基于阻性电流和护层电流的交叉互联电缆绝缘监测及诊断

长距离高压电缆采用三相金属护层交叉互联的接地方式减小金属护层中的感应电压，这种交叉互联方式给电缆绝缘在线监测及诊断带来了困惑。因此，提出一种基于阻性电流和护层电流分析的电缆绝缘在线监测及诊断方法，给出泄漏电流与护层电流分离的公式推导，并得到从泄漏电流中分离出阻性电流的计算公式。运用MATLAB/Simulink平台建立三相电缆的等效模型，对方法进行了仿真验证，同时搭建三相电缆实验模型，分别对交叉互联电缆绝缘劣化、护层回路开路、中间接头护层击穿这3类典型故障进行实验研究。结果表明：实现了对交叉互联后每一段电缆绝缘状况的在线监测及诊断；配合安装在同轴电缆上的电流传感器的测量电流，能够实现对金属护层开路、中间接头击穿故障的诊断；实现了对不同类型电缆故障的诊断及故障位置的确定，同时也验证了方法的正确性和可行性。     

基于护层电流构建新型判据的高压输电电缆在线监测

为及时发现高压电缆交叉互联接地系统中的故障问题,基于电缆金属护层首末两端的接地电流,构造了一种新型判据来实现电缆故障的分类与定位。该方法通过测量电缆交叉互联主段首末两端直接接地箱中金属护层接地电流的幅值与相位,并以同一金属护层回路首末两端接地电流幅值与相位的比值、以不同金属护层回路首末两端接地电流相位差的绝对值构造新的特征量,根据多维特征融合建立故障判据对应的特征量矩阵,以此进行故障诊断。分析了电缆中间接头开路、交叉互联接地箱进水和中间接头短路等常见的电缆故障,并通过仿真验证了新型故障判据的可行性,为高压电缆线路故障的在线监测提供了新的方法。     

高压电力电缆护层电流在线监测及故障诊断技术

通过监测护层电流可及早发现高压电力电缆线路的潜在故障,有效避免非计划性停电。为此,提出了1种可用于诊断故障与非故障情况下3相交叉互联高压电力电缆中护层电流的研究方案。通过建立数学模型详细分析了2种典型的电缆故障,并基于1条线路长度为1.5 km、电压等级为110 k V的隧道电缆的仿真计算,提出了1套适用于12种电缆故障的诊断及定位标准。仿真分析结果显示:当电缆接地系统中存在开路故障时,故障回路中的护层电流会降低;而当电缆交叉互联箱进水或电缆接头内环氧预制件击穿时,故障护层回路中将产生高于正常水平的护层电流值。基于故障仿真,所提出的故障诊断标准可准确识别并定位指定的3种电缆故障:接头松动导致护层开路、交叉互联箱进水和接头内环氧预制件击穿。仿真表明地电阻的大幅度变化会导致诊断标准发生变化。     

基于决策树的新型高压电缆在线监测策略

为解决高压电缆护层交叉互联接地系统故障判据复杂、判断过程麻烦、不易实现的问题,提出一种基于主成分决策树的高压电缆在线监测方法。该方法提取接地系统缆芯电流以及两端接地护层电流,利用主成分分析对故障时的数据进行处理,最后使用决策树算法进行训练,从而达到护层故障的准确判别。性能评估和实例分析表明,所提出的策略具有良好效果,有一定工程应用前景,为110 kV电缆护层交叉互联系统故障的在线监测提供了新的方法。     

基于线芯-护层过渡电阻无功特性的交叉互联电缆故障测距

高压电缆常见的接地方式是交叉互联接地,而交叉互联接地电缆故障时的测距相比单端接地或两端直接接地的电缆情况更为复杂,为此提出了基于线芯-护层过渡电阻无功特性的交叉互联电缆故障测距方法。首先,采集护层故障前后环流,构建不同电缆区段特征电流,判断故障发生区段;其次,考虑电缆金属护层对线芯的耦合作用和线路电容影响,建立交叉互联电缆的故障稳态等效阻抗模型,利用电缆首末两端线芯和护层的电压、电流推算电缆故障发生时不同区段沿线电压、电流,并基于同一位置电压相量对电缆参数进行修正;然后,利用故障点过渡电阻消耗无功功率为零的功率特性建立以故障距离为未知数的测距方程,采用二分法或弦截法等方法迭代计算求解得到故障点;最后,基于PSCAD/EMTDC仿真软件搭建了电缆故障模型,分析了故障距离、故障类型、过渡电阻、故障初相角等因素对故障测距方法的影响。结果表明,该方法的测距误差为0.4%左右,具有较高的准确性和有效性,对交叉互联接地电缆进行故障测距有一定的参考意义。     

基于差值电流分析的高压电缆在线监测研究

针对当前高压电缆故障单一参数监测判断准确度低,多参数监测存在数据融合分析不足等问题,提出一种基于差值电流分析的高压电缆故障在线监测方法。该方法通过测量直接接地箱和交叉互联接地箱处接地线电流,对故障及正常情况下接地线三相电流进行比值分析和不平衡度分析来识别故障,根据模糊控制原理建立了故障判别依据和相关数据库,以此进行故障诊断。分析了故障情况下接地箱电流变化情况并仿真模拟了不同位置的接地箱进水、同轴电缆破损、接头开路、接头短路等故障。最后以此设计出一套高压电缆线路故障在线监测系统。通过实例分析验证了该方法的可行性,能及时预警高压电缆线路故障,防止高压电缆线路发生安全事故。     

XLPE高压电缆短路故障电流在线监测装置设计

通过分析XLPE高压电缆线路短路故障电流回路的特点,设计了XLPE高压电缆短路故障电流在线监测装置.当线路发生短路故障时,短路故障电流在线监测装置实时采集故障电流的大小与方向信息,并根据监测数据分析故障电流回路特性,对于电缆-架空线混合线路,判断故障发生在电缆侧还是架空线侧;对于金属护套交叉互联的长电缆线路,判断故障发生在哪个交叉互联区间.该装置大大缩短了电缆线路发生短路故障后的抢修时间,提高了供电可靠性.     

基于接地电流高压电缆交叉互联故障分析

为降低高压电缆金属护套感应电压,通常在电缆交叉互联箱内将高压电缆金属护套进行交叉互联。但是由于电缆铺设环境的复杂性,交叉互联箱会出现受潮、进水、外力破坏等诸多情形,导致高压电缆金属护套出现交叉互联故障,给整个系统的安全运行埋下隐患。文章针对110k V XLPE高压电缆的交叉互联故障进行分析,利用ATP-EMTP电磁暂态软件进行建模和仿真,分析总结出不同故障下的接地电流变化特点,为高压电缆的故障检测提供理论依据。     

交叉互联高压电缆系统的局部放电在线监测和定位

高压电缆通常采用三相交叉互联(CB)接地方式来减小金属护套的感应电压和护层电流,由于三相电缆的金属护套通过交叉互联箱进行了换位连接,所以很难确定电缆内局部放电(简称局放,PD)信号发生的具体相位和互联段位。为此,首先通过实验研究了局放信号沿电缆传播时的衰减特性和电缆导体层与屏蔽层间的耦合效应,定量得出了衰减系数和耦合系数。然后以1个完整的交叉互联段为例,建立了仿真模型,研究了当局放源位于不同位置时在不同交叉互联接地箱处的高频电流传感器(HFCT)检测到的局放波形,通过对比分析各个传感器检测到的局放波形发现,局放源位于不同相线、不同电缆段或接头时,这些传感器检测到的信号具有不同的幅值和极性。以此为基础,得出了1套交叉互联高压电缆系统的局放定位规则,利用此规则可对6个传感器检测的信号的幅值和极性进行对比,从而可用来确定局放源的具体相别和段位。     

基于ART2A-E的交叉互联XLPE电缆绝缘在线诊断技术研究

研究110 kV及以上电压等级的XLPE电缆绝缘的在线监测与诊断技术,确保电缆的安全可靠运行具有重要意义。笔者根据屏蔽层交叉互联接地XLPE电缆在线监测的特点,提出了基于ART2A-E(Adaptive Resonance Theory)神经网络的交叉互联电缆绝缘在线诊断方法。首先,通过分析电缆绝缘老化的特点以及电缆加速老化的实验结果,建立交叉互联XLPE电缆的仿真模型。然后,计算首末端A、B、C三相接地线电流与电缆初始安装时的接地线电流幅值和相位的相对劣化度得到12个特征量,并以此特征量作为ART2A-E的输入样本进行模式识别。仿真实验结果表明,ART2A-E神经网络可以识别发生在交叉互联中的任意一段电缆的绝缘故障,为交叉互联电缆的绝缘在线诊断开辟了新的途径。     

基于沿线电流故障分量差值的交叉互联电缆故障测距

为解决长距离高压电缆采用交叉互联接地方式时故障测距较为复杂的问题,提出基于沿线电流故障分量差值分布的交叉互联电缆故障测距方法。首先,通过故障发生前后护层环流判断电缆故障区段。其次,考虑线芯与护层之间的耦合关系,基于双π模型推导电缆不同区段发生故障时的沿线电压、电流方程。在此基础上,通过求解电流故障分量差值函数零点得到故障距离,并结合切线方程对所得故障距离进行修正。最后,搭建电缆故障模型对测距方法进行仿真验证。结果表明,所提方法测距误差为1%左右,具有较高的准确性,对采用交叉互联接地方式的电缆实现故障测距具有一定的参考意义。     

基于多传感器的电缆绝缘监测

针对交叉互联交联聚乙烯长电缆绝缘故障位置监测难度大的问题,本文提出一种基于多传感器的交叉互联电缆绝缘监测方法。该方法首先在电缆线芯首、末两端安装电流传感器,通过两端电流差判断整条电缆的绝缘故障状况;然后在电缆的每个交叉互联箱上安装3个电流传感器,在确认整段电缆发生绝缘故障的基础上,观察交叉互联上电流大小的变化,判断交叉互联电缆故障的局部位置;最后根据三相电缆品字排列的特点以及电缆绝缘故障的结果,建立交叉互联交联聚乙烯电缆的仿真模型,进行局部绝缘故障的仿真验证。结果表明,长电缆局部绝缘故障监测状况与理论分析相符,验证了该方法的可行性。     

基于利萨如图形与温度Pettitt检测的高压电缆故障诊断方法

针对电缆线路故障发生不确定性高,故障类型复杂,快速实现故障在线诊断困难等问题,提出了一种基于利萨如图形与温度Pettitt检测的高压电缆故障诊断方法.通过电缆护层首末端护层接地线电流构建高压电缆接地线电流利萨如图形基础上,通过ATP-EMTP仿真分析了不同故障形式下的图形特征参数变化,并构建了故障特征判据库.对容易造成"误报""漏报"的故障类型,结合电缆线芯温度变化的Pettitt检测结果,提高了分析模型的准确性.最后以实例数据验证了所提诊断方法的可行性和有效性.     

高压电缆外护层绝缘降低时护层保护器的参数配置

针对高压电缆外护层绝缘电阻普遍降低的现状以及其耐压水平降低的可能性,建立了单端接地和交叉互联接地电缆的ATP-EMTP仿真模型,研究了在雷电过电压、操作过电压和短路故障的情况下,配置低伏安特性保护器后保护器是否能正确动作且不损坏保护耐压水平降低的外护层。结果表明:在雷电过电压和操作过电压情况下,降低保护器伏安特性能有效降低作用于外护层的残压,流经保护器的电流仍然低于其标称放电电流;对于单相短路情况,单端接地条件下保护器需要吸收的短路能量较大,降低保护器伏安特性会使保护器爆炸,而对于交叉互联接地情况,降低保护器伏安特性保护器是否会爆炸与短路电流的大小有关,较大的短路电流会使得保护器爆炸。最后提出了电缆外护层绝缘降低时护层保护器配置的建议。     

交叉互联高压电缆护层保护器故障对同回路两端护层电流相量差的影响

高压电缆护层保护器故障对同护层回路两端护层电流相量差的影响规律是制定护层接地故障判据的理论基础。为识别护层保护器故障，在器件级别构建了电容和非线性电阻并联的护层保护器故障等效电路，在系统级别构建了三相9段交叉互联电缆在护层保护器正常和故障时的数学物理模型，推导了护层保护器故障阻抗与同护层回路两端直接接地点护层电流相量差的传递函数。以110 kV电缆为仿真案例，结果表明：同回路两端护层电流相量差既可以区分正常和故障状态，又可以区分不同位置护层保护器金属性接地故障；护层电流相量差相角对金属性接地和低阻接地敏感，同回路首端和末端护层保护器发生100Ω接地故障时，护层电流相量差相角偏差范围分别为17.9°～24.9°和33.4°～51.1°；216Ω接地故障时护层电流相量差相角偏差范围分别为9.4°～13.6°和12.4°～17.5°。护层电流相量差受电缆3小段不等长和相电流影响显著，受地阻抗和相电压波动影响不显著。     

交叉互联电缆泄漏电流的分离及相间介损相对变化监测应用

交叉互联电缆系统中介损监测存在两大难点,一方面交叉互联接线方式和同轴电缆的使用使得泄漏电流和护层电流的分离复杂,另一方面电压信号获取困难且对同步精度要求高。为此,建立了交叉互联电缆系统的等效模型,提出了泄漏电流与护层电流分离法,改进了交叉互联相间介损相对变化的在线监测方法而无需参考电压信号。在武汉某电缆隧道安装了电缆在线监测装置,以2014-12、2015-03和2015-05结果为例,三相结果基本满足I2BAI2ACI2CB的关系,表明B2段电缆相对变化程度比A2和C2段更快,其中2014-12—2015-03相间泄漏电流变化程度最大为0.89%,相间泄漏电流变化程度均1%,未发现明显老化现象,与该段线路的环流和局部放电在线监测装置监测结果一致。     

交叉互联电缆泄漏电流的分离及相间介损相对变化监测应用EI北大核心CSCD

交叉互联电缆系统中介损监测存在两大难点,一方面交叉互联接线方式和同轴电缆的使用使得泄漏电流和护层电流的分离复杂,另一方面电压信号获取困难且对同步精度要求高。为此,建立了交叉互联电缆系统的等效模型,提出了泄漏电流与护层电流分离法,改进了交叉互联相间介损相对变化的在线监测方法而无需参考电压信号。在武汉某电缆隧道安装了电缆在线监测装置,以2014-12、2015-03和2015-05结果为例,三相结果基本满足I2BA>I2AC>I2CB的关系,表明B2段电缆相对变化程度比A2和C2段更快,其中2014-12—2015-03相间泄漏电流变化程度最大为0.89%,相间泄漏电流变化程度均<1%,未发现明显老化现象,与该段线路的环流和局部放电在线监测装置监测结果一致。     

基于ATP-EMTP的输电电缆护层多点接地故障研究

输电电缆在实际运行中因外力影响导致外护层破损,易形成金属护层多点接地故障。金属护层接地后,护层环流会显著升高,从而会导致护层温度升高,芯线能量损耗加大,长时间运行会加快电缆绝缘老化速度,大大缩短电缆安全运行年限,对电力系统安全稳定运行造成威胁。首先对电缆金属护层环流的产生进行理论分析,然后通过仿真软件对电缆护层多点接地故障等情况进行仿真分析,对比不同影响因素对护层环流值的影响,为输电电缆状态在线监测和护层绝缘性能研究提供一定的参考依据。     

基于泄漏电流的高压电缆线路故障测距方法

为实现高压电缆线路短路故障发生后准确故障定位,提出一种利用故障通道泄漏电流的离线故障测距方法。该方法在短路故障发生后于电缆终端加直流电压,泄漏电流主要通过故障击穿通道沿金属护层流入两端接地点,在线路两端接地点检测护层电压,通过单位长度金属护层阻抗与泄漏电流和护层电压的关系,可计算出故障点位置。仿真结果表明,该方法能够有效的定位故障点位置,其相对误差不超过8%,绝对误差不超过50 m。     

交叉互联电缆对故障工频电流的影响研究

探讨了交叉互联方式下不同电缆段故障电缆末端接地方式对工频故障电流方向的影响,利用ATP仿真建模,研究了三芯电缆在不同交叉互联段时故障电流方向和大小,并将ATP仿真数据进行归纳得出了直接接地和经过渡阻抗接地时电缆的故障电流方向和大小判定规律。利用此类故障规律,可实现不同种类的电缆段的故障监测,从而合理配置电缆段故障监测装置,实现电缆关键部位的故障精确定位,减少不必要的因电缆故障造成的停电时间。