CN117630613B - 一种基于接地环流拟合曲线的电缆绝缘故障定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电缆绝缘故障诊断技术领域，公开了一种基于接地环流拟合曲线的电缆绝缘故障定位方法，包括在三相单芯交叉互联接地电缆的两端接地线和中间的两个交叉互联点安装接地环流监测装置，获取4*3=12个接地环流监测数据，按照电缆金属屏蔽线的连接通路分为3组。对每组数据的4个接地环流数值进行对比，分为8种情况，以此来定位绝缘故障发生的段落及相对位置。本发明，使用设备量少，无需同步测量，计算简便，不受负荷电流和电缆固有参数的影响，分析不同故障接地点发生情况下，4个监测点的回路关系，总结其数值的相对关系，给出了一种简单易用的新型故障定位方法。
Description
技术领域
本发明属于电缆绝缘故障诊断技术领域，具体地说，涉及一种基于接地环流拟合曲线的电缆绝缘故障定位方法。
背景技术
(1)基于运行电流和护层环流的电缆绝缘故障识别定位方法，需要同时测量电缆的运行电流和护层接地环流，通过故障录波的方式还原故障发生时的运行电流瞬态变化，判断故障相；再用故障相的接地环流判断所处的段落。只能定位到段落，仍需要人工巡检找出故障位置，且所需设备较多。
(2)采用行波测距进行故障定位的方法，利用故障发生瞬时的电压波动和时域分析算法，在已知线路长度的条件下，根据故障行波到达线路两端监测设备的时间差来计算故障发生位置。该方法需要专用的行波测距设备，成本较高，且该方法依靠瞬态的异常电流检测，易受雷击、线路投退时电流突变的影响，从而产生误告警。
(3)基于护层环流和测试信号的电缆绝缘故障定位方法，护层环流只是用来判断是否发生绝缘故障，需要通过额外的脉冲信号发生器和信号处理装置，通过时域分析方法来进行故障定位。理论上定位较为准确，也不需要依赖于故障瞬时的电流或电压波形，但使用的设备仪器较多，成本较高，且需要在电缆护层施加额外信号，只能离线检测。
(4)基于双端电气量的电缆绝缘故障在线定位方法，首先需要根据三相电缆分布参数建立等效电路模型，推导出电缆传输方程，再根据电缆两端的线芯电流和护层环流加以计算，理论上可以计算到具体故障点位，但受电缆类型、材质、铺设方式等多种影响因素，参数多且不易确定，计算误差较大。
目前的电缆绝缘故障定位方法均无法定位到准确的故障点，只能判断出故障点在交叉互联的某一段落(即1/3线路)，仍需要人工方式进行巡检定位。而所用的检测方法较为复杂，需要两种以上的参数，有时还需要故障发生时的瞬时值加以判断。针对以上情况，发明人设计一种简单的故障判断和定位方法，只需要通过对电缆接地环流有效值的监测和比较，就能够判断故障发生的大体位置。可以大大减少检测成本，提高经济性，且不受偶发干扰事件的影响
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提出一种简单可行、经济实用、设备数量少、抗干扰能力强的电缆绝缘故障判断和定位方法。
(1)缩小电缆绝缘故障定位的范围
通过在终端屏蔽层接地线和中间交叉互联处的接地环流数值，可判断是否发生电缆绝缘故障。根据各个监测点的接地环流数值对比，还能判断故障点接近某一个接地箱，可定位到交叉互联的1/6线路；
(2)用简单经济的方法实现故障定位
设计一种基于接地环流有效值的判断方法，通过电缆金属屏蔽层线路上的不同测量点的接地环流数值比较，实现电缆绝缘故障的定位。不需要额外的监测参数，降低计算复杂程度，减少设备用量。
本发明采用技术方案的基本构思是：
一种基于接地环流拟合曲线的电缆绝缘故障定位方法,包括如下步骤：
S1：将三相单芯交叉互联接地电缆的接地环流在线监测系统模型，设计接地环流在线监测系统，在电缆两端的直接接地线和中间的交叉互联线处设置接地环流监测装置；O点、L3点为直接接地点位置，L1点和L2点为交叉互联节点位置；
S2：模型中假设三段长度相等，段落编号为m、n、k，各段长度均为L，且三相负荷电流相同，忽略实际工程应用中的三相不平衡和三段长度不相等带来的影响，且模型应用中均用近似值替代精确计算；
S3：取其中1条屏蔽层接地回路进行研究，如a1+b2+c3段，这三段的金属屏蔽层逐段连接，并与两端的直接接地线构成一条完整的通路；接地环流监测传感器为#1、#4、#9、#12，分别监测4个位置的电流数值；从O点开始，4个传感器监测的接地环流分别用I1S、I2S、I3S和I4S表示；
S4：根据三相交叉互联接地方式的感应电压曲线，在L1和L2点处的感应电压最大，电缆线路两端，即O点和L3点的感应电压为零；
S5：绘制故障接地情况下的等效电路，R0为直接接地电阻，R1为故障接地电阻，均为固定值；RS为线路上的金属屏蔽层电阻，XS为线路上的金属屏蔽层电感，Rg为大地回路的电阻，均为与线路长度有关的函数；将其合并后记为线路阻抗ZS＝RS+XS+Rg，近似地，ZS＝A*l，A为单位长度的线路阻抗，l为直接接地点至故障接地点的距离；整个环路的阻抗为R0+R1+ZS；
S6：在故障接地点接近直接接地点O时，由于l很小，则ZS趋近于0，即ZS<<R0+R1，忽略ZS的影响，线路阻抗接近于固定值；
S7：在故障接地点处于段落m时，L3、L2、L1和故障接地点F处于同一回路，故L3、L2、L1处的接地环流数值相等，即I2S＝I3S＝I4S；
S8：当故障接地点F处于段落m且远离O点时，环路长度l增大，则Zs线性增加，当ZS>>R0+R1时，可忽略接地电阻，即环路阻抗R0+R1+ZS≈ZS，近似为l的线性函数；则O点的接地环流
,为一固定值；当故障接地点F趋近于L1 -时，有l＝L，US＝USmax，ZS＝A*L，则I1S(L1 -)＝USmax/(A*L)＝ISmax；据此得到故障节点F趋近于L1 -时，I1S的特征值和变化趋势图；
S9：当故障接地点F趋近于L1 -时，L3、L2、L1与F处于同一条支路，且US＝USmax，则I2S(L1 -)＝I3S(L1 -)＝I4S(L1 -)＝US(L1 -)/ZS(L1 -)＝USmax/(A*2L)＝ISmax/2，这样，就得到故障接地点趋近于L1 -时，其他三个监测点的另一组特征值；
S10：当故障接地点F位于L1右侧，即F趋于L1 +时，O点、L1点和F点处于同一回路，且回路I的线路长度为L，回路II的线路长度为2L；
I1S(L1 +)＝I2S(L1 +)＝USmax/ZS＝USmax/(A*L)＝ISmax；L3点、L2点和F点处于同一条支路，I3S(L1 +)＝I4S(L1 +)＝USmax/ZS＝USmax/(A*2L)＝ISmax/2；这样就得到故障接地点趋近于L1 +时，四个监测点的一组特征值；
S11：当故障接地点F位于L2左侧，即F趋于L2 -时，O点、L1点和F点处于同一回路，且回路I的线路长度为2L，回路II的线路长度为L；
I1S(L2 -)＝I2S(L2 -)＝USmax/ZS＝USmax/(A*2L)＝ISmax/2；L3点、L2点和F点处于同一条回路，I3S(L2 -)＝I4S(L2 -)＝USmax/ZS＝USmax/(A*L)＝ISmax；这样就得到故障接地点趋近于L2 -时，四个监测点的一组特征值；
S12：当故障接地点F位于L2右侧，即F趋于L2 +时，O点、L1点、L2点和F点处于同一回路，且回路I的线路长度为2L，回路II的线路长度为L；
I1S(L2 +)＝I2S(L2 +)＝I3S(L2 +)＝USmax/ZS＝USmax/(A*2L)＝ISmax/2；L3点和F点处于同一条回路，I4S(L2 +)＝USmax/ZS＝USmax/(A*L)＝ISmax；这样就得到故障接地点趋近于L2 +时，四个监测点的一组特征值；
S13：当故障接地点F位于L3左侧，即F趋于L3 -时，情况与F点趋近于O点相似；O点、L1点、L2点和F点处于同一回路，且回路I的线路长度为3L，回路II的线路长度近似为0；此时I1S(L3-)＝I2S(L3-)＝I3S(L3 -)＝US/ZS＝0/(A*3L)＝0，I4S(L3 -)＝US/ZS＝0/(R0+R1)＝0；这样就得到故障接地点趋近于L3 -时，四个监测点的一组特征值；
S14：与故障接地点F位于段落m时的I1S变化规律相同，故障接地点F位于段落k时，在F趋近于L3时，I4S线性变化；而F点趋近于L2时，I4S近似为固定值；
S15：当故障接地点F位于线路中部M点时，O点、L1点和F点处于同一回路，L3点、L2点和F点处于同一回路，且回路I和回路II的线路长度均为3/2L；此时
这样就得到故障接地点位于线路中点M时，四个环流监测点的一组特征值；
S16：分别将I1S、I2S、I3S和I4S在O点、L1点、M点、L2点、L3点发生故障接地时的特征值连线，得到一组特征曲线，即为故障接地点F出现在线路不同位置时，4个监测点的接地环流特征曲线；
S17：在4个监测点的接地环流特征曲线上，选择一个横坐标，对应得到I1S、I2S、I3S、I4S的相应数值，根据4个接地环流的数值关系，可以判断是否有故障接地，并判断其段落位置；
S18：当I1S＝I2S＝I3S＝I4S≈0时，线路上无故障接地点；当I1S>>I2S＝I3S＝I4S，且I2S＝I3S＝I4S≈0时，可判断故障接地点位于段落m，且靠近O点一侧。
作为本发明的一种优选实施方式，所述S4中电缆中间点M的感应电压为
作为本发明的一种优选实施方式，所述S6中故障点的感应电压是与距离有关的线性函数，即US＝B*l，此时US趋近于0，则接地环流I1S趋近于0，且
,I1S随l的增加而线性增加。由此得到在l＝0时的I1S特征值和l趋近于0时的I1S趋势图。
作为本发明的一种优选实施方式，所述S6中当故障接地点F接近于O点时，US趋近于0，则I2S＝I3S＝I4S≈0，这样就得到l＝0时I2S、I3S和I4S的特征值。
作为本发明的一种优选实施方式，当I2S＝I3S＝I4S>>0，且I2S＝I3S＝I4S≈1/2I1S时，可判断故障接地点位于段落m，且靠近L1点一侧，当I1S＝I2S≈2*I3S＝2*I4S时，可判断故障接地点位于段落n，且靠近L1点一侧，当I3S＝I4S≈2*I1S＝2*I2S时，可判断故障接地点位于段落n，且靠近L2点一侧，当I1S＝I2S＝I3S>>0，且I1S＝I2S＝I3S≈1/2*I4S时，可判断故障接地点位于段落k，且靠近L2点一侧，当I4S>>I1S＝I2S＝I3S，且I1S＝I2S＝I3S≈0时，可判断故障接地点位于段落k，且靠近L3点一侧；当I1S＝I2S＝I3S＝I4S>>0时，可判断故障接地点位于线路中间位置。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本项发明以电缆的金属屏蔽层通路为目标，只以接地环流作为监测参数，以较少的传感器配置满足绝缘故障判断和定位的功能需求，大大降低了实现该功能的成本。
此外，利用三相电缆交叉互联接地的感应电压曲线和接地回路阻抗的关系，拟合出线路上任意点发生接地故障时，4个监测点的环流变化曲线，并总结出其相对大小的关系，无需精确计算，不受负荷电流、电缆材质的影响，即可实现故障定位功能，简化了工程应用过程。
另外，利用4个关键点的接地环流拟合曲线，在同一横坐标进行相对数值比较，总结出其变化规律，可以将故障点定位到1/2段落，定位精度较普通环流检测法提高一倍。
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
在附图中：
图1为本发明三相单芯交叉互联电缆的接地环流在线监测系统模型图；
图2为本发明简化的三相单芯交叉互联电缆接地环流监测系统模型图；
图3为本发明电缆金属屏蔽层换位连接后的感应电压分布曲线图；
图4为本发明故障接地时等效电路示意图；
图5为本发明故障点趋于0点时Is特征值及变化趋势图；
图6为本发明故障点趋于L1-点时Is特征值及变化趋势图；
图7为本发明故障点趋于L1+点时系统结构图；
图8为本发明故障点趋于L1+点时Is特征值及变化趋势图；
图9为本发明故障点趋于L2-点时系统结构图；
图10为本发明故障点趋于L2-点时Is特征值及变化趋势图；
图11为本发明故障点趋于L2+点时系统结构图；
图12为本发明故障点趋于L2+点时Is特征值及变化趋势图；
图13为本发明故障点趋于L3-点时Is特征值及变化趋势图；
图14为本发明故障点位于线路中点M时Is特征值图；
图15为本发明接地环流与故障接地点位置的特征曲线图；
图16为本发明故障接地点在不同位置的接地环流数值比较示意图。
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。
如图1至图16所示，一种基于接地环流拟合曲线的电缆绝缘故障定位方法，包括如下步骤：
S1：将三相单芯交叉互联接地电缆的接地环流在线监测系统模型，设计接地环流在线监测系统，在电缆两端的直接接地线和中间的交叉互联线处设置接地环流监测装置；O点、L3点为直接接地点位置，L1点和L2点为交叉互联节点位置；
S2：模型中假设三段长度相等，段落编号为m、n、k，各段长度均为L，且三相负荷电流相同，忽略实际工程应用中的三相不平衡和三段长度不相等带来的影响，且模型应用中均用近似值替代精确计算；
S3：取其中1条屏蔽层接地回路进行研究，如a1+b2+c3段，这三段的金属屏蔽层逐段连接，并与两端的直接接地线构成一条完整的通路；接地环流监测传感器为#1、#4、#9、#12，分别监测4个位置的电流数值；从O点开始，4个传感器监测的接地环流分别用I1S、I2S、I3S和I4S表示；
S4：根据三相交叉互联接地方式的感应电压曲线，在L1和L2点处的感应电压最大，电缆线路两端，即O点和L3点的感应电压为零；
S5：绘制故障接地情况下的等效电路，R0为直接接地电阻，R1为故障接地电阻，均为固定值；RS为线路上的金属屏蔽层电阻，XS为线路上的金属屏蔽层电感，Rg为大地回路的电阻，均为与线路长度有关的函数；将其合并后记为线路阻抗ZS＝RS+XS+Rg，近似地，ZS＝A*l，A为单位长度的线路阻抗，l直接接地点至故障接地点的距离；整个环路的阻抗为R0+R1+ZS；
S6：在故障接地点接近直接接地点O时，由于l很小，则ZS趋近于0，即ZS<<R0+R1，忽略ZS的影响，线路阻抗接近于固定值；
S7：在故障接地点处于段落m时，L3、L2、L1和故障接地点F处于同一回路，故L3、L2、L1处的接地环流数值相等，即I2S＝I3S＝I4S；
S8：当故障接地点F处于段落m且远离O点时，环路长度l增大，则Zs线性增加，当ZS>>R0+R1时，可忽略接地电阻，即环路阻抗R0+R1+ZS≈ZS，近似为l的线性函数；则O点的接地环流
,为一固定值；当故障接地点F趋近于L1 -时，有l＝L，US＝USmax，ZS＝A*L，则I1S(L1 -)＝USmax/(A*L)＝ISmax；据此得到故障节点F趋近于L1 -时，I1S的特征值和变化趋势图；
S9：当故障接地点F趋近于L1 -时，L3、L2、L1与F处于同一条支路，且US＝USmax，则I2S(L1 -)＝I3S(L1 -)＝I4S(L1 -)＝US(L1 -)/ZS(L1 -)＝USmax/(A*2L)＝ISmax/2，这样，就得到故障接地点趋近于L1 -时，其他三个监测点的另一组特征值；
S10：当故障接地点F位于L1右侧，即F趋于L1 +时，O点、L1点和F点处于同一回路，且回路I的线路长度为L，回路II的线路长度为2L；
I1S(L1 +)＝I2S(L1 +)＝USmax/ZS＝USmax/(A*L)＝ISmax；L3点、L2点和F点处于同一条支路，I3S(L1 +)＝I4S(L1 +)＝USmax/ZS＝USmax/(A*2L)＝ISmax/2；这样就得到故障接地点趋近于L1 +时，四个监测点的一组特征值；
S11：当故障接地点F位于L2左侧，即F趋于L2 -时，O点、L1点和F点处于同一回路，且回路I的线路长度为2L，回路II的线路长度为L；
I1S(L2 -)＝I2S(L2 -)＝USmax/ZS＝USmax/(A*2L)＝ISmax/2；L3点、L2点和F点处于同一条回路，I3S(L2 -)＝I4S(L2 -)＝USmax/ZS＝USmax/(A*L)＝ISmax；这样就得到故障接地点趋近于L2 -时，四个监测点的一组特征值；
S12：当故障接地点F位于L2右侧，即F趋于L2 +时，O点、L1点、L2点和F点处于同一回路，且回路I的线路长度为2L，回路II的线路长度为L；
I1S(L2 +)＝I2S(L2 +)＝I3S(L2 +)＝USmax/ZS＝USmax/(A*2L)＝ISmax/2；L3点和F点处于同一条回路，I4S(L2 +)＝USmax/ZS＝USmax/(A*L)＝ISmax；这样就得到故障接地点趋近于L2 +时，四个监测点的一组特征值；
S13：当故障接地点F位于L3左侧，即F趋于L3 -时，情况与F点趋近于O点相似；O点、L1点、L2点和F点处于同一回路，且回路I的线路长度为3L，回路II的线路长度近似为0；此时I1S(L3-)＝I2S(L3-)＝I3S(L3 -)＝US/ZS＝0/(A*3L)＝0，I4S(L3 -)＝US/ZS＝0/(R0+R1)＝0；这样就得到故障接地点趋近于L3 -时，四个监测点的一组特征值；
S14：与故障接地点F位于段落m时的I1S变化规律相同，故障接地点F位于段落k时，在F趋近于L3时，I4S线性变化；而F点趋近于L2时，I4S近似为固定值；
S15：当故障接地点F位于线路中部M点时，O点、L1点和F点处于同一回路，L3点、L2点和F点处于同一回路，且回路I和回路II的线路长度均为3/2L；此时
,这样就得到故障接地点位于线路中点M时，四个环流监测点的一组特征值；
S16：分别将I1S、I2S、I3S和I4S在O点、L1点、M点、L2点、L3点发生故障接地时的特征值连线，得到一组特征曲线，即为故障接地点F出现在线路不同位置时，4个监测点的接地环流特征曲线；
S17：在4个监测点的接地环流特征曲线上，选择一个横坐标，对应得到I1S、I2S、I3S、I4S的相应数值，根据4个接地环流的数值关系，可以判断是否有故障接地，并判断其段落位置；
S18：当I1S＝I2S＝I3S＝I4S≈0时，线路上无故障接地点；当I1S>>I2S＝I3S＝I4S，且I2S＝I3S＝I4S≈0时，可判断故障接地点位于段落m，且靠近O点一侧，所述S4中电缆中间点M的感应电压为
,所述S6中故障点的感应电压是与距离有关的线性函数，即US＝B*l，此时US趋近于0，则接地环流I1S趋近于0，且
,I1S随l的增加而线性增加。由此得到在l＝0时的I1S特征值和l趋近于0时的I1S趋势图。
如图1至图16所示，在具体实施方式中，所述S6中当故障接地点F接近于O点时，US趋近于0，则I2S＝I3S＝I4S≈0，这样就得到l＝0时I2S、I3S和I4S的特征值。
如图1至图16所示，进一步的，当I2S＝I3S＝I4S>>0，且I2S＝I3S＝I4S≈1/2I1S时，可判断故障接地点位于段落m，且靠近L1点一侧，当I1S＝I2S≈2*I3S＝2*I4S时，可判断故障接地点位于段落n，且靠近L1点一侧，当I3S＝I4S≈2*I1S＝2*I2S时，可判断故障接地点位于段落n，且靠近L2点一侧，当I1S＝I2S＝I3S>>0，且I1S＝I2S＝I3S≈1/2*I4S时，可判断故障接地点位于段落k，且靠近L2点一侧，当I4S>>I1S＝I2S＝I3S，且I1S＝I2S＝I3S≈0时，可判断故障接地点位于段落k，且靠近L3点一侧；当I1S＝I2S＝I3S＝I4S>>0时，可判断故障接地点位于线路中间位置。
具体的：
在三相单芯交叉互联接地电缆的两端接地线和中间的两个交叉互联点安装接地环流监测装置，获取4*3＝12个接地环流监测数据，按照电缆金属屏蔽线的连接通路分为3组。对每组数据的4个接地环流数值进行对比。
该方法使用设备量少，无需同步测量，计算简便，不受负荷电流和电缆固有参数的影响，分析不同故障接地点发生情况下，4个监测点的回路关系，总结其数值的相对关系，给出了一种简单易用的新型故障定位方法。
Claims (4)
1.一种基于接地环流拟合曲线的电缆绝缘故障定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据三相单芯交叉互联接地电缆的接地环流在线监测系统模型，设计接地环流在线监测系统，在电缆两端的直接接地线和中间的交叉互联线处设置接地环流监测装置；O点、L3点为直接接地点位置，L1点和L2点为交叉互联节点位置；
S2：模型中假设三段长度相等，段落编号为m、n、k，各段长度均为L，且三相负荷电流相同，忽略实际工程应用中的三相不平衡和三段长度不相等带来的影响，且模型应用中均用近似值替代精确计算；
S3：取其中1条屏蔽层接地回路进行研究，对于a1+b2+c3段，这三段的金属屏蔽层逐段连接，并与两端的直接接地线构成一条完整的通路；接地环流监测传感器为#1、#4、#9、#12，分别监测4个位置的电流数值；从O点开始，4个传感器监测的接地环流分别用I1S、I2S、I3S和I4S表示；
S4：根据三相交叉互联接地方式的感应电压曲线，在L1和L2点处的感应电压最大，电缆线路两端，即O点和L3点的感应电压为零；
S5：绘制故障接地情况下的等效电路，R0为直接接地电阻，R1为故障接地电阻，均为固定值；RS为线路上的金属屏蔽层电阻，XS为线路上的金属屏蔽层电感，Rg为大地回路的电阻，均为与线路长度有关的函数；将其合并后记为线路阻抗ZS＝RS+XS+Rg，近似地，ZS＝A*l，A为单位长度的线路阻抗，l直接接地点至故障接地点的距离；整个环路的阻抗为R0+R1+ZS；
S6：在故障接地点接近直接接地点O时，由于l很小，则ZS趋近于0，即ZS<<R0+R1，忽略ZS的影响，线路阻抗接近于固定值；
S7：在故障接地点处于段落m时，L3、L2、L1和故障接地点F处于同一回路，故L3、L2、L1处的接地环流数值相等，即I2S＝I3S＝I4S；
S8：当故障接地点F处于段落m且远离O点时，环路长度l增大，则Zs线性增加，当ZS>>R0+R1时，可忽略接地电阻，即环路阻抗R0+R1+ZS≈ZS，近似为l的线性函数；则O点的接地环流
,
为一固定值；当故障接地点F趋近于L1 -时，有l＝L，US＝USmax，ZS＝A*L，则I1S(L1 -)＝USmax/(A*L)＝ISmax；据此得到故障节点F趋近于L1 -时，I1S的特征值和变化趋势图；
S9：当故障接地点F趋近于L1 -时，L3、L2、L1与F处于同一条支路，且US＝USmax，则I2S(L1 -)＝I3S(L1 -)＝I4S(L1 -)＝US(L1 -)/ZS(L1 -)＝USmax/(A*2L)＝ISmax/2，这样，就得到故障接地点趋近于L1 -时，其他三个监测点的另一组特征值；
S10：当故障接地点F位于L1右侧，即F趋于L1 +时，O点、L1点和F点处于同一回路，且回路I的线路长度为L，回路II的线路长度为2L；
I1S(L1 +)＝I2S(L1 +)＝USmax/ZS＝USmax/(A*L)＝ISmax；L3点、L2点和F点处于同一条支路，I3S(L1 +)＝I4S(L1 +)＝USmax/ZS＝USmax/(A*2L)＝ISmax/2；这样就得到故障接地点趋近于L1 +时，四个监测点的一组特征值；
S11：当故障接地点F位于L2左侧，即F趋于L2 -时，O点、L1点和F点处于同一回路，且回路I的线路长度为2L，回路II的线路长度为L；
I1S(L2 -)＝I2S(L2 -)＝USmax/ZS＝USmax/(A*2L)＝ISmax/2；L3点、L2点和F点处于同一条回路，I3S(L2 -)＝I4S(L2 -)＝USmax/ZS＝USmax/(A*L)＝ISmax；这样就得到故障接地点趋近于L2 -时，四个监测点的一组特征值；
S12：当故障接地点F位于L2右侧，即F趋于L2 +时，O点、L1点、L2点和F点处于同一回路，且回路I的线路长度为2L，回路II的线路长度为L；
I1S(L2 +)＝I2S(L2 +)＝I3S(L2 +)＝USmax/ZS＝USmax/(A*2L)＝ISmax/2；L3点和F点处于同一条回路，I4S(L2 +)＝USmax/ZS＝USmax/(A*L)＝ISmax；这样就得到故障接地点趋近于L2 +时，四个监测点的一组特征值；
S13：当故障接地点F位于L3左侧，即F趋于L3 -时，情况与F点趋近于O点相似；O点、L1点、L2点和F点处于同一回路，且回路I的线路长度为3L，回路II的线路长度近似为0；此时I1S(L3-)＝I2S(L3-)＝I3S(L3 -)＝US/ZS＝0/(A*3L)＝0，I4S(L3 -)＝US/ZS＝0/(R0+R1)＝0；这样就得到故障接地点趋近于L3 -时，四个监测点的一组特征值；
S14：与故障接地点F位于段落m时的I1S变化规律相同，故障接地点F位于段落k时，在F趋近于L3时，I4S线性变化；而F点趋近于L2时，I4S近似为固定值；
S15：当故障接地点F位于线路中部M点时，O点、L1点和F点处于同一回路，L3点、L2点和F点处于同一回路，且回路I和回路II的线路长度均为3/2L；此时
这样就得到故障接地点位于线路中点M时，四个环流监测点的一组特征值；
S16：分别将I1S、I2S、I3S和I4S在O点、L1点、M点、L2点、L3点发生故障接地时的特征值连线，得到一组特征曲线，即为故障接地点F出现在线路不同位置时，4个监测点的接地环流特征曲线；
S17：在4个监测点的接地环流特征曲线上，选择一个横坐标，对应得到I1S、I2S、I3S、I4S的相应数值，根据4个接地环流的数值关系，可以判断是否有故障接地，并判断其段落位置；
S18：当I1S＝I2S＝I3S＝I4S≈0时，线路上无故障接地点；当I1S>>I2S＝I3S＝I4S，且I2S＝I3S＝I4S≈0时，可判断故障接地点位于段落m，且靠近O点一侧，当I2S＝I3S＝I4S>>0，且I2S＝I3S＝I4S≈1/2I1S时，可判断故障接地点位于段落m，且靠近L1点一侧，当I1S＝I2S≈2*I3S＝2*I4S时，可判断故障接地点位于段落n，且靠近L1点一侧，当I3S＝I4S≈2*I1S＝2*I2S时，可判断故障接地点位于段落n，且靠近L2点一侧，当I1S＝I2S＝I3S>>0，且I1S＝I2S＝I3S≈1/2*I4S时，可判断故障接地点位于段落k，且靠近L2点一侧，当I4S>>I1S＝I2S＝I3S，且I1S＝I2S＝I3S≈0时，可判断故障接地点位于段落k，且靠近L3点一侧；当I1S＝I2S＝I3S＝I4S>>0时，可判断故障接地点位于线路中间位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于接地环流拟合曲线的电缆绝缘故障定位方法，其特征在于，所述S4中电缆中间点M的感应电压为
3.根据权利要求1所述的一种基于接地环流拟合曲线的电缆绝缘故障定位方法，其特征在于，所述S6中故障点的感应电压是与距离有关的线性函数，即US＝B*l，此时US趋近于0，则接地环流I1S趋近于0，且
,
I1S随l的增加而线性增加；由此得到在l＝0时的I1S特征值和l趋近于0时的I1S趋势图。
4.根据权利要求1所述的一种基于接地环流拟合曲线的电缆绝缘故障定位方法，其特征在于，所述S6中当故障接地点F接近于O点时，US趋近于0，则I2S＝I3S＝I4S≈0，这样就得到l＝0时I2S、I3S和I4S的特征值。
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Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060029022A (ko) * | 2004-09-30 | 2006-04-04 | 이관우 | 지중송전케이블의 불완전 순환전류 측정방법 |
| KR20080112019A (ko) * | 2007-06-20 | 2008-12-24 | 한국수력원자력 주식회사 | 지중송전케이블의 접지구조 |
| CN103698653A (zh) * | 2013-12-30 | 2014-04-02 | 国家电网公司 | 基于环流测量的单芯电力电缆护套接地故障检测系统及方法 |
| CN103941161A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-07-23 | 国家电网公司 | 一种电缆护层电流及载流量在线监测系统 |
| CN103954894A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-07-30 | 国家电网公司 | 一种三相交叉互联电缆局放定位方法 |
| CN109116189A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-01-01 | 广东电网有限责任公司东莞供电局 | 一种基于双端电源系统与环流测量的单芯电力电缆故障定位结构以及故障定位方法 |
| CN110940886A (zh) * | 2018-09-25 | 2020-03-31 | 长沙理工大学 | 基于差值电流分析的110kV交叉互联电缆故障诊断方法 |
| CN112526286A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-19 | 四川电安智能科技有限公司 | 一种基于统计学的电缆接地环流故障检测方法 |
| CN112578237A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-30 | 国网北京市电力公司 | 电缆绝缘故障的检测方法、检测装置和处理器 |
| CN112881863A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-06-01 | 长沙理工大学 | 基于护层电流构建新型判据的高压电缆故障在线监测方法 |
| CN113466608A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-10-01 | 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司 | 一种配网线路接地故障智能查找分析系统及方法 |
| WO2022101521A1 (es) * | 2020-11-10 | 2022-05-19 | Aplicaciones Tecnologicas, S.A. | Sistema y procedimiento de detección de averías en circuitos de media tensión |
| CN115453256A (zh) * | 2022-07-12 | 2022-12-09 | 国网河南省电力公司郑州供电公司 | 电缆交叉互联接地系统的缺陷诊断及定位方法及装置 |
| CN115453266A (zh) * | 2022-09-16 | 2022-12-09 | 广东电网有限责任公司 | 一种电缆护套环流计算方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN117074853A (zh) * | 2023-08-09 | 2023-11-17 | 中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院 | 一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统及方法 |
| CN117347910A (zh) * | 2023-10-31 | 2024-01-05 | 华中科技大学 | 一种基于护层环流的电缆绝缘接地故障的检测方法及系统 |
-
2024
- 2024-01-25 CN CN202410104743.7A patent/CN117630613B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060029022A (ko) * | 2004-09-30 | 2006-04-04 | 이관우 | 지중송전케이블의 불완전 순환전류 측정방법 |
| KR20080112019A (ko) * | 2007-06-20 | 2008-12-24 | 한국수력원자력 주식회사 | 지중송전케이블의 접지구조 |
| CN103698653A (zh) * | 2013-12-30 | 2014-04-02 | 国家电网公司 | 基于环流测量的单芯电力电缆护套接地故障检测系统及方法 |
| CN103941161A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-07-23 | 国家电网公司 | 一种电缆护层电流及载流量在线监测系统 |
| CN103954894A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-07-30 | 国家电网公司 | 一种三相交叉互联电缆局放定位方法 |
| CN109116189A (zh) * | 2018-09-11 | 2019-01-01 | 广东电网有限责任公司东莞供电局 | 一种基于双端电源系统与环流测量的单芯电力电缆故障定位结构以及故障定位方法 |
| CN110940886A (zh) * | 2018-09-25 | 2020-03-31 | 长沙理工大学 | 基于差值电流分析的110kV交叉互联电缆故障诊断方法 |
| WO2022101521A1 (es) * | 2020-11-10 | 2022-05-19 | Aplicaciones Tecnologicas, S.A. | Sistema y procedimiento de detección de averías en circuitos de media tensión |
| CN112526286A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-19 | 四川电安智能科技有限公司 | 一种基于统计学的电缆接地环流故障检测方法 |
| CN112578237A (zh) * | 2020-11-30 | 2021-03-30 | 国网北京市电力公司 | 电缆绝缘故障的检测方法、检测装置和处理器 |
| CN112881863A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-06-01 | 长沙理工大学 | 基于护层电流构建新型判据的高压电缆故障在线监测方法 |
| CN113466608A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-10-01 | 国网浙江省电力有限公司湖州供电公司 | 一种配网线路接地故障智能查找分析系统及方法 |
| CN115453256A (zh) * | 2022-07-12 | 2022-12-09 | 国网河南省电力公司郑州供电公司 | 电缆交叉互联接地系统的缺陷诊断及定位方法及装置 |
| CN115453266A (zh) * | 2022-09-16 | 2022-12-09 | 广东电网有限责任公司 | 一种电缆护套环流计算方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN117074853A (zh) * | 2023-08-09 | 2023-11-17 | 中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院 | 一种单芯海底电缆护套和铠装接地缺陷辨识系统及方法 |
| CN117347910A (zh) * | 2023-10-31 | 2024-01-05 | 华中科技大学 | 一种基于护层环流的电缆绝缘接地故障的检测方法及系统 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| XLPE电力电缆接地环流监测方案;葛少伟 等;电子设计工程;20181231;第26卷(第20期);128-132 * |
| 基于多传感器的电缆绝缘监测;叶永市;林瑞全;龚林发;;电气技术;20200315(03);101-106 * |
| 葛少伟 ; 侯建峰 ; 苏菲 ; 牟泽刚 ; 李德泉 ; .XLPE电力电缆接地环流监测方案.电子设计工程.2018,(20),134-138. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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