应的交叉互联大段存在故障后，根据所述输电电缆两端的各相电缆芯线的电特征信号确定故障相；

根据对应的所述交叉互联大段两端的各相护层的电特征信号确定故障护层；

根据确定的故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

本申请实施例还提供一种输电电缆故障区间定位系统，该系统，包括：

输电电缆，包括至少一个交叉互联大段；

检测装置，其安装在所述交叉互联大段两端，并被配置为在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线和护层的电特征信号；

处理装置，其与所述检测装置连线，并被配置为根据各相电缆芯线和护层的电特征信号确定故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和各模块及单元的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种输电电缆故障区间定位方法，其应用在输电电缆的交叉互联大段，所述交叉互联大段包括三相电缆芯线和设在各相电缆芯线外侧的护层，且所述交叉互联大段通过所述护层划分为多个交叉互联子段，其特征在于，包括以下步骤：

在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线和护层的电特征信号；

根据各相电缆芯线和护层的电特征信号确定故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

2.按照权利要求1所述的输电电缆故障区间定位方法，其特征在于：

在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线的芯线电流的波形，以及各相护层的护层电流的波形；

根据所述芯线电流的波形确定交叉互联大段两端各相芯线电流的极性，根据所述护层电流的波形确定所述交叉互联大段两端各相护层电流的极性；

根据所述交叉互联大段两端芯线电流的极性确定所述交叉互联大段是否存在故障；

在确定存在故障后，根据各相芯线电流确定故障相，根据各相护层电流确定故障护层。

3.按照权利要求2所述的输电电缆故障区间定位方法，其特征在于：

若故障相为三相，根据所述交叉互联大段两端三相芯线电流的极性和三相护层电流的极性，确定故障所在的交叉互联子段；

或者，若故障相为单相或两相，根据各故障相和各故障护层确定故障所在的交叉互联子段。

4.按照权利要求2所述的输电电缆故障区间定位方法，其特征在于，根据所述交叉互联大段两端芯线电流的极性确定所述交叉互联大段是否存在故障包括以下步骤：

判断所述交叉互联大段两端芯线电流的极性是否相反；

若所述交叉互联大段两端任意相芯线电流的极性相反，则确定所述交叉互联大段存在故障。

5.按照权利要求2所述的输电电缆故障区间定位方法，其特征在于，根据各相芯线电流确定故障相具体包括以下步骤：

确定芯线电流大于设定的芯线电流阈值的电缆芯线相为故障相。

6.按照权利要求2所述的输电电缆故障区间定位方法，其特征在于，根据各相护层电流确定故障护层具体包括以下步骤:

确定护层电流大于设定的护层电流阈值的护层为故障护层。

7.按照权利要求2所述的输电电缆故障区间定位方法，其特征在于：

所述芯线电流为工频电流、行波电流和暂态电流中的其中一种；

所述护层电流为工频电流、行波电流和暂态电流中的其中一种。

8.按照权利要求1所述的输电电缆故障区间定位方法，其特征在于，还包括以下步骤：

若所述输电电缆包括多个所述交叉互联大段，根据所有所述护层的电特征信号确定对应的交叉互联大段是否存在故障；

在确定对应的交叉互联大段存在故障后，根据所述输电电缆两端的各相电缆芯线的电特征信号确定故障相；

根据对应的所述交叉互联大段两端的各相护层的电特征信号确定故障护层；

根据确定的故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

9.一种输电电缆故障区间定位设备，其特征在于，包括：

检测装置，其被配置为在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线和护层的电特征信号；

处理装置，其被配置为根据各相电缆芯线和护层的电特征信号确定故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

10.一种输电电缆故障区间定位系统，其特征在于，包括：

输电电缆，包括至少一个交叉互联大段；

检测装置，其安装在所述交叉互联大段两端，并被配置为在所述交叉互联大段的两端检测各相电缆芯线和护层的电特征信号；

处理装置，其与所述检测装置连线，并被配置为根据各相电缆芯线和护层的电特征信号确定故障相和故障护层，以确定故障所在的交叉互联子段。

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