一种电缆护层电流及载流量在线监测和故障诊断定位方法

摘要

本发明涉及一种电缆护层电流及载流量在线监测和故障诊断定位方法，属于电力电缆在线监测和故障诊断及定位技术领域。技术方案是：护层电流和载流量传感器同步采集电流数据并通过通讯网络上传至数据管理平台；数据管理平台定时收集、自动处理和临时或永久存储状态监测数据，并在监控中心屏幕上实时显示所有状态数据，同时提供各种数据报表功能；故障诊断系统提取数据库管理平台中的实时护层电流数据并与预期值比较；一旦发现电缆中的故障，通过报警单元为电缆运行维护人员提供预警信息。本发明能实时监测电力电缆运行情况，出现异常的监测信息时自动进行故障诊断定位并预警提示，可以准确诊断并定位选中的电缆故障类型，节省了人力财力。

权利要求

1.一种电缆护层电流及载流量在线监测和故障诊断定位方法，其特征在于，包含如下步骤：

①通过数据采集模块、通讯网络、数据管理平台和故障诊断模块来实现电缆护层电流及载流量在线监测和故障诊断定位；

②数据采集模块由多个护层电流传感器以及一个载流量传感器构成；在电缆带电运行情况下的交叉互联接地箱进线口处套装钳形电流传感器来采集护层电流信号并通过套装在电缆本体上的钳形电流传感器，采集电缆载流量数据；通过数据采集卡同步采集电流信号；上传采集到的护层电流信号以及载流量数据至数据管理平台进行理论计算并将电缆信息储存在数据库中；

③数据采集模块中的护层电流和载流量传感器采样高压电缆的护层电流信号和载流量数据，然后通过通讯网络上传给位于监控中心的数据管理平台；数据管理平台定时收集、自动处理和临时或永久存储状态监测数据，并在监控中心屏幕上实时显示所有状态数据，同时提供各种数据报表功能；数据管理平台的数据库用来存放各种临时或永久存储的状态监测数据；临时储存的数据由实时监测数据组成；永久存储的数据包括对象电缆的各项参数值：分段长度，相间距离，电缆设计参数，以及根据这些参数值计算出的非故障情况下的各个测量点处的护层电流在不同负载条件下的预期值以及两个接头处护层电流测量值的比值关系；

④故障诊断模块通过将实时监测的数据与电缆状态数据库中存储的预期数值做比较，评估电缆的健康状况；当电缆实时数据与非故障状态预期值的偏差大于设定值时，根据数据库中的状态信息，对电缆中的典型故障进行诊断并定位。

2.根据权利要求1所述的一种电缆护层电流及载流量在线监测和故障诊断定位方法，其特征在于设有报警单元，包括大屏幕显示界面和跳出报警窗口的预警方式；当出现预警信息时，监测主机可及时有效地通知高压电缆运行维护人员，实现了高压电缆状态综合在线监测、预警的目的，便于高压电缆运行维护人员随时掌握电缆及其运行环境的状态，及时发现缺陷，避免发生电力事故。

说明书

一种电缆护层电流及载流量在线监测和故障诊断定位方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电缆护层电流及载流量在线监测和故障诊断定位方法，尤其涉及一种通过交叉互联电缆护层电流实时测量值和预期值的比值关系来诊断并定位电缆故障的方法，属于电力电缆在线监测和故障诊断及定位技术领域。

背景技术

[0002] 随着城市的发展，110kV及以上单芯高压电力电缆应用的数量急剧增加，电缆负荷日益增大，大量单芯电缆的运行所带来的电缆金属护套接地电流问题越来越受到人们的关注。通常情况下，110kV及以上高压单芯电缆的金属护层一般采用交叉互联双端接地或单端直接接地的运行方式。根据GB-50217《电力工程电缆设计规范》规定：交流单芯电力电缆的金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势最大值应满足下列规定：未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，不得大于50V；除上述情况外，不得大于300V。高压电缆由于其结构采用单芯结构，根据电磁学原理这将必然引起金属护套上出现感应电压。为了降低电缆护套上的感应电压，使之不会过大，工程中要将电缆金属护层分段接地，以限制感应电压的大小。正常情况下，护层中的感应电压较低，符合设计标准。然而，当中间接头的交叉互联接地点或电缆本体金属护层出现故障时，会导致外护层击穿或护层保护器烧毁，更严重地会导致电缆主绝缘击穿，在这种情况下金属护层有可能出现多点接地，形成很高的护层电流，这样既降低了电缆的载流量，又浪费电能形成损耗，并加速了电缆绝缘老化，因此需要定期对上述电缆金属护层的接地电流进行检测，以防止电缆故障造成非计划性的停电。

[0003] 背景技术的检测手段主要包括：(1)定期或不定期的人工巡视，以便发现高压电缆及其附属设施的异常和隐患并进行及时处理；(2)定期对高压电缆终端、中间接头等重要电缆附件进行人工红外热成像测试；(3)定期人工测量高压电缆金属护层电流；(4)每年对重要的高压电缆线路进行一次预防性试验，主要项目包括测试主绝缘电阻、护层绝缘电阻和主绝缘做交流耐压试验。实际工作中，由于高压电缆线路的铺设总长度逐渐增加，全部严格按规程进行人工日常运行维护和检修工作由于其高昂的人工成本而难以实现。尤其是高压电缆接头或终端通常安装在专用电力工井内或高压电缆杆塔上，人工测量这些电缆的金属护层电流或表面温度等状态参数需要花费大量的人力、物力、财力；同时由于定期检测或巡视线路，两次巡检的间隔时间段内通常无法获知高压电缆的实时运行状态，以致高压电缆故障发生前运行维护人员无法及时获得必要的预警信息，造成了一些不必要的经济损失。因此，开发一套可用于电缆故障诊断定位的护层电流在线监测技术是十分必要的。

发明内容

[0004] 本发明目的是提供一种电缆护层电流及载流量在线监测和故障诊断定位方法，通过护层电流在线监测实现电缆中故障的诊断及定位，解决背景技术中存在的问题。

[0005] 本发明的技术方案是：

[0006] 一种电缆护层电流及载流量在线监测和故障诊断定位方法，包含如下步骤：

[0007] ①通过数据采集模块、通讯网络、数据管理平台和故障诊断模块来实现电缆护层电流及载流量在线监测和故障诊断定位；

[0008] ②数据采集模块由多个护层电流传感器以及一个载流量传感器构成；在电缆带电运行情况下的交叉互联接地箱进线口处套装钳形电流传感器来采集护层电流信号并通过套装在电缆本体上的钳形电流传感器，采集电缆载流量数据；通过数据采集卡同步采集电流信号；上传采集到的护层电流信号以及载流量数据至数据管理平台进行理论计算并将电缆信息储存在数据库中；

[0009] ③数据采集模块中的护层电流和载流量传感器采样高压电缆的护层电流信号和载流量数据，然后通过通讯网络上传给位于监控中心的数据管理平台；数据管理平台定时收集、自动处理和临时或永久存储状态监测数据，并在监控中心屏幕上实时显示所有状态数据，同时提供各种数据报表功能；数据管理平台的数据库用来存放各种临时或永久存储的状态监测数据；临时储存的数据由实时监测数据组成；永久存储的数据包括对象电缆的各项参数值：分段长度，相间距离，电缆设计参数，以及根据这些参数值计算出的非故障情况下的各个测量点处的护层电流在不同负载条件下的预期值以及两个接头处护层电流测量值的比值关系；

[0010] ④故障诊断模块通过将实时监测的数据与电缆状态数据库中存储的预期数值做比较，评估电缆的健康状况；当电缆实时数据与非故障状态预期值的偏差大于设定值时，根据数据库中的状态信息，对电缆中的典型故障进行诊断并定位。

[0011] 本发明还设有报警单元，包括大屏幕显示界面和跳出报警窗口的预警方式；当出现预警信息时，监测主机可及时有效地通知高压电缆运行维护人员，实现了高压电缆状态综合在线监测、预警的目的，便于高压电缆运行维护人员随时掌握电缆及其运行环境的状态，及时发现缺陷，避免发生电力事故。

[0012] 本发明的有益效果是（：1）能实时监测电力电缆运行情况，将监测信息传输到系统的数据管理平台记录分析，出现异常的监测信息时自动进行故障诊断定位并预警提示；（2）对于电缆分段长度相等且安装有回流线的交叉互联三相电缆，提出了一套可用于电缆故障诊断定位的护层电流幅值标准；（3）克服了现有故障诊断技术中，护层电流变化的简单判断标准，可以准确诊断并定位选中的电缆故障类型；摒弃了发现异常情况后，通过巡线来寻找故障点的传统方式，节省了人力财力。

附图说明

[0013] 图1是护层电流在线监测级故障诊断定位系统的结构图；1是监控中心，2是数据采集模块，包括多个电流传感器，3是故障诊断定位模块，4是报警单元，5是数据库系统，6是通讯系统；

[0014] 图2是三相电缆交叉互联接线及传感器安装示意图。

具体实施方式

[0015] 以下结合附图对本发明作进一步说明。

[0016] 如图1所示，本发明的主要目的在于实现高压电缆金属护层中的护层电流在线监测功能，实现对高压电缆线路的实时监控，并能及时发现电缆故障缺陷和发出报警。护层电流和载流量传感器同步采集电流数据并通过通讯网络上传至数据管理平台。数据管理平台定时收集、自动处理和临时或永久存储状态监测数据，并在监控中心屏幕上实时显示所有状态数据，同时提供各种数据报表功能。故障诊断系统提取数据库管理平台中的实时护层电流数据并与预期值比较。一旦发现电缆中的故障，则自动诊断其类型并定位至所在接头或回路，同时通过报警单元为电缆运行维护人员提供预警信息。

[0017] 如图2所示，对于交叉互联接地箱JX1来说，三个测量点电流互感器所测的电流分别为 、、 ，对于交叉互联接地箱JX2来说，三个测量点电流互感器所测的电流分别为 、、，载流量传感器所测得三相平衡负荷电流为 。则通过护层电流与载流量的比值和护层电流 ， ， 之间的三个比值，可以诊断以下几种故障并定位至所在接头或护层回路，如表1所示。

[0018] 用 表示护层电流预期值（预期值随负载变化），用 表示 表示 的预
期值，则当三相电缆分段长度相等且系统设有回流线时，故障诊断及定位可依据以下标准：

[0019] 若“某个传感器处的实时测量值为0”；

[0020] 故障类型=“该处传感器故障”

[0021] 若 “实时测量值全都为0”；

[0022] 故障类型=“线路空载”

[0023] 若“对于任意 ，都能使得不等式 成立且对于任意，都能使得不等式 成立”；

[0024] 线路正常运行

[0025] 若“存在 ，使得不等式 成立且对于任意，都能使得不等式 成立”，则进入这一段判定流程：

[0026] 若 “对于任意 ，都能使得不等式 成立且对于任意，都能使得不等式 成立”；

[0027] 故障类型=“1”

[0028] 若“对于任意 ，都能使得不等式 成立且对于任意，都能使得不等式 成立”；

[0029] 故障类型=“2”

[0030] 若“对于任意 ，都能使得不等式 成立且对于任意，都能使得不等式 成立”；

[0031] 故障类型=“3”

[0032] 若“对于任意 ，都能使得不等式 成立”；

[0033] 故障类型=“6”

[0034] 否则 故障类型=“未知类型”

[0035] 若“存在 使得不等式 成立且存在 ，使得不等式 成立”，则进入这一段判定流程：

[0036] 若“对于任意 ，都能使得不等式 成立”；

[0037] 故障类型=“4”

[0038] 若“对于任意 ，都能使得不等式 成立”；

[0039] 故障类型=“5”

[0040] 若“ 且存在 ，使得不等式 成立”；

[0041] 故障类型=“7”

[0042] 若“ 且对于任意 ，都能使得不等式成立”；

[0043] 故障类型=“10”

[0044] 若“ 且存在 ，使得不等式 成立”；

[0045] 故障类型=“8”

[0046] 若“ 且对于任意 ，都能使得不等式成立”；

[0047] 故障类型=“11”

[0048] 若“ 且存在 ，使得不等式 成立”；

[0049] 故障类型=“9”

[0050] 若“ 且对于任意 ，都能使得不等式成立”；

[0051] 故障类型=“12”

[0052] 否则 故障类型=“未知类型”

[0053] 当实时监测的护层电流数值达到故障预期电流值时，故障诊断定位系统自动根据实测数据的大小判断故障的种类和位置，并在监控中心的大屏幕显示预警信息，使得电缆运行维护人员能够及早对故障进行处理，为保障电力系统稳定提供了重要的支持。