專利名稱：一種電力電纜隱性故障及接頭工藝缺陷在線監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電カ技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電カ電纜隱性故障及接頭エ藝缺陷在線監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，城市架空線路送電正在被地下高壓電纜所取代，因此地下高壓電纜的數(shù)量正急劇上升。電カ電纜在強電場下，由干 潮濕或浸水環(huán)境和內(nèi)部局部缺陷的共同作用在絕緣體內(nèi)部形成水樹，伴隨的是電纜整體介質(zhì)損耗隨運行年限不斷升高，水樹將很快發(fā)展成電樹枝，電樹枝伴隨著局部放電發(fā)生就會產(chǎn)生電纜本體絕緣擊穿現(xiàn)象；由于電纜護層絕緣發(fā)生故障，將使金屬護套多點接地，引起護層環(huán)流増大，増加護套的損耗，影響電纜的載流能力，嚴重時甚至使電纜嚴重發(fā)熱而燒毀.電纜接頭是在現(xiàn)場安裝的，受人為因素的影響較大，容易留下缺陷和隱患，接地點由于各種原因不能有效接地導(dǎo)致電纜金屬護套的電位就會急劇升到幾千伏甚至上萬伏把電纜外護套擊穿并在擊穿點持續(xù)放電，造成電纜外護套溫度升高甚至著火燃燒。目前大多數(shù)供電管理部門對電纜通道的管理還處于計劃檢修階段，一般采用定期巡視的方法對電纜通道及電纜通道敷設(shè)的高壓電纜線路的運行狀態(tài)進行檢查，還沒有有效的監(jiān)控起來，對于電纜通道及電纜通道敷設(shè)的高壓電纜線路等設(shè)備缺乏保護，存在較大安全隱患。從經(jīng)濟角度和技術(shù)角度來說，計劃檢修都有很大的局限性，定期試驗和檢修造成了很大的直接和間接經(jīng)濟浪費，許多絕緣缺陷和潛在的故障無法及時發(fā)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供ー種電カ電纜隱性故障及接頭エ藝缺陷在線監(jiān)測方法，它具有針對隧道電纜在線運行時，監(jiān)視隧道電纜所有的接地點，通過其接地電流的大小和變化實現(xiàn)電纜隱性故障的提前發(fā)現(xiàn)，故障原因的分析和故障定位，最終實現(xiàn)故障段的隔離和預(yù)警。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種電カ電纜護層隱性故障及接頭エ藝缺陷在線監(jiān)測方法，以下簡稱為監(jiān)測方法，基于以下相關(guān)步驟來完成步驟一，電流采集，故障錄波裝置對電纜護層接地電流實時在線采集，故障錄波裝置安裝在隧道高壓電纜的所有接地點和接頭處；步驟ニ，故障錄波，每ー個故障錄波裝置可以監(jiān)視多路護層接地電流，當一條線路上的某ー個終端的某一路超過電流突變門檻時，這條線路的所有故障錄波終端啟動波形數(shù)據(jù)錄波；步驟三，數(shù)據(jù)緩存，故障錄波裝置按照設(shè)定的錄波時長對電流波形數(shù)據(jù)進行記錄，終端本地緩存；
步驟四，數(shù)據(jù)傳輸，故障錄波裝置將已經(jīng)記錄好的錄波數(shù)據(jù)，通過供電和通信共用的電纜，上傳至監(jiān)控主機，監(jiān)控主機將收到的數(shù)據(jù)以TCP/IP以太網(wǎng)接ロ的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺；步驟五，繪制譜圖，監(jiān)控平臺對于監(jiān)控主機上傳的數(shù)據(jù)，根據(jù)約定，分類存儲，按照突變的頻次，幅值、時間順序繪出譜圖；步驟六，綜合分析，根據(jù)所繪譜圖，結(jié)合平臺已經(jīng)保存的電纜接地示意圖，對電纜護層狀態(tài)按照特定的分析方法進行分析；步驟七，故障定位。所述特定的分析方法為，基于錄波數(shù)據(jù)比較少的時候，根據(jù)電流突變的幅值、相序、各錄波裝置電流突變的時間先后順序數(shù)據(jù)，繪制當次錄波數(shù)據(jù)繪制的波形，結(jié)合高壓電纜接地示意圖，分析故障原因，定位故障段?；诟麂洸ㄑb置已經(jīng)有歷史數(shù)據(jù)分類存儲，根據(jù)各錄波裝置錄波頻次，電流幅值，電流相位、突變順序進行綜合判斷，分析電流突變原因， 對電纜故障及故障位置做出預(yù)警。所述監(jiān)測方法，基于以上的分析完成以后，就可以實現(xiàn)電纜的故障定位，故障段隔離和故障預(yù)警。及早發(fā)現(xiàn)電纜隱性故障及接頭エ藝缺陷，保障電カ電纜的正常運行。本發(fā)明的工作原理利用在電纜上設(shè)置的電流互感器對護層超限電流的瞬變、突變進行采集，通過與電流互感器連接的故障錄波裝置將所采集的數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控主機；監(jiān)控主機將收到的數(shù)據(jù)以TCP/IP以太網(wǎng)接ロ的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺；監(jiān)控平臺中所設(shè)有的服務(wù)器實時對采集到的超限電流的瞬變、突變數(shù)據(jù)根據(jù)特定的分析方法進行分析比較判斷，分析故障原因、定位故障段。本發(fā)明的有益效果I.當一條電纜上的某一點發(fā)生故障時，也會引起其他點被動故障，當只檢測被動故障點時，會錯誤的判斷為被動故障點發(fā)生故障。當監(jiān)測所有接地點時，就可以綜合判斷，找出原始引起故障的接地點和被動故障的接地點，實現(xiàn)對故障點的快速判斷和后期維護。監(jiān)測所有接地點可以實現(xiàn)橫向?qū)Ρ?，對判斷故障和故障定位比單點監(jiān)測有絕對優(yōu)勢。2.交叉接地數(shù)據(jù)模型示意圖能真實反應(yīng)現(xiàn)場電纜接頭接地點的連接方式。譜圖可以比較直觀的看出電流突變幅值、密度，以及在時域上的分布情況，對判斷故障提供依據(jù)，二者結(jié)合判斷的優(yōu)勢綜合分析是結(jié)合電纜模型及參數(shù)將整個電纜一定時間內(nèi)的采集所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，分析的結(jié)果準確性高。如果根據(jù)一個終端或一次數(shù)據(jù)進行故障判斷，得出的結(jié)論準確度較低。3.系統(tǒng)通過對電纜線路護層環(huán)流突變進行數(shù)據(jù)錄波實時展示，根據(jù)運行數(shù)據(jù)的積累，結(jié)合電纜線路模型、接地箱保護器動作次數(shù)及性能差異、電纜及接頭老化程度、接地系統(tǒng)是否良好、土壤電阻率差異、雷擊散流、溫度季節(jié)及其它相關(guān)因素建立電纜運行狀態(tài)分析診斷模型，實現(xiàn)電纜隱性故障及接頭エ藝缺陷的提早發(fā)現(xiàn)，為保證電カ電纜長期正常運行提供基礎(chǔ)。本方法監(jiān)視全面，故障定位準確，能做到提前預(yù)警。


圖I :電カ電纜隱性故障及接頭エ藝缺陷在線監(jiān)測方法實施流程圖；圖2 : — 種電纜交叉接地數(shù)據(jù)模型示意圖；圖3 :本發(fā)明實施例現(xiàn)場運行時得到的電流突變原始波形圖；圖4 :本發(fā)明實施例現(xiàn)場運行時得到的電流突變幅值-時間譜圖；圖5 :本發(fā)明實施例現(xiàn)場運行時得到的故障綜合分析圖。其中，I.電流采集，2.故障錄波，3.數(shù)據(jù)緩存，4.數(shù)據(jù)傳輸，5.繪制譜圖，6.綜合分析，7.故障定位。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進ー步說明。如圖I所示，電流采集I :對電纜護層接地電流實時在線采集依賴于故障錄波裝置，故障錄波裝置安裝于高壓電纜沿線各直接接地點，采用遠距離低壓直流供電和遠距離高速傳輸方法，將各錄波裝置掛接在同一接地線路上，實現(xiàn)電纜在線運行時，對一條電纜上的所有接地點的環(huán)流進行監(jiān)視，監(jiān)視點比較全面。故障錄波2 :每ー個故障錄波裝置可以監(jiān)視多路護層接地電流，當一條線路上的某ー個終端的某一路超過電流突變門檻時，這條線路的所有故障錄波終端啟動波形數(shù)據(jù)錄波，進入故障錄波流程。數(shù)據(jù)緩存3 :每一臺故障錄波裝置按照設(shè)定的時長對所有路的電流波形數(shù)據(jù)采樣，記錄波形采樣值，終端本地緩存，準備數(shù)據(jù)傳輸。故障錄波終端的數(shù)據(jù)記錄包含突變前電流數(shù)據(jù)，便于分析電纜發(fā)生故障原因。終端可以存儲最近100個超限事件，斷電數(shù)據(jù)不丟失。數(shù)據(jù)傳輸4，故障錄波裝置將已經(jīng)記錄好的錄波數(shù)據(jù)，分時通過供電和通信共用的電纜，上傳至監(jiān)控主機，監(jiān)控主機將收到的數(shù)據(jù)以TCP/IP以太網(wǎng)接ロ的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺。繪制譜圖5，監(jiān)控平臺對于監(jiān)控主機上傳的數(shù)據(jù)，根據(jù)約定，分類存儲，同時按照突變的頻次，幅值、時間順序繪出譜圖。綜合分析6 :，根據(jù)所繪譜圖，結(jié)合平臺已經(jīng)保存的電纜接地示意圖，對電纜護層狀態(tài)按照特定的分析方法進行分析，如圖2為ー種電纜接地示意圖。電流超限的原因有護層擊穿短路造成越限，操作波沖擊造成越限和雷擊造成越限。故障分析從引起接地電流超限的原因來看，電流超限并不能確定是電纜故障引起的。要確認電纜故障首先要排除操作波和雷擊的因素。如果是操作波引起的，我們可以從錄波數(shù)據(jù)的特性與真正的故障數(shù)據(jù)區(qū)分出來，操作波引起錄波數(shù)據(jù)前一定時間電流應(yīng)該都比較小，基本等于零。而真正電纜故障引起的錄波數(shù)據(jù)前一定時間應(yīng)該有ー個穩(wěn)定的エ作電流。另外就是操作波引起的超限在電纜的各個檢測點中產(chǎn)生的波形相近，幅度相當，從這一點上也能區(qū)分。再就是合閘動作不會頻繁發(fā)生，軟件設(shè)定在一定時間內(nèi)發(fā)生幾次超限才能確認故障，使用這個條件可以將操作波引起的超限排除。如果是雷擊引起的，可以根據(jù)季節(jié)和天氣狀況進行分析排除。將非電纜故障超限排除后，可以根據(jù)超限的幅度、超限的頻率、超限的時長等可設(shè)參數(shù)進行分析判斷，滿足條件進行故障告警。確認故障后，需要分析是哪ー相的故障，可以采用下面兩種方式來判斷一是采取絕對值來判斷，即波動幅值最大的認為有故障。ニ是采取變化率來判斷，根據(jù)故障時的峰值與故障前的峰值進行運算，變化率最大的認為有故障。故障定位7 :故障定位及預(yù)警基于故障分析完成后，確認故障數(shù)據(jù)確實是電纜故障引起的，再進行下一歩故障定位。首先需要將整個電纜交叉接地數(shù)據(jù)模型輸入系統(tǒng)，在故障判斷以前先確定電纜交叉互聯(lián)連接方式。其次要實現(xiàn)故障定位，只看ー個錄波終端的數(shù)據(jù)是不能實現(xiàn)的，必須多個錄波終端的數(shù)據(jù)進行橫向比對才行。在掛接多個錄波終端的一條電纜監(jiān)測系統(tǒng)中，如果有其中一臺上報故障信息，其它終端沒有，可以判斷為該終端附近電纜故障。如果多個終端同時上報故障信息?；阡洸〝?shù)據(jù)比較少的時候，根據(jù)電流突變的幅值、相序、各錄波裝置電流突變的時間先后順序數(shù)據(jù)，繪制當次錄波數(shù)據(jù)繪制的波形，結(jié)合高壓電纜接地示意圖，進行橫向?qū)Ρ?，分析故障原因，定位故障段。基于各錄波裝置已經(jīng)有歷史數(shù)據(jù)分類存儲，根據(jù)各錄波裝置錄波頻次，電流幅值，電流相位、突變順序進行綜合判斷，分析電流突變原因，對電纜故障及故障位置做出預(yù)警。所述綜合判斷分析電流突變原因方法如下進行如果一次故障引起電纜各接地點同時突變，且幅值相當，本次故障確定 為線芯電流超限，根據(jù)交叉互聯(lián)情況，確定到某一相。如果某ー時刻僅ー個接地點或相鄰幾個接地點發(fā)生突變，可以確定為電纜絕緣故障，故障位置在突變發(fā)生接地點附近。如果單次故障數(shù)據(jù)不能分析出結(jié)論，可以根據(jù)各終端一定時間內(nèi)監(jiān)測電流突變的頻次和幅值進行橫向?qū)Ρ?，突變幅值大且次?shù)多的位置確定為故障段。如圖5，為本發(fā)明實施例現(xiàn)場運行時得到的故障綜合分析圖。如圖2所示，結(jié)合電纜接地示意圖對接地故障進行定位，掛接在#1、#4、#7、#10等接頭處，#2、#3、#5、#6、#8、#9為交叉互聯(lián)接頭，中間經(jīng)過IO 18九段電纜，電纜交叉互聯(lián)是指電纜線路分成若干大段，每大段原則上分成長度相等的幾個小段，每小段之間用絕緣接頭連接；絕緣機頭處金屬護套三相之間用同軸電纜經(jīng)接線盒進行換位連接，絕緣接頭處的接線盒內(nèi)裝設(shè)ー組護層保護器，每大段的兩端護套分別互聯(lián)并接地。針對圖2分析如下a.電纜相間擊穿例如A相和B相間低阻擊穿或短路，A、B線芯電流突增，造成三相不平衡，相應(yīng)A、B兩相的護層感應(yīng)電流突增，達到超限錄波限值，由于中間有4個交叉互聯(lián)接頭的存在，也會造成C相護層電流増大，甚至越限。將護層感應(yīng)能量看作源的話，相間短路且接地，故系統(tǒng)中同時存在正序、負序、零序三種分量，所以故障前各相護層接地電流的相位不確定，大小不一。情況I :如果相間擊穿短路發(fā)生在一端直接接地，另一端交叉互聯(lián)接地的電纜段如10、12、13、15、16、18上，#1A、B兩護層電流先増大，由交叉互聯(lián)的作用繼而傳遞到#4的A、C兩相増大，由于#4是直接接地端，能量被衰減，繼續(xù)往下傳遞到#7的A、C兩相，繼續(xù)往下是#10A、C兩相，由于護層電阻、感抗和接地衰減及地環(huán)流的作用，從#1到#10超限時間依次后延，如果相間擊穿發(fā)生在12、13、15、16、18上，發(fā)生時間按穿越的接地點個數(shù)和穿越的電纜長度計算。由此可以推斷出發(fā)生相間短路的故障段In。(如果接地箱保護器擊穿，向后傳遞的能量可能會急劇減小，傳遞距離變短)。其它相間短路分析同上。情況2 :如果相間擊穿發(fā)生在兩端都是交叉互聯(lián)接地的電纜段如II、14、17，分析方法同上
b.電纜對地擊穿單相對地擊穿和相間擊穿接地一樣，也同時存在正序、負序、零序三種分量，所以各相護層接地電流的相位不確定，大小不一。以圖2A相IO段單相對地故障為例說明越限傳遞路徑發(fā)生單相對地擊穿后信號向兩個方向傳遞，向左為#1，直接接端；向右經(jīng)過#2、#3兩個交叉互聯(lián)接頭后傳遞到#4直接接地端即C相接地端，再經(jīng)過#5、#6到#7直接接地端B相，依次類推。由于中間交叉互聯(lián)且通過#4、#7兩個直接接地，所以也會造成B相、C相兩相的護層，再加上護層阻、杭、容等因素的存在所以在時域上各直接接地監(jiān)測會有時域和諧波分量的差異，依此判斷發(fā)生故障段和相位。說明a. #1、#4、#7、#10為護層直接接地，#2、#3、#5、#6、#8、#9為交叉互聯(lián)保護接地，
其余相同，依次為兩個交叉互聯(lián)保護接地箱，ー個直接接地箱。b. IO In每段電纜長度，每段長度基本相等，IO=Il=……=In，線路終點不夠ー個I單位長度，視情況增減接地點。LT為電纜總長度
η
·
Lt = ^ I +X
I=-OI :每段電纜的單位長度(如110KV每段600米)X :為末端電纜長度，χ〈ΙLT :線路總長度上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電カ電纜隱性故障及接頭エ藝缺陷在線監(jiān)測方法，其特征是，基于以下相關(guān)步驟來完成 步驟一，電流采集，故障錄波裝置對電纜護層所有接地點的接地電流實時在線采集； 步驟ニ，故障錄波，每ー個故障錄波裝置監(jiān)視多路護層接地電流，當一條線路上的某一個終端的某一路超過電流突變門檻時，這條線路的所有故障錄波終端啟動波形數(shù)據(jù)錄波； 步驟三，數(shù)據(jù)緩存，故障錄波裝置按照設(shè)定的錄波時長對電流波形數(shù)據(jù)進行記錄，終端本地緩存； 步驟四，數(shù)據(jù)傳輸，故障錄波裝置將已經(jīng)記錄好的錄波數(shù)據(jù)，通過供電和通信共用的電纜，上傳至監(jiān)控主機，監(jiān)控主機將收到的數(shù)據(jù)以TCP/IP以太網(wǎng)接ロ的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺； 步驟五，繪制譜圖，監(jiān)控平臺對于監(jiān)控主機上傳的數(shù)據(jù)，根據(jù)約定，分類存儲，按照突變的頻次，幅值、時間順序繪出譜圖； 步驟六，綜合分析，根據(jù)所繪譜圖，結(jié)合平臺已經(jīng)保存的電纜接地示意圖，對電纜護層狀態(tài)按照特定的分析方法進行分析； 步驟七，故障定位。
2.如權(quán)利要求I所述ー種電カ電纜隱性故障及接頭エ藝缺陷在線監(jiān)測方法，其特征是，所述步驟ニ中的故障錄波裝置安裝在隧道高壓電纜的所有接地點和接頭處。
3.如權(quán)利要求I所述ー種電カ電纜隱性故障及接頭エ藝缺陷在線監(jiān)測方法，其特征是，所述步驟六中的特定的分析方法為，基于錄波數(shù)據(jù)比較少的時候，根據(jù)電流突變的幅值、相序、各錄波裝置電流突變的時間先后順序數(shù)據(jù)，繪制當次錄波數(shù)據(jù)繪制的波形，結(jié)合高壓電纜接地示意圖，分析故障原因，定位故障段；基于各錄波裝置已經(jīng)有歷史數(shù)據(jù)分類存儲，根據(jù)各錄波裝置錄波頻次，電流幅值，電流相位、突變順序進行綜合判斷，分析電流突變原因，對電纜故障及故障位置做出預(yù)警； 所述綜合判斷分析電流突變原因方法如下進行如果一次故障引起電纜各接地點同時突變，且幅值相當，本次故障確定為線芯電流超限，根據(jù)交叉互聯(lián)情況，確定到某一相；如果某ー時刻僅ー個接地點或相鄰幾個接地點發(fā)生突變，確定為電纜絕緣故障，故障位置在突變發(fā)生接地點附近；如果單次故障數(shù)據(jù)不能分析出結(jié)論，根據(jù)各終端一定時間內(nèi)監(jiān)測電流突變的頻次和幅值進行橫向?qū)Ρ?，突變幅值大且次?shù)多的位置確定為故障段。
4.如權(quán)利要求I所述ー種電カ電纜隱性故障及接頭エ藝缺陷在線監(jiān)測方法，其特征是，所述步驟七中的故障定位及預(yù)警基于故障分析完成后，確認故障數(shù)據(jù)確實是電纜故障引起的，再進行下一歩故障定位；首先需要將整個電纜交叉接地數(shù)據(jù)模型輸入系統(tǒng)，在故障判斷以前先確定電纜交叉互聯(lián)連接方式；其次要實現(xiàn)故障定位，只看ー個錄波終端的數(shù)據(jù)是不能實現(xiàn)的，必須多個錄波終端的數(shù)據(jù)進行橫向比對才行；在掛接多個錄波終端的一條電纜監(jiān)測系統(tǒng)中，如果有其中一臺上報故障信息，其它終端沒有，判斷為該終端附近電纜故障；如果多個終端同時上報故障信息；基于錄波數(shù)據(jù)比較少的時候，根據(jù)電流突變的幅值、相序、各錄波裝置電流突變的時間先后順序數(shù)據(jù)，繪制當次錄波數(shù)據(jù)繪制的波形，結(jié)合高壓電纜接地示意圖，進行橫向?qū)Ρ?，分析故障原因，定位故障段；基于各錄波裝置已經(jīng)有歷史數(shù)據(jù)分類存儲，根據(jù)各錄波裝置錄波頻次，電流幅值，電流相位、突變順序進行綜合判斷，分析電流突變原因，對電纜故障及故障位置做出預(yù)警。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力電纜隱性故障及接頭工藝缺陷在線監(jiān)測方法；它包括電流采集、故障錄波、數(shù)據(jù)緩存、數(shù)據(jù)傳輸、繪制圖譜、綜合分析、故障定位七個步驟；利用在電纜上設(shè)置的電流互感器對電纜護層所有接地點超限電流的瞬變、突變進行采集，通過與電流互感器連接的故障錄波裝置將所采集的數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控主機；監(jiān)控主機將收到的數(shù)據(jù)以TCP/IP以太網(wǎng)接口的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺；監(jiān)控平臺中所設(shè)有的服務(wù)器實時對采集到的超限電流的瞬變、突變數(shù)據(jù)根據(jù)特定的分析方法進行分析比較判斷，分析故障原因、定位故障段。本系統(tǒng)可以實現(xiàn)電纜電纜隱性故障及接頭工藝缺陷的提早發(fā)現(xiàn)，為保證電力電纜長期正常運行提供基礎(chǔ)，監(jiān)視全面，故障定位準確，能做到提前預(yù)警。
文檔編號G01R31/08GK102680854SQ20121015111
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月8日
發(fā)明者張明廣, 楊震威, 馬寶國 申請人:山東康威通信技術(shù)股份有限公司