CN117686836A - 电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法及装置，方法包括；根据获取的流经每段电缆金属护层首端和末端的接地电流，诊断当前段电缆中是否存在外护套破损缺陷；在诊断出当前电缆段存在外护套破损缺陷时，获取当前电缆段的线路三相负荷电流、电缆段两端三相接地电流以及感应电压；根据所述线路负荷电流、每段电缆两端三相接地电流以及感应电压，计算得到外护套破损缺陷点距离测试端的距离。本发明通过在线监测获取电缆负荷电流、接地电流以及护层感应电压数据，分析计算得到破损距离测试点的准确距离，便于运检人员直接根据测试距离找到破损点，进行带电修复，全程无需停电，大大提高了电缆线路的供电可靠性。

Description

电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法及装置

技术领域

本发明涉及电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法及装置。

背景技术

由于电力电缆自身的诸多优势，近年来在输电电网中获得了广泛的应用。输电陆缆多采用单芯电缆，单芯电缆线芯流过负荷电流时，会在金属护层上产生感应电压，感应电压与负荷电流大小以及电缆的长度成正比。为了控制感应电压，需要对电缆金属护层进行接地。目前经常采用的接地方式有三种：金属护层单端直接接地、金属护层中央部位单点直接接地以及交叉互联接地。前两种接地方式本质相同，都是在电缆段一端采用直接接地，而另一端采用保护接地，由于此时金属护层没有和大地构成回路，因此没有接地环流产生。而交叉互联接地本质是两端直接接地，通过三相互联换位实现回路感应电压的抵消。

电缆外护套是电缆的重要结构之一，对内部结构起到保护、密封的作用，同时保持金属护层与大地绝缘。但是在现场经常出现电缆外护套破损缺陷，原因如下：

1.电缆运输、敷设以及附件制作过程中造成外护套破损。

2.电缆运行过程中热胀冷缩，或在电动力作用下出现“蠕动”现象，如果没有将电缆固定好，或在转弯处离墙壁过近，接地扁铁等金属构架上的边缘和螺栓可能会硌伤电缆，造成外护套破损。

3.电缆运行过程中也可能被外力损伤导致外护层破损。

外护套破损可能会打乱电缆线路原本的接地方式，造成多点接地，导致接地电流异常，引起环流损耗增大、减小载流量、缩短电缆绝缘的使用寿命，严重者还会引发主绝缘故障。

根据QGDW11223-2014《高压电缆状态检测技术规范》的电缆金属护层接地电流检测的诊断依据，可以根据接地电流检测或监测数据判断电缆线路是否存在接地系统缺陷，但是无法进一步判断出缺陷的原因和位置。传统的方法是在停电后通过分段进行外护套直流耐压试验判断是否存在外护套破损缺陷，通过开箱检查判断是否存在接地箱进水或交叉互互联换位失败缺陷，通过同轴接地电缆内外芯导通试验判断是否存在“羊角”(同轴接地电缆与绝缘接头的两个接地柱的连接部位)接反缺陷。

判断完缺陷类型之后，如果确定是外护套破损缺陷，需要在停电后使用电桥法进行粗测，得到破损点距离测试端的大概距离，然后通过跨步电压法进行精确定点。这种方法必须在停电后进行，而且试验的准备和配合工作非常耗时耗力，需要较长的停电时间，降低了供电的可靠性。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法及装置，通过在线监测获取电缆负荷电流、接地电流以及护层感应电压数据，分析计算得到破损点距离测试点的准确距离，便于运检人员直接根据测试距离找到破损点，进行带电修复，全程无需停电，大大提高了电缆线路的供电可靠性。

根据本发明说明书的一方面，提供一种电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法，包括；

根据获取的流经每段电缆金属护层首端和末端的接地电流，诊断当前电缆段中是否存在外护套破损缺陷；

在诊断出当前电缆段存在外护套破损缺陷时，获取当前电缆段的线路负荷电流、电缆段两端三相接地电流以及感应电压；

根据所述线路负荷电流、每段电缆两端三相接地电流以及感应电压，计算得到外护套破损点距离测试端的距离。

上述技术方案通过在线监测获取电缆负荷电流、接地电流以及护层感应电压数据，然后通过对数据分析计算，得出破损点距离测试点的准确距离，可实现带电状态下对外护套破损点的精准定位，无需停电，省时省力，提高供电可靠性，实现了停电诊断、定位向带电诊断、定位的转变，且用户操作简单，技术门槛低，方便运检人员使用，也可应用于在线监测、诊断和报警。

作为进一步的技术方案，所述方法应用于直接-保护接地场景且诊断出外护套破损缺陷后，还包括：获取直接接地箱处测得的第一线路三相负荷电流、接地电流以及感应电压，以及保护接地箱处测得的第二三相负荷电流及感应电压；根据获取的线路负荷电流、接地电流及感应电压，结合电工学原理计算得到外护套破损点距离测试端的距离。

作为进一步的技术方案，在计算外护套破损点位置距离测试端的距离之前，还包括：将第二感应电压根据负荷电流转换到首端同负荷电流下的数据。

作为进一步的技术方案，所述方法应用于交叉互联接地场景时，还包括：获取存在外护套破损的电缆段首末端三相负荷电流、感应电压及接地电流；根据获得电压及电流，结合电工学原理计算得到外护套破损点位置距离测试端的距离。

作为进一步的技术方案，在计算外护套破损点位置距离测试端的距离之前，还包括：将电缆段末段测得的感应电压及接地电流根据负荷电流转换到首端同负荷电流下的数据。

作为进一步的技术方案，所述交叉互联接地包括两种情况，一种是单元中第一或第三电缆段出现外护套破损，另一种是单元中第二段出现外护套破损。

根据本发明说明书的一方面，提供一种电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位装置，包括：

数据采集模块，用于采集线路负荷电流、电缆段两端三相接地电流以及感应电压，并上传采集数据；

同步对时模块，用于对同一个接地箱处采集的负荷电流、三相接地电流和感应电压进行同步对时；

数据处理模块，用于根据获取的流经每段电缆金属护层首端和末端的接地电流，诊断当前段电缆中是否存在外护套破损缺陷；在诊断出当前电缆段存在外护套破损缺陷时，获取当前电缆段的线路负荷电流、电缆段两端三相接地电流以及感应电压；根据所述线路负荷电流、每段电缆两端三相接地电流以及感应电压，计算得到外护套破损缺陷距离测试端的距离。

上述技术方案通过数据采集模块可以采集电缆线路负荷电流、每段电缆两端接地电流以及感应电压，通过同步对时模块来保证同一个接地箱处采集的负荷电流、接地电流和感应电压是同一时刻的数据，通过数据处理模块进行理论计算和逻辑判断，最终判断出破损点位置。

作为进一步的技术方案，所述数据采集模块还包括：多个传感器，用于采集线路负荷电流、电缆段两端金属护层接地电流以及感应电压；多通道采集卡，用于分别接收处理传感器采集的数据；数据传输模块，用于对采集卡处理后的数据进行数据转换及传输。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过在线监测获取电缆负荷电流、接地电流以及护层感应电压数据，然后通过对数据分析计算，得出破损点距离测试点的准确距离，可实现带电状态下对外护套破损点的精准定位，无需停电，省时省力，提高供电可靠性，实现了停电诊断、定位向带电诊断、定位的转变，且用户操作简单，技术门槛低，方便运检人员使用，也可应用于在线监测、诊断和报警。

本发明通过技术手段，在带电状态下完成对外护套破损点的精准定位，无需停电，省时省力，提高供电可靠性，实现了停电诊断、定位向带电诊断、定位的转变，且用户操作简单，技术门槛低，方便运检人员使用，也可应用于在线监测、诊断和报警。

本发明无需拆除电缆线路原本的接地电缆，无需额外加压、注流，无需测量破损点接地电阻。

附图说明

图1为根据本发明实施例的电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法的流程示意图。

图2为根据本发明实施例的金属护套单端直接接地示意图。

图3为根据本发明实施例的金属护套中间部位单点直接接地示意图。

图4为根据本发明实施例的C相电缆外护套破损内部金属护套接地时电缆段的等效电路图。

图5为根据本发明实施例的仅包含两个交叉互联的单元的电缆线路示意图。

图6为根据本发明实施例的C相第一段电缆外护套破损内部金属护套接地时等效电路图。

图7为根据本发明实施例的C相第二段电缆外护套破损内部金属护套接地时的等效电路图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

本实施例提供一种电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法，其能在带电状态下完成对外护套破损点的诊断及精准定位，无需停电，省时省力，提高了供电可靠性，实现了停电诊断、定位向带电诊断、定位的转变。

如图1所示，所述方法包括；

步骤1，根据获取的流经每段电缆金属护层首端和末端的接地电流，诊断当前电缆段中是否存在外护套破损缺陷。

通过比较一个电缆段中，流经每段电缆金属护层首端和末端的接地电流，可以判断该段电缆中是否存在外护套破损缺陷，同时也能判断出现缺陷的相别。

步骤2，在诊断出当前电缆段存在外护套破损缺陷时，获取当前电缆段的线路负荷电流、电缆段两端接地电流以及感应电压。

步骤3，根据所述线路负荷电流、每段电缆两端接地电流以及感应电压，计算得到外护套破损缺陷点距离测试端的距离。

作为一种实施方式，对于直接-保护接地，无论是金属护套单端直接接地(如图2所示)，还是金属护套中央部位单点直接接地(如图3所示)，其本质都是直接-保护接地。即在电缆段一端用直接接地箱直接接地，在另一端通过保护接地箱保护接地。保护接地箱是在直接接地箱的基础上，在每相电缆金属护层与大地之间增加了一个保护器。保护器相当于小型的避雷器，在正常情况下，保护器呈现高阻状态，保护接地端相当于悬空，因此金属护层与大地没有构成回路，但当电缆外护套破损，破损点金属护层接地后，在接地点与原本的直接接地端之间就会构成回路，形成接地环流。

采用直接-保护接地的电缆段，假设C相电缆出现外护套破损后导致内部金属护套接地，电缆段等效电路图如图4所示。

图4中，1为直接接地端，2为保护接地端，k为C相外护套破损点，Z_k为破损点的接地阻抗。E_SA、E_SB、E_SC分别为三相电缆负荷电流引起的感应电压(V)，其中E_SC＝E_SC1k+E_SCk2，E_SC1k为三相电缆线芯电流在C相电缆金属护层点1到点k之间产生的感应电压，E_SCk2为三相电缆线芯电流在C相电缆金属护层点k到点2之间产生的感应电压；E_TA、E_TB分别为C相接地电流以及大地回流电流在A、B相金属护层上产生的感应电压(V)；E_TC1k为大地回流电流在C相电缆金属护层上产生的感应电压，由于只有在C相点1与点k之间存在接地电流和大地回流，因此，在C相点k到点2之间不存在因大地回流产生的感应电压。Z_A、Z_B分别为A、B相电缆金属护层自阻抗(Ω)，Z_C1k为点1到点k之间C相电缆金属护层，Z_Ck2为点k到点2之间C相电缆金属护层；R_e1k为点1到点k之间大地泄漏电阻(Ω)，R_ek2为点k到点2之间大地泄漏电阻(Ω)，R₁为金属护套直接接地处的接地电阻(Ω)。

需要测量的数据如下：在直接接地箱处测得C相接地电缆线芯电压U₁和接地电流I₁以及三相负荷电流I_A、I_B、I_C，在保护接地箱测得电压测得C相保护器高压端电压U₂′以及负荷电流I_A′、I_B′、I_C′，由于负荷电流随时变化，所以要对U₂′进行折算，要折算到与I₁和U₁同一负荷电流下，记作U₂。

根据电工学原理，可得式(1)-(4)。

I₁(Z_C1k+R₁+R_e1k+Z_k)-E_SC1k+ETC1k＝0 (1)

U₁＝-I₁R₁ (2)

U₂＝E_SCk2+U_k (3)

U_k＝I₁Z_k (4)

其中，U_k为k点电压。

由式(1)-(4)可得式(5)。

将E_SC＝E_SC1k+E_SCk2代入式(5)，整理得式(6)。

由于Z_C1k、R_e1k和E_TC1均与金属护套长度成正比，设L_k为破损点距节点1的距离(m)，可得式(7)-(9)，其中z_c为单位长度电缆金属护层自阻抗，R_g为单位长度大地电阻，e_TC1为单位长度大地回流电流在C相电缆金属护层上产生的感应电压。

Z_C1k＝z_cL_k (7)

R_e1k＝R_gL_k (8)

E_TC1k＝e_TC1kL_k (9)

e_TC1k可按照式(10)计算，其中X_e为大地泄漏电流对金属护套的单位长度互感抗(Ω/m)。

e_TC1k＝-X^eI₁ (10)

推导得式(11)。

1)z_c按照式(12)计算，单位Ω/m。

式中，a为金属护套的电阻系数(Ω·m)，由于在工频下，自感影响不大，因此不考虑自感。r₁和r₂分别为金属护套的内、外半径(mm)。

2)R_g按照式(13)计算，单位Ω/m：

R_g＝π²f×10^-7 (13)

其中f为电流传输频率(Hz)

3)X_e按照式(14)计算：

其中j为复数计算因子，ω为角速度，ω＝2πf。r_s为金属护套几何平均半径，r_s＝r₂×e^-0.25，mm。D_e为大地泄漏电流的深度,按照式(15)计算，单位m。

其中ρ为土壤电阻率。

4)三相电缆线芯电流在C相金属护层引起的感应电压E_SC按式(16)计算：

E_SC＝X_CASI_AL_s+X_CBSI_BL_s+X_CCSI_CL_s (16)

I_A、I_B、I_C分别为三相负荷电流(A)，L_s为电缆段总长(m)，X_CAS、X_CBS、X_CCS分别为A、B和C相电缆线芯与C相金属护套之间的单位长度互感抗(Ω/m)，以上参数按照式(17)-(19)计算。

S_BC和S_CA分别为C相电缆线芯B、A相电缆线芯之间的间距，mm。

作为另一种实施方式，对于交叉互联单元，交叉互联接地方式是将电缆线路划分成适当个交叉互联单元，在每个单元的内部又划分成尽量等长的三段，对这三段电缆的金属护层进行互联换位，以实现接地回路感应电压的抵消。以仅包含一个交叉互联单元的电缆线路为例，画出接地系统的示意图，如图5所示。

一个交叉互联单元包含三个电缆段，A相的三段电缆金属护层依次标记为A1、A2和A3，同理，B相的三段电缆金属护层依次标记为B1、B2和B3，C相的三段电缆金属护层依次标记为C1、C2和C3。三段电缆之间通过两组绝缘接头相连，将第一组绝缘接头按相别分别标记为J_1A、J_1B和J_1C，同理，第二组绝缘接头分别标记为J_2A、J_2B和J_2C。单元在两端分别通过1#和4#直接接地箱直接接地，中间两组绝缘接头分别通过2#、3#交叉互联箱进行互联换位。绝缘接头与交叉互联箱之间通过同轴接地电缆相连接，为了更好地展现两者的连接方式，在图中分别画出了同轴接地电缆地内芯和外芯。可以看出，整个交叉互联单元接地系统可以分为三个回路：第一回路A1-B2-C3，第二回路B1-C2-A3，第三回路C1-A2-B3。在理想情况下，可以认为A1-C3这九段电缆金属护层上的感应电压大小相等，三相相位互差120°，因此每个回路的总感应电压为0。而在现场非理想情况下，总感应电压也能在三相互相抵消之下得到很好的控制。

可选地，第1或第3电缆段外护套破损情况下，以第一段外护套破损为例。

假设第一段电缆C相外护层破损，等效电路图如图6所示。

图6中，m为1#直接接地处，n为2#交叉互联处，k为C相外护套破损点。Z_k为破损点的接地阻抗。E_SAi、E_SBi、E_SCi(i＝1,2,3)为每段线芯电流引起的感应电压(V),其中E_SC1＝E_SCmk+E_SCkn，E_SCmk为三相电缆线芯电流在C相电缆金属护层点m到点k之间产生的感应电压,E_SCkn为三相电缆线芯电流在C相电缆金属护层点k到点n之间产生的感应电压；E_TAi、E_TBi、E_TCi(i＝1,2,3)为每段金属护层除自身以外其他相邻两相金属护层中电流、大地回流电流在该护层上产生的感应电压(V)，其中，E_TC1＝E_TCmk+E_TCkn，E_TCmk为A、B相电缆金属护层电流和大地回流电流在C相电缆金属护层点m到点k之间产生的感应电压,E_SCkn为A、B相电缆金属护层电流和大地回流电流在C相电缆金属护层点k到点n之间产生的感应电压；Z_Ai、Z_Bi、Z_Ci(i＝1,2,3)为各段电缆金属护层自阻抗(Ω)，其中Z_C1＝Z_Cmk+Z_Ckn，Z_Cmk为点m到点k之间C相电缆金属护层自阻抗，Z_Ckn为点k到点n之间C相电缆金属护层自阻抗；R_emk为点m到点k之间大地泄漏电阻(Ω)，R_ekn为点k到点n之间大地泄漏电阻(Ω)，R_el为点n到单元末端直接接地处之间的大地泄漏电阻(Ω)。R₁、R₂为金属护套两端直接接地处的接地电阻(Ω)；I_SA、I_SB分别A1-B2-C3和B1-C2-A3回路的感应环流(A)，I_SCmk为流经C相电缆m与k之间的金属护层的电流，I_SCkn为流经C相电缆k与n之间的金属护层的电流，实际也是流经金属护层A2-B3的电流。

需要测量的数据如下：在首端直接接地箱处测得C相电压接地电缆线芯电压U_m和三相接地电流I_SA、I_SB和I_SCmk以及三相负荷电流I_A、I_B、I_C，在第一个交叉互互联箱处测得C相保护器高压端电压U_n′、流经绝缘接头J_1C与C1段电缆金属护层相连接的接地柱的电流I_SCkn′以及负荷电流I_A′、I_B′、I_C′，由于负荷电流随时变化，所以要对U_n′、I_SCkn′进行折算，要折算到与U_m、I_SA、I_SB和I_SCmk同负荷电流下，记作U_n和I_SCkn。

特别的，当绝缘接头上安装有防爆壳，导致无法采集接地柱，可以在2#交叉互联箱内采集流经C1-A2铜排的电流I_SCkn′。

根据电工学原理，可得式(20)。

-U_m+Z_CmkI_SCmk-E_SCmk+E_TCmk+Z_CknI_SCkn-E_SCkn+E_TCkn+U_n+(I_SA+I_SB+I_SCkn)R_ekn+(I_SA+I_SB+I_SCmk)R_emk＝0 (20)

将E_SC1＝E_SCmk+E_SCkn代入式(20)，整理得式(21)。

U_n-U_m-E_SC1+E_TCmk+E_TCkn+Z_CmkI_SCmk+Z_CknI_SCkn+(I_SA+I_SB+I_SCkn)R_ekn+(I_SA+I_SB+I_SCmk)R_emk＝0(21)

由于Z_Cmk、Z_Ckn、R_emk、R_ekn、E_TCmk、E_TCkn均与金属护套长度成正比，设L_k为破损点k距节点m的距离(m)，L_s1为C相第一段电缆段总长(m)，可得式(22)-(27)。

E_TCmk＝e_TCmkL_k (22)

E_TCkn＝e_TCmkn(L_S1-L_k) (23)

Z_Cmk＝z_cL_k (24)

Z_Ckn＝z_c(L_S1-L_k) (25)

R_emk＝R_gL_k (26)

R_ekn＝R_g(L_S1-L_k) (27)

将式(22)-(27)代入式(21)，推导得式(28)。

其中：

1)z_c为单位长度电缆金属护层自阻抗，按照式(29)计算，单位Ω/m：。

式中，a为金属护套的电阻系数(Ω·m)，由于在工频下，自感影响不大，因此不考虑自感。r₁和r₂分别为金属护套的内、外半径(mm)。

2)R_g为单位长度大地电阻，按照式(30)计算，单位Ω/m：

R_g＝π²f×10^-7 (30)

式中f为电流传输频率(Hz)。

3)e_TCmk为单位长度A、B相电缆金属护层电流和大地回流电流在C相电缆金属护层点m到点k之间产生的感应电压，e_TCkn为单位长度A、B相电缆金属护层电流和大地回流电流在C相电缆金属护层点k到点n之间产生的感应电压，e_TCmk和e_TCkn按照式(31)-(32)计算。

e_TCmk＝X_CAT1I_SA+X_CBT1I_SB-X_e(I_SA+I_SB+I_SCmk) (31)

e_TCkn＝X_CAT1I_SA+X_CBT1I_SB-X_e(I_SA+I_SB+I_SCkn) (32)

X_CAT1和X_CBT1分别为第一段A、B相电缆金属护套与C相金属护套之间的单位长度互感抗(Ω/m)，X_e为大地泄漏电流对金属护套的单位长度互感抗(Ω/m)，X_CAT1、X_CBT1和X_e分别按照式(33)-(35)计算。

式(33)-(35)中，j为复数计算因子，ω为角速度，ω＝2πf。r_s为金属护套几何平均半径，r_s＝r₂×e^-0.25，mm。S_BC1和S_CA1分别为第一段C相电缆线芯与B、A相电缆线芯之间的间距，mm。D_e为大地泄漏电流的深度,按照式(36)计算，单位m。

式(36)中，ρ为土壤电阻率。

4)三相电缆线芯电流在第一段C相电缆金属护层引起的感应电压E_SC1按式(37)计算。

E_SC1＝X_CAS1I_AL_s1+X_CBS1I_BL_s1+X_CCS1I_CL_s1 (37)

X_CAS1、X_CBS1、X_CCS1分别为A、B和C相电缆线芯与C相金属护套之间的单位长度互感抗(Ω/m)，以上参数按照式(38)-(40)计算。

第三段外护套破损同理。

可选地，第2电缆段外护套破损下，假设C相第二段电缆外护层破损，等效电路图如图7所示。

图7中，m为2#交叉互联箱处，n为3#交叉互联箱处，k为C相外护套破损点。Z_k为破损点的接地阻抗。E_SAi、E_SBi、E_SCi(i＝1,2,3)为每段电缆负荷电流引起的感应电压(V),其中E_SC2＝E_SCmk+E_SCkn，E_SCmk为三相电缆负荷电流在C相电缆金属护层点m到点k之间产生的感应电压,E_SCkn为三相电缆负荷电流在C相电缆金属护层点k到点n之间产生的感应电压；E_TAi、E_TBi、E_TCi(i＝1,2,3)为每段金属护层除自身以外其他相邻两相金属护层中电流和大地回流电流在该护层上产生的感应电压(V)，其中，E_TC2＝E_TCmk+E_TCkn，E_TCmk为A、B相电缆金属护层电流和大地回流电流在C相电缆金属护层点m到点k之间产生的感应电压,E_SCkn为A、B相电缆金属护层电流和大地回流电流在C相电缆金属护层点k到点n之间产生的感应电压；Z_Ai、Z_Bi、Z_Ci(i＝1,2,3)为各交叉互联段金属护层自阻抗(Ω)，其中Z_C2＝Z_Cmk+Z_Ckn，Z_Cmk为点m到点k之间C相电缆金属护层，Z_Ckn为点k到点n之间C相电缆金属护层；R_e1为单元首端直接接地处到m点之间的大地泄漏电阻(Ω)，R_emk为点m到点k之间大地泄漏电阻(Ω)，R_ekn为点k到点n之间大地泄漏电阻(Ω)，R_e3为点n到单元末端直接接地处之间的大地泄漏电阻(Ω)。R₁、R₂为金属护套两端直接接地处的接地电阻(Ω)；I_SA、I_SB分别C1-A2-B3和A1-B2-C3回路的感应环流(A)，I_SCmk为流经C相电缆m与k之间的金属护层的电流，I_SCkn为流经C相电缆k与n之间的金属护层的电流，实际也是流经金属护层A3的电流。

需要测量的数据如下：在2#交叉互联箱处测得C相保护器高压端电压U_m，分别测量流经绝缘接头J_1A与A2段电缆金属护层、J_1B与B2段电缆金属护层、J_1C与C2段电缆金属护层相连接的接地柱的电流I_SA、I_SB和I_SCmk，以及三相负荷电流I_A、I_B、I_C。在3#交叉互互联箱处测得C相保护器高压端电压U_n′，测量流经绝缘接头J_2C与C2段电缆金属护层相连接的接地柱的电流I_SCkn′以及负荷电流I_A′、I_B′、I_C′，由于负荷电流随时变化，所以要对U_n′、I_SCkn′进行折算，要折算到与U_m、I_SA、I_SB和I_SCmk同负荷电流下，记作U_n和I_SCkn。

特别的，当绝缘接头上安装有防爆壳，导致无法采集接地柱，可以在2#交叉互联箱内采集流经C1-A2、A1-B2、B1-C2三根铜排的电流I_SA、I_SB和I_SCmk，在3#交叉互联箱内采集流经C2-A3铜排的电流I_SCkn′。

根据电工学原理，可得式(41)。

-U_m+Z_CmkI_SCmk-E_SCmk+E_TCmk+Z_CknI_SCkn-E_SCkn+E_TCkn+U_n+(I_SA+I_SB+I_SCkn)R_ekn+(I_SA+I_SB+I_SCmk)R_emk＝0 (41)

将E_SC2＝E_SCmk+E_SCkn代入，整理得式(42)。

U_n-U_m-E_SC2+E_TCmk+E_TCkn+Z_CmkI_SCmk+Z_CknI_SCkn+(I_SA+I_SB+I_SCkn)R_ekn+(I_SA+I_SB+I_SCmk)R_emk＝0(42)

由于Z_Cmk、Z_Ckn、R_emk、R_ekn、E_TCmk、E_TCkn均与金属护套长度成正比，设L_k为破损点k距节点m的距离(m)，L_s2为C相第二段电缆段总长(m)，可得式(43)-(48)。

E_TCmk＝e_TCmkL_k (43)

E_TCkn＝e_TCmkn(L_S2-L_k) (44)

Z_Cmk＝z_cL_k (45)

Z_Ckn＝z_c(L_S2-L_k) (46)

R_emk＝R_gL_k (47)

R_ekn＝R_g(L_S2-L_k) (48)

将式(43)-(48)代入式(42)，可得：

U_n-U_m-E_SC2+e_TCmkL_k+e_TCkn(L_S2-L_k)+z_CL_kI_SCmk+z_C(L_S2-L_k)I_SCkn+(I_SA+I_SB+I_SCkn)R_g(L_S2-L_k)+(I_SA+I_SB+I_SCmk)R_gL_k＝0 (49)

推导可得式(50)。

其中：

1)z_c为单位长度电缆金属护层自阻抗，按照式(51)计算，单位Ω/m：。

式(51)中，a为金属护套的电阻系数(Ω·m)，由于在工频下，自感影响不大，因此不考虑自感。r₁和r₂分别为金属护套的内、外半径(mm)。

2)R_g为单位长度大地电阻，按照式(52)计算，单位Ω/m：

R_g＝π²f×10^-7 (52)

式中f为电流传输频率(Hz)

3)e_TCmk为单位长度A、B相电缆金属护层电流和大地回流电流在C相电缆金属护层点m到点k之间产生的感应电压，e_TCkn为单位长度A、B相电缆金属护层电流和大地回流电流在C相电缆金属护层点k到点n之间产生的感应电压。e_TCmk和e_TCkn按照式(53)-(54)计算。

e_TCmk＝X_CAT2I_SA+X_CBT2I_SB-X_e(I_SA+I_SB+I_SCmk) (53)

e_TCkn＝X_CAT2I_SA+X_CBT2I_SB-X_e(I_SA+I_SB+I_SCkn) (54)

X_CAT2和X_CBT2分别为第二段A、B相电缆金属护套与C相金属护套之间的单位长度互感抗(Ω/m)，X_e为大地泄漏电流对金属护套的单位长度互感抗(Ω/m)，X_CAT2、X_CBT2和X_e按照按照式(55)-(57)计算。

式(55)-(57)中，j为复数计算因子，ω为角速度，ω＝2πf。r_s为金属护套几何平均半径，r_s＝r₂×e^-0.25，mm。S_BC1和S_CA1分别为第二段C相电缆线芯与B、A相电缆线芯之间的间距，mm。D_e为大地泄漏电流的深度，按照式(58)计算，单位m。

式(58)中，ρ为土壤电阻率。

4)三相电缆线芯电流在第二段C相电缆金属护层引起的感应电压E_SC2按式(59)计算。

E_SC2＝X_CAS2I_AL_s2+X_CBS2I_BL_s2+X_CCS2I_CL_s2 (59)

X_CAS2、X_CBS2、X_CCS2分别为A、B和C相电缆线芯与C相金属护套之间的单位长度互感抗(Ω/m)，以上参数按照式(60)-(62)计算。

实施例2

基于与实施例1相同的发明构思，提供一种电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位装置，包括：

数据采集模块，用于采集线路负荷电流、电缆段金属护层两端接地电流以及感应电压，并上传采集数据；

同步对时模块，用于对同一个接地箱处采集的负荷电流、接地电流和感应电压进行同步对时；

数据处理模块，用于根据获取的流经每段电缆金属护层首端和末端的接地电流，诊断当前段电缆中是否存在外护套破损缺陷；在诊断出当前电缆段存在外护套破损缺陷时，获取当前电缆段的线路负荷电流、电缆段金属护层两端接地电流以及感应电压；根据所述线路负荷电流、电缆段金属护层两端接地电流以及感应电压，计算得到外护套破损点距离测试端的距离。

其中数据处理模块的实施方式可参照实施例1来实现，在此不做赘述，需要特别指出的是，

所述数据采集模块主要由采集主机、数据采集传感器、服务器和通信模块构成。

采集主机由箱体、主控模块、电源模块、信号处理模块、通信模块和底板组成。

主控模块为9通道采集卡，其中3个通道接收处理接地电流数据，3个通道接收处理感应电压数据，3个通道接收处理电缆负荷数据，并通过通讯模块传输至后台服务器。

在每回被监测线路的接地箱(包含直接接地箱、保护接地箱和交叉互联箱)处安装三个接地电流采集传感器和三个感应电压传感器，在三相电缆本体上分别安装一个负荷采集传感器，每台采集主机可同时监测三相电缆接地电流、三相电缆负荷电流和三相感应电压。

采集主机的信号处理模块用于对接收到的信号进行模拟数字转换处理，得到数字化的信号并通过通信模块传输。

综上实施例，本发明通过在线监测获取电缆负荷电流、接地电流以及护层感应电压数据，然后通过对数据分析计算，得出破损距离测试点的准确距离，运检人员可以直接根据测试距离找到破损点，进行带电修复，全程无需停电，大大提高了电缆线路的供电可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (8)

1.电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法，其特征在于，包括；

根据获取的流经每段电缆金属护层首端和末端的接地电流，诊断当前电缆段中是否存在外护套破损缺陷；

在诊断出当前电缆段存在外护套破损缺陷时，获取当前电缆段的线路三相负荷电流、电缆段两端三相接地电流以及感应电压；

根据所述线路负荷电流、每段电缆两端三相接地电流以及感应电压，计算得到外护套破损点距离测试端的距离。

2.根据权利要求1所述电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法，其特征在于，所述方法应用于直接-保护接地场景且诊断出外护套破损缺陷后，还包括：获取直接接地箱处测得的第一线路三相负荷电流、接地电流以及感应电压，以及保护接地箱处测得的第二三相负荷电流及感应电压；根据获取的线路负荷电流、接地电流及感应电压，结合电工学原理计算得到外护套破损点距离测试端的距离。

3.根据权利要求2所述电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法，其特征在于，在计算外护套破损点位置距离测试端的距离之前，还包括：将第二感应电压根据负荷电流转换到首端同负荷电流下的数据。

4.根据权利要求1所述电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法，其特征在于，所述方法应用于交叉互联接地场景时，还包括：获取电缆段、末首端三相负荷电流、感应电压及接地电流；根据获得电压及电流，结合电工学原理计算得到外护套破损点位置距离测试端的距离。

5.根据权利要求4所述电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法，其特征在于，在计算外护套破损点位置距离测试端的距离之前，还包括：将电缆段末段测得的感应电压及接地电流根据负荷电流转换到首端同负荷电流下的数据。

6.根据权利要求4所述电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位方法，其特征在于，所述交叉互联接地包括两种情况，一种是单元中第一或第三电缆段出现外护套破损，另一种是单元中第二段出现外护套破损。

7.电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集线路负荷电流、电缆段两端三相接地电流以及感应电压，并上传采集数据；

同步对时模块，用于对同一个接地箱处采集的负荷电流、三相接地电流和感应电压进行同步对时；

数据处理模块，用于根据获取的流经每段电缆金属护层首端和末端的接地电流，诊断当前段电缆中是否存在外护套破损缺陷；在诊断出当前电缆段存在外护套破损缺陷时，获取当前电缆段的线路负荷电流、电缆段两端三相接地电流以及感应电压；根据所述线路负荷电流、每段电缆两端三相接地电流以及感应电压，计算得到外护套破损缺陷距离测试端的距离。

8.根据权利要求7所述电缆外护层破损缺陷在线诊断和定位装置，其特征在于，所述数据采集模块还包括：多个传感器，用于采集线路负荷电流、电缆段两端三相接地电流以及感应电压；多通道采集卡，用于分别接收处理传感器采集的数据；数据传输模块，用于对采集卡处理后的数据进行数据转换及传输。