CN117074853A - 一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统及方法 - Google Patents

一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于海底电缆缺陷检测技术技术领域，公开了一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统及方法。所述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统，包括：单芯海底电缆；监测部件，监测部件用于获取海底电缆铠装、护套和线芯的电流信息，并根据电流信息形成海缆状态信息；信息处理部件，信息处理部件与监测部件电连接，信息处理部件接收监测部件形成的海缆状态信息，并将接收到的电缆状态信息进行分析和/或展示；其中，电流信息包括电流的幅值、电流的相位。本发明中，通过设置所述监测部件，通过对各部件电流的监测，实时显示海底电缆状态的监控情况，同时也为操作人员提供缺陷类型及缺陷位置的提示。

Description

一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统及方法
技术领域
本发明属于海底电缆缺陷检测技术领域，具体地说，涉及一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统及基于此辨识系统的辨识方法。
背景技术
海底电缆在信息、电力传输过程中，由于线芯电流产生的交变磁场会在金属外护套上感应出电压，金属外护套如果存在回路，就会产生感应环流。目前针对陆上电缆的接地环流检测技术较为成熟，但是由于海底电缆与陆上电缆结构形式不同、接地方式不同、运行环境不同，导致海底电缆与陆上电缆的接地环流的特点、幅值大小都有很大的差异，陆上电缆成熟的检测方法难以在海缆上的适用，针对海底电缆的环流检测手段少，检测效果差。
目前单芯海缆护套和铠装环流监测方法，参见附图1。附图1公开了一种单芯海缆的监测方案，设置有两个探头，分别监测护套和铠装的电流，监测状态量为电流的幅值。目前海缆铠装、护套接地缺陷的辨识方法仅通过监测接地环流的幅值，通过设置阈值或对比变化趋势的方法实现设备状态的诊断。这种方案具有较大的缺点，其一由于接地环流的幅值受线芯电流影响很大，所以通过设置阈值的方法难以有效辨识接地缺陷；其二、由于海缆两端的护套、铠装接地缺陷均会引起海缆接地环流幅值变化，仅通过幅值进行诊断无法实现故障点的定位。
因此，亟需提供一种能确定海底电缆接地缺陷类型和定位缺陷位置的单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统及基于此系统的辨识方法，来克服上述问题。
有鉴于此，特提出本申请。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，目的在于提供一种确定海底电缆接地缺陷类型和定位缺陷位置的单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统。
本发明的另一目的在于，提供一种基于上述的单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统的辨识方法。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统，包括：单芯海底电缆、监测部件和信息处理部件。
所述海底电缆从外至内依次包括铠装、护套和线芯；所述监测部件用于获取所述海底电缆铠装、护套和线芯的电流信息，并根据所述电流信息形成海缆状态信息；所述信息处理部件与所述监测部件电连接，所述信息处理部件接收所述监测部件形成的海缆状态信息，并将所述接收到的电缆状态信息进行分析和/或展示；
其中，所述电流信息包括电流的幅值、电流的相位。
根据本发明的一实施方式，其中，所述监测部件包括：电流探头、信息暂存器。
所述电流探头设置有多个，多个所述电流探头分别用于获取所述铠装层、护套层和线芯的电流信息；所述信息暂存器与所述电流探头电连接，所述信息暂存器用于根据所述获取到的电流信息形成海缆状态信息；
所述信息暂存器与所述信息处理部件电连接；所述信息暂存器将所述形成的海缆状态信息传递至所述信息处理部件。
本发明还提供一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识方法，基于上述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统，所述辨识方法包括以下步骤：
S1、海缆资料的收集及校验，确定海缆信息；
S2、根据确定的海缆信息建立数学模型，并根据建立的数学模型确定接地环流幅值阈值及相角阈值；
S3、根据海缆信息，拟合接地环流的历史标准曲线；
S4、实时监测电流信息，将监测到的电流信息与所述历史标准曲线进行比较，判断海缆的运行状态。
根据本发明的一实施方式，其中，所述步骤S4中将监测到的电流信息与所述历史标准曲线进行比较包括：
S4.1、进行电流幅值的比较判断；
S4.2、若电流幅值判断异常，则进行电流相角的比较判断，根据电流相角的判断结果确定故障类型并确定故障位置。
根据本发明的一实施方式，其中，所述步骤S1中，所述海缆资料的收集包括：收集海缆的总长及部分段的长度，线芯、护套、铠装的参数；
所述确定的海缆信息包括海缆参数信息和海缆性能信息。
根据本发明的一实施方式，其中，所述步骤S2中，所述根据海缆信息建立数学模型为根据所述海缆参数信息建立数学模型；
所述确定接地环流幅值阈值及相角阈值为通过电容效应模型和阻抗矩阵模型计算接地环流幅值及相角变化规律；设置不同位置的接地电阻变化量为△R＝1Ω，将对应的幅值变化σ1＝△I和相角变化σ2＝△∠I作为各自诊断阈值。
根据本发明的一实施方式，其中，所述步骤S3中，所述根据海缆信息，拟合接地环流的历史标准曲线为根据所述海缆性能信息，拟合接地环流的历史标准曲线。
根据本发明的一实施方式，其中，所述单芯海底电缆包括设置于陆上的陆上段、设置于海底的海底段和设置于海上平台的海上段；
所述步骤S4包括：
实时监测ICoff、ISoff、IAoff、ICon、ISon、Iaon，∠ISoff、∠IAoff、∠ISon、∠IAon，将检测到的电流信息与拟合曲线进行比较，比较变化趋势；
其中，所述ICoff、ISoff、IAoff分别表示海上段线芯、护套、铠装的电流；ICon、ISon、IAon分别表示陆上段线芯、护套、铠装的电流；∠ISoff、∠IAoff为海上段护套电流、铠装电流滞后海上段线芯电流的角度；∠ISon、∠IAon为陆上段护套电流、铠装电流滞后陆上段线芯电流的角度。
根据本发明的一实施方式，其中，所述步骤S4.1包括：
当比较得知ISoff和ISon同时增加、且IAoff和IAon同时减小，则判断为海缆自身参数变化；
当比较得知ISoff和IAon增大，且IAoff和ISon减小，则判断为海上段铠装或陆上段护套接地接触存在故障；
当比较得知ISoff和IAon减小，且IAoff和ISon增大，则判断为海上段护套或陆上段铠装接地接触存在故障。
根据本发明的一实施方式，其中，所述步骤4.2包括：
当比较得知相位角变化趋势一致，则判断为海缆本体存在故障；
当比较得知两端相位角变化趋势不同，则判断为接地线接触存在故障采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明中，通过设置所述监测部件，实现对海底电缆的铠装、护套和线芯各部件电流的监测，通过监测到的电流信息，确定海底电缆接地缺陷类型和定位缺陷位置，实时显示海底电缆的监控情况，同时也为操作人员提供缺陷类型及缺陷位置的提示。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：
图1为本发明实施例中单芯海底电缆、监测部件和信息处理部件中信息传递路径流程简化示意图；
图2为本发明实施例中单芯海缆阻抗模型；
图3为本发明实施例中海底电缆的铺设结构示意图；
图4为本发明实施例中监测部件内信息传递流程示意图；
图5为本发明实施例中护套、铠装接地缺陷的判断流程示意图；
图6为本发明实施例中一种具体方案在不同负荷电流下的接地环流幅值与相位拟合曲线拟合历史曲线；
图7为本发明实施例中检测到的异常波形示意图；
图8为本发明实施例中异常数据表及诊断结果示图。
图中主要元件说明：
1、海底电缆；2、监测部件；3、信息处理部件。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图8所示，本发明所述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统，包括：单芯海底电缆1、监测部件2和信息处理部件3。
所述海底电缆1从外至内依次包括铠装、护套和线芯；所述监测部件2用于获取所述海底电缆1铠装、护套和线芯的电流信息，并根据所述电流信息形成海缆状态信息；所述信息处理部件3与所述监测部件2电连接，所述信息处理部件3接收所述监测部件2形成的海缆状态信息，并将所述接收到的电缆状态信息进行分析和/或展示；
其中，所述电流信息包括电流的幅值、电流的相位。
本发明中，通过设置所述监测部件，实现对海底电缆的铠装、护套和线芯各部件电流的监测，通过监测到的电流信息，确定海底电缆接地缺陷类型和定位缺陷位置，实时显示海底电缆的监控情况，同时也为操作人员提供缺陷类型及缺陷位置的提示。
海底电缆是用绝缘材料包裹的电缆，铺设于海底，用于电力、信息传输的电缆。海底电缆(海缆)根据导电芯数量主要分为三芯海缆和单芯海缆，在常规的应用中，中低压线路主要使用三芯海缆，高压线路主要使用单芯海缆；海底电缆根据传输功能分为通信海缆、电力海缆和复合海缆，所述通信海缆用于信息、网络的传递，所述电力海缆用于电能的输送，所述复合海缆用于同时传递信号和输送电能；海底电缆根据负荷类型分为直流海缆和交流海缆，直流海缆特点是电能损耗小，易于实现长距离输电，但直流海缆的直流换流站等配套建设费用高昂，交流海缆电能损耗大，但运维技术成熟，配套建设费用小。本实施例所述的海底电缆为：单芯的电力海缆或单芯的复合海缆，用于输送交流电。
为了确保单芯海底电缆使用的可靠性和稳定性，在设计和制造过程中需要考虑许多因素。电缆的外层通常包裹有绝缘材料，以防止电流泄漏和应对海水对电缆的腐蚀。此外，还会在电缆表面加装保护层和金属护套，以增强其抗拉强度和耐压能力，以应对复杂多变的海洋环境，如潮汐、海底地形和海啸等。
在本实施例一种具体的实施方式中，参见附图1，附图1展示的是单芯海底电缆1、监测部件2和信息处理部件3三个部件中信息传递路径。所述单芯海底电缆1、监测部件2和信息处理部件3之间电气连接。具体的，所述监测部件2监控所述单芯海底电缆1的各部件(此处指铠装、护套和线芯)的电流信息，并将获取到的电流信息传递至所述信息处理部件3或者所述信息处理部件3主动获取所述所述获取到的电流信息。
在本实施例一种具体的实施方式中，所述所述海底电缆1从外至内依次包括铠装、护套和线芯。在铠装外侧还设置有外保护层，所述外保护层为PP纤维材质和/或沥青制成，用以抵御海水的腐蚀；在所述铠装和护套之间、所述护套与线芯之间还设置有阻水层，所述护套与线芯之间还设置有绝缘层、屏蔽层等。所述护套用于抵御海水腐蚀和抵抗海底水压，所述铠装用于加强海缆的机械强度，防止外力破坏；所述线芯用于传递信息和/或输送电力。
在本实施例一种具体的实施方式中，铠装为多种金属(至少两种)复合构成，例如：钢丝和铝丝等。所述铠装起到保护海缆免受外部压力、撞击和拉力的损坏，以及起到电磁屏蔽和防腐蚀保护的作用。它可以减少外界电磁干扰对电缆信号的影响，确保数据传输的稳定性和可靠性。这种铠装的设计使得海底电缆能够在恶劣的海洋环境下承受高压、拉力和其他外界因素的影响，保证数据传输和电力传输的稳定性。此外，金属铠装还具有一定的防火隔热性能，能够降低电缆在意外火灾中的燃烧速度，对人身和设备安全提供一定的保护。
在本实施例的一种具体的实施方式中，所述监测部件2包括：电流探头(图中未示出)和信息暂存器。
所述电流探头设置有多个，多个所述电流探头分别用于获取所述铠装层、护套层和线芯的电流信息；所述信息暂存器与所述电流探头电连接，所述信息暂存器用于根据所述获取到的电流信息形成海缆状态信息；
所述信息暂存器与所述信息处理部件3电连接；
所述信息暂存器将所述形成的海缆状态信息传递至所述信息处理部件3。
在本实施例的一种具体的实施方式中，所述信息暂存器为信息采集卡(采集卡)，所述信息采集卡对各个通道数据利用所述探头进行采集。所述信息处理部件3对采集到的各个电流通道实时波形进行展示，并进行分析诊断。
在本实施例的一种具体的实施方式中，参见附图3和附图4，所述电流探头设置有六个，在海底电缆的海上段和陆上段各设置有三个。(海上段或陆上段的)三个均是一个检测获取铠装层，一个获取护套层，另一个获取线芯的电流信息。
电缆的接地环流是指在电缆系统中，由于接地电流的存在而形的闭合回路。当电缆系统接地时，电流会通过接地点进入地下，然后通过大地形成一个回路，最终返回电源或其他接地点。
接地环流可能电力系统产生一定的影响，例如：
1、输电损耗：接地环流会导致电流通过地下流动，从而引起额外的损耗，这部分损耗虽然相对较小，但在长距离传输和大功率输电中可能会变得显善；
2、系统不稳定性：接地环流可能导致电源系统的电位不稳定(存在明显的电位压降)，增加系统的电压波动和电磁干扰。这对电力系统的正常运行和设备的安全性可能带来一定影响。
本实施例还提供了一种基于上述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统的单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识方法，所述辨识方法包括以下步骤：
S1、海缆资料的收集及校验，确定海缆信息；
S2、根据确定的海缆信息建立数学模型，并根据建立的数学模型确定接地环流幅值阈值及相角阈值；
S3、根据海缆信息，拟合接地环流的历史标准曲线；
S4、实时监测电流信息，将监测到的电流信息与所述历史标准曲线进行比较，判断海缆的运行状态。
本发明中，通过设置所述多步骤的控制方法，得以详细的掌握海缆的运行状态，确定出护套、铠装的接地缺陷和缺陷位置。
在常规的操作中，为了减少接地环流的影响，通常会采取以下措施：
1、优化接地系统：合理规划和设计接地系统，包括选择适当的接地电极材料、布置方式和接地电阻等，以减少接地电位差；
2、控制接地电流：通过合理的电力系统设计和接地电阻控制，可以限制接地电流的大小，降低接地环流的影响；
3、隔离接地点：通过在接地点之间设置隔离屏蔽，减少电位差和电场分布不均匀所引起的接地环流；
4、地网优化：采取适当的地网洁构和优化设计，以减少接地回路的面积和电阻，从而减小接地环流的产生。
需要指出的是，本申请的技术方案旨在通过新的辨识方法更准确的确定出护套、铠装的接地缺陷以及缺陷位置，不涉及到后续的缺陷补偿、弥补的操作，因此关于这方面的具体操作，不在此做具体的限定。
在本实施例的一种具体的实施方式中，所述步骤S1中，所述海缆资料的收集包括：收集海缆的总长及部分段的长度，线芯、护套、铠装的参数；
所述确定的海缆信息包括海缆参数信息和海缆性能信息。
由于不同风电场的海缆结构、长度等参数差异较大，对海缆接地环流影响较大，所以，针对不同风电场的海底电缆，需要单独进行资料收集；而对于之前已经获取到的海缆资料，需要将重新收集的资料与之前的资料信息进行资料的校验。
在本实施例的一种具体的实施方式中，海缆资料包括长度信息(海缆总长，登陆段长度，海底段长度，海上平台侧长度，两侧的铠装剥离段长度)，线芯信息(材质、内外径、电阻率、磁导率)、绝缘信息(介电常数)、护套信息(材质、内外径、电阻率、磁导率)、铠装信息(材质、内外径、电阻率、磁导率)。
在本实施例的一种具体的实施方式中，所述步骤S2中，所述根据海缆信息建立数学模型为根据所述海缆参数信息建立数学模型；
所述确定接地环流幅值阈值及相角阈值为通过电容效应模型和阻抗矩阵模型计算接地环流幅值及相角变化规律；设置不同位置的接地电阻变化量为△R＝1Ω，将对应的幅值变化σ1＝△I和相角变化σ2＝△∠I作为各自诊断阈值。
具体地，单芯海缆环流包含泄漏电流和电磁感应电流，其中泄漏电流包括容性部分和阻性部分。高压海底电缆的电容较大，且随着长度的增加，其电容泄漏电流数值也增大，而阻性泄漏电流远小于容性泄漏电流，因此仅考虑容性泄漏电流。另外，由于线芯、护套、铠装的自感与互感的存在，护套和铠装中必然会产生电磁感应电流，电磁感应电流通过阻抗矩阵数学模型进行计算。
电容电流计算公式为：
式中：Li为每段海缆的长度，εr为海缆绝缘层的相对介电常数；ε0为真空介电常数；δ为绝缘层厚度；Dc为绝缘层内径；ω为角频率；U为相对地电压。
电磁感应电流计算公式为：
参见附图2和上述式2其中，下标1、2、3分别代表回路1、回路2、回路3。回路1由线芯和护套(护套层)组成，回路2由护套层与铠装(铠装层)组成，回路3由铠装层和大地组成，3个回路的电流分别为i1、i2、i3。其中，Z11、Z22、Z33分别为3个回路的自阻抗；Z12、Z21是1回路和2回路共用部分所出现的两回路之间的互阻抗；Z23、Z32是2回路和3回路共用部分所出现的两回路之间的互阻抗(或称转移阻抗)。
通过电容效应模型和阻抗矩阵模型计算接地环流幅值及相角变化规律。设置不同位置的接地电阻变化量为△R＝1Ω，将对应的幅值变化σ1＝△I和相角变化σ2＝△∠I作为各自诊断阈值。
电容效应是指当两个导体之间存在电压时，它们之间会形成电场，并且可以存储电荷的现象。这种电场导致了导体之间的电荷分布不均，产生了电位差。
阻抗矩阵建模是一种将电路网络表示为阻抗矩阵的方法，用于分析和解决电路中的电流、电压和功率等问题。它基于基尔霍夫定律和欧姆定律，通过建立节点和支路之间的关系，将整个电路转化为线性方程组。
幅值和相位是描述信号时域和频域特性的两个重要参数。
幅值是指信号在某一时刻的振幅大小，可以用于表示信号的能量或者幅度大小。通常使用线性尺度(如伏特、安培等)或者对数尺度(如分贝)来表示。幅值可以用于描述信号的强弱程度，较大的幅值表示信号较强，较小的幅值表示信号较弱。
相位是指信号在某一时刻的相对位置或者延迟程度，可以用角度值来表示。相位描述了信号波形的起点位置以及相邻波形之间的差异，用以描述信号的时间关系和相位差。
在某些情况下，幅值与相位是相互关联的，通过综合它们可以更全面地描述信号的特性和行为。
在本实施例的一种具体的实施方式中，所述步骤S3中，所述根据海缆信息，拟合接地环流的历史标准曲线为根据所述海缆性能信息，拟合接地环流的历史标准曲线。
具体的，所述拟合接地环流的历史标准曲线需要获取接地电流幅值、相位随负荷变化的曲线(此曲线一般在海缆投运初期，通过长时间监测接地环流数据拟合而成)，此拟合曲线作为测量阶段比较的基准值。
在本实施例的一种具体的实施方式中，所述步骤S4中将监测到的电流信息与所述历史标准曲线进行比较包括：
S4.1、进行电流幅值的比较判断；
S4.2、若电流幅值判断异常，则进行电流相角的比较判断，根据电流相角的判断结果确定故障类型并确定故障位置。
在本实施例的一种具体的实施方式中，参见附图3，所述单芯海底电缆包括设置于陆上的陆上段、设置于海底的海底段和设置于海上平台的海上段。
在本实施例的一种具体的实施方式中，参见附图5，所述步骤S4包括：
实时监测ICoff、ISoff、IAoff、ICon、ISon、Iaon，∠ISoff、∠IAoff、∠ISon、∠IAon，将检测到的电流信息与拟合曲线进行比较，比较变化趋势；
其中，所述ICoff、ISoff、IAoff分别表示海上段线芯、护套、铠装的电流；ICon、ISon、IAon分别表示陆上段线芯、护套、铠装的电流；∠ISoff、∠IAoff为海上段护套电流、铠装电流滞后海上段线芯电流的角度；∠ISon、∠IAon为陆上段护套电流、铠装电流滞后陆上段线芯电流的角度。
在本实施例的一种具体的实施方式中，所述步骤S4.1包括：
当比较得知ISoff和ISon同时增加、且IAoff和IAon同时减小，则判断为海缆自身参数变化(包括铠装磁导率增加或者铠装电阻率下降)；
当比较得知ISoff和IAon增大，且IAoff和ISon减小，则判断海缆存在第一类型故障(海上段铠装或陆上段护套接地接触存在故障)；
当比较得知ISoff和IAon减小，且IAoff和ISon增大，则判断海缆存在第二类型故障(海上段护套或陆上段铠装接地接触存在故障)。
需要指出的是，上述比较过程未体现线芯(陆上段和海上段)的判断逻辑，在实施例的一种具体的事实方式中，当所述ICoff和所述ICon之间的差值大于预定标准时，证明海缆存在严重的故障问题，此时需要中断海缆的连通进行检修。
在本实施例的一种具体的实施方式中，所述步骤4.2包括：
当比较得知相位角变化趋势一致，则判断为海缆本体存在故障；
当比较得知两端相位角变化趋势不同，则判断为接地线接触存在故障。
参见附图5，具体的：
当判断为海缆自身参数变化后，继续进行相位角的判断，当检测到∠ISoff、∠IAoff、∠ISon和∠IAon减小，则判断为铠装磁导率增加；
当判断为海缆自身参数变化后，继续进行相位角的判断，当检测到∠ISoff、∠IAoff、∠ISon和∠IAon增大，则判断为铠装电阻率增加；
当判断海缆存在第一类型故障后，继续进行相位角的判断，当检测到∠ISoff、∠IAoff和∠ISon增加，且∠IAon减小，则判断为海上段铠装接地电阻增加；
当判断海缆存在第一类型故障后，继续进行相位角的判断，当检测到∠ISoff和∠IAon减小，且∠IAoff和∠ISon增大，则判断为路上段护套接地电阻增加；
当判断海缆存在第二类型故障后，继续进行相位角的判断，当检测到∠ISoff、∠IAoff和∠IAon增大，且∠ISon减小时，则判断为陆上段铠装接地电阻增加；
当判断海缆存在第二类型故障后，继续进行相位角的判断，当检测到∠ISoff和∠IAon增大，且∠ISon和∠IAoff减小时，则判断为海上段护套接地电阻增加。
通过设置上述辨识方法，可辨识出6种接地装置缺陷，包括铠装磁导率增加、铠装电阻率增加、海上段铠装接地电阻增加、陆上段护套接地电阻增加、陆上段铠装接地电阻增加、海上段护套接地电阻增加的故障情况。
本发明实施例所提供的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统及辨识方法，针对现有技术仅采用接地环流的幅值信息难以辨识接地缺陷，且无法实现定位故障点的问题。本申请方案采用电容效应与阻抗矩阵建模确定接地环流运行水平及诊断阈值，并采用幅值与相位相结合方法实现海缆接地环流异常辨识，有效的解决了电缆接地系统缺陷难以查找和无法定位的问题。
在本实施的一种具体的实施方式中，某实际海缆进行环流监测及诊断。该海缆参数如下：220kV单芯海底电缆。海缆总长24km，其中登陆段0.3km，海底段23.5km，海上平台侧0.2km，两侧的铠装剥离段均为30m。线芯外径34.2mm，电阻率1.72×10-8Ω·m，相对磁导率1；护套厚度3.9mm，外径100.6mm，电阻率2.14×10-7Ω·m，相对磁导率1；铠装钢丝直径6mm，外径132mm，电阻率电阻率1.38×10-7Ω·m，相对磁导率400；绝缘厚度25，外径88.4mm，介电常数2.3。
通过电容效应模型和阻抗矩阵模型计算接地环流幅值及相角变化规律。设置不同位置的接地电阻变化量为△R＝1Ω，得出幅值阈值为σ1＝25A，相角变化阈值为σ2＝5°。
附图6为不同负荷电流下的接地环流幅值与相位拟合曲线拟合历史曲线；附图7为检测到的异常波形示意图；附图8为本发明实施例中异常数据表及诊断结果示图。具体地，参见附图8，检测得知：
进行幅值判断，检测到ISoff和IAon增大，且IAoff和ISon减小，海缆存在第一类型故障；
继续进行相位角的判断，检测到∠ISoff、∠IAoff和∠ISon增加，且∠IAon减小。参见附图5，可以最终确定，该电缆存在的缺陷为海上段(位置)铠装接地电阻增加(缺陷类型)。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，上述实施例中的实施方案也可以进一步组合或者替换，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统，其特征在于，包括：
单芯海底电缆(1)，所述海底电缆(1)从外至内依次包括铠装、护套和线芯；
监测部件(2)，所述监测部件(2)用于获取所述海底电缆(1)铠装、护套和线芯的电流信息，并根据所述电流信息形成海缆状态信息；
信息处理部件(3)，所述信息处理部件(3)与所述监测部件(2)电连接，所述信息处理部件(3)接收所述监测部件(2)形成的海缆状态信息，并将所述接收到的电缆状态信息进行分析和/或展示；
其中，所述电流信息包括电流的幅值、电流的相位。
2.根据权利要求1所述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统，其特征在于，所述监测部件(2)包括：
电流探头，所述电流探头设置有多个，多个所述电流探头分别用于获取所述铠装层、护套层和线芯的电流信息；
信息暂存器，所述信息暂存器与所述电流探头电连接，所述信息暂存器用于根据所述获取到的电流信息形成海缆状态信息；
所述信息暂存器与所述信息处理部件(3)电连接；
所述信息暂存器将所述形成的海缆状态信息传递至所述信息处理部件(3)。
3.一种基于上述权利要求1或2所述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统的单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识方法，其特征在于，所述辨识方法包括以下步骤：
S1、海缆资料的收集及校验，确定海缆信息；
S2、根据确定的海缆信息建立数学模型，并根据建立的数学模型确定接地环流幅值阈值及相角阈值；
S3、根据海缆信息，拟合接地环流的历史标准曲线；
S4、实时监测电流信息，将监测到的电流信息与所述历史标准曲线进行比较，判断海缆的运行状态。
4.根据权利要求3所述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识方法，其特征在于，所述步骤S4中将监测到的电流信息与所述历史标准曲线进行比较包括：
S4.1、进行电流幅值的比较判断；
S4.2、若电流幅值判断异常，则进行电流相角的比较判断，根据电流相角的判断结果确定故障类型并确定故障位置。
5.根据权利要求3所述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述海缆资料的收集包括：收集海缆的总长及部分段的长度，线芯、护套、铠装的参数；
所述确定的海缆信息包括海缆参数信息和海缆性能信息。
6.根据权利要求5所述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述根据海缆信息建立数学模型为根据所述海缆参数信息建立数学模型；
所述确定接地环流幅值阈值及相角阈值为通过电容效应模型和阻抗矩阵模型计算接地环流幅值及相角变化规律；设置不同位置的接地电阻变化量为△R＝1Ω，将对应的幅值变化σ1＝△I和相角变化σ2＝△∠I作为各自诊断阈值。
7.根据权利要求5所述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述根据海缆信息，拟合接地环流的历史标准曲线为根据所述海缆性能信息，拟合接地环流的历史标准曲线。
8.根据权利要求4所述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识方法，其特征在于，所述单芯海底电缆包括设置于陆上的陆上段、设置于海底的海底段和设置于海上平台的海上段；
所述步骤S4包括：
实时监测ICoff、ISoff、IAoff、ICon、ISon、Iaon，∠ISoff、∠IAoff、∠ISon、∠IAon，将检测到的电流信息与拟合曲线进行比较，比较变化趋势；
其中，所述ICoff、ISoff、IAoff分别表示海上段线芯、护套、铠装的电流；ICon、ISon、IAon分别表示陆上段线芯、护套、铠装的电流；∠ISoff、∠IAoff为海上段护套电流、铠装电流滞后海上段线芯电流的角度；∠ISon、∠IAon为陆上段护套电流、铠装电流滞后陆上段线芯电流的角度。
9.根据权利要求8所述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识方法，其特征在于，所述步骤S4.1包括：
当比较得知ISoff和ISon同时增加、且IAoff和IAon同时减小，则判断为海缆自身参数变化；
当比较得知ISoff和IAon增大，且IAoff和ISon减小，则判断为海上段铠装或陆上段护套接地接触存在故障；
当比较得知ISoff和IAon减小，且IAoff和ISon增大，则判断为海上段护套或陆上段铠装接地接触存在故障。
10.根据权利要求9所述的一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识方法，其特征在于，所述步骤4.2包括：
当比较得知相位角变化趋势一致，则判断为海缆本体存在故障；当比较得知两端相位角变化趋势不同，则判断为接地线接触存在故障。
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