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。     

基于护套电流和的110 kV GIS终端电缆行波故障定位研究

为了在不拆开GIS替换原有电磁型电流互感器的条件下仍能够采用行波法对电缆进行在线故障定位,以110 kV交联聚乙烯绝缘皱纹铝护套电力电缆为原型,研究故障暂态电流行波在护套交叉互联电缆中的传播特性。提出利用三相护套电流和作为行波测距信号,其在护套交叉互联点和护套接地点处大小不发生变化,且主要成分为传播特性稳定的模量。在PSCAD/EMTDC中建立电缆系统模型进行各种故障电阻和故障距离的仿真,采用小波变换模极大值进行波头识别,故障测距结果都表明该方法可行并具有较高的准确性。     

多回输电线路下单芯电力电缆护套感应电压和环流计算分析

110kV及以上等级的电缆一般采用单芯结构。为了限制电缆护套上的工频感应电压及环流,往往采用金属护套单端接地或金属护套交叉换位互联两端接地联接形式。理论计算和实际运行经验表明三相交叉互联两端接地均匀分段下电缆护套感应电压和护套环流较小。随着城市电力输电线路和高压电力电缆不断增多,高压电力电缆面临复杂的电磁环境,尤其是多回输电线路下单芯电力电缆护套感应电压和环流偏大,严重影响电力电缆的运行。关于多回输电线路下高压埋地电力电缆护套感应电压和环流的计算和分析,鲜有相关研究报道。本文通过建立电力电缆的护套环流和护套感应电压计算模型,进行了多回输电线路下高压埋地电力电缆护套感应电压和护套环流的实例计算。通过实例分析多回输电线路埋地单芯电力电缆的护套影响。计算分析表明多回输电线路的存在显著增大电缆护套感应和护套环流,与实际测量结果一致。     

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。     

66kV XLPE绝缘电力电缆金属护套接地电流异常原因分析

结合长春地区运行的部分66kV XLPE绝缘电力缆金属护套接地电流的普查情况,针对66kV平和乙线和66kV长泉甲线金属护套接地电流过高,分析了电缆金属护套接地电流过高的原因,改正了交叉互联接线错误,将平泉一次变电所内的直接接地箱改为护层保护器箱.减小了接地电流值,并对新建的电缆线路、运行的电缆线路和已出现金属护套接地电流超标的电缆线路分别提出了建议。     

高压单芯电缆单相接地故障护套过电压特性仿真分析

高压单芯电力电缆在敷设过程中,为了限制感应电压、增加单段电缆长度、减少中间接头数量,金属护套层往往采用交叉互联接地.若电力电缆发生单相接地故障,在交叉互联点会感应出较高的过电压,影响电缆使用寿命.对此利用电磁暂态软件EMTP,研究了在单相接地故障情况下高压单芯电缆金属护套过电压特性,分析了电缆整体排列方式、接地电阻、负荷性质、交叉互联各小段电缆长度以及混合排列方式对金属护套过电压的影响程度.研究结果表明:电缆整体排列方式、交叉互联各小段电缆长度和混合排列方式对金属护套过电压的影响较大;接地电阻和负荷性质对感应过电压的影响较小.     

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.     

单芯电力电缆金属护套环流计算及分析*

单芯电力电缆金属护套接地环流将降低电缆的额定载流量、缩短电缆的运行寿命,因此针对金属护套两端接地和交叉互联接地的单芯电力电缆,建立了金属护套接地环流的等值电路和计算模型,并推导了相应模型参数的计算式,在此基础上分析、计算了交叉互联接地方式不同工况下的金属护套接地环流值.计算结果表明,三相电缆系统结构和负荷电流的不对称度越大,则金属护套接地环流越大.     

基于首末两端环流的电缆交叉互联箱缺陷识别定位方法

长电缆线路交叉互联箱在出现接地、进水、三相相序错误等缺陷时,难以对其进行快速识别和定位。针对交叉互联箱3类典型缺陷,建立长电缆线路交叉互联模型,分析缺陷下环流幅值及相位的变化规律,并对首末两端环流比值与缺陷箱号数的散点数据进行曲线拟合,获得缺陷定位公式,最后通过实例加以验证。结果表明：箱内接地时,缺陷相环流幅值增大,非缺陷相正常;三相相序错误时,两相环流幅值明显增大,另一相环流幅值较小;箱内进水时,各相环流幅值均增大且基本相等。定位公式的拟合度在0.96左右,通过实例验证可确定缺陷箱号数的范围。所提方法不受线芯电流和接地电阻变化的影响,可为长电缆线路交叉互联箱缺陷识别定位提供参考。     

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。     

高压单芯电缆同相双回输电方式与运维分析

高压单芯电缆同相双回输电方式可以提高线路输送容量,但每根电缆线路电流分配不均匀限制了整体电缆回路输送更多的容量,为此分析同相2根并联线路的电路模型,计算电缆同相2根并联运行时电流分配以及感应电压,并利用实际线路的电流值验证了电缆的电流分配系数和不平衡系数;然后,计算了同相双回并联电缆线路护套环流,对比同相双回电缆护套分别独立交叉互联和相联后再交叉互联,得出前者环流值小很多;最后,针对同相并联电缆的输电方式,在电缆故障抢修方面给出了建议。实际的应用验证了此输电方式的有效性。     

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。     

500kV电缆线路工频参数的计算与分析

采用电磁暂态仿真程序(EMTP),以一条8.7 km的500 kV交联聚乙稀(XLPE)电缆为例,对电缆线路的工频相参数、序参数进行计算及分析。研究表明,不同布置方式对电缆的电容矩阵没有影响,且零序电容和正序电容相等;若电缆线路不换位、将金属护套交叉互联后,会增加电缆线路的电磁不平衡度;而在电缆线路换位、金属护套也交叉互联的条件下,其电磁不平衡度则很低,可认为是平衡线路。在护套两端接地的条件下,将金属护套进行交叉互联,会使得电缆线路的正序阻抗增加,而对零序阻抗没有影响;电缆线路两端的接地电阻对零序阻抗影响显著,中间单元的接地电阻则影响较小。     

高压电缆网络短路分流系数的研究

在进行变电站的地网设计、确定变电站的安全指标(跨步电压和接触电压等)、以及研究电力电缆线路短路对邻近通讯系统的影响时,短路电流的分布和入地短路电流的计算至关重要。为此,建立了电缆金属护套两端直接接地和交叉互联两端接地的电缆线路的简化等效模型,在此基础上提出了一种用于计算广州高压电缆网络单相接地短路时短路电流分布和电缆分流系数的方法,并在实际运行的电缆线路上进行了试验验证。结果表明,只有很少一部分的短路电流是经变电站的接地网入地并通过大地回流的,绝大部分的短路电流是经过电缆护套回流的,且主要经过所谓的"主路径"的金属护套回流的。最后在分析计算的基础上对地网的设计、通讯干扰、单相短路时电缆金属护套上的工频过电压等问题进行了讨论。     

10 kV与110 kV电缆线路混合敷设对环流影响研究

近年来,随着城市不同等级地下多回路电缆线路敷设的增多,其多回路造成的电缆金属护套环流损耗问题也趋于严重。基于电磁感应原理,计算了10、110 kV单芯电缆线路金属护套交叉互联时护套感应电压,并通过建立电缆线路阻抗模型推导环流矩阵方程,获得了不同电压等级线路中金属护套环流及相互影响。结果表明,混合敷设会造成10 kV线路环流增加和110 kV线路环流的减小;10、110 kV线路相间距增大会增加自身环流但相互影响却不同,110 kV线路相间距增大200 mm,10 kV线路环流增加48.99%,10 kV线路相间距增大200 mm,110 kV线路环流几乎不会发生变化;10、110 kV线路交叉互联单元内三段电缆段长改变会影响自身环流,但不会影响临近线路;负载电流增加均会极大影响环流;不同电压等级回路垂直距离越大,环流越小;环流最大相序组合为BAC-CAB（10~110 kV）,最小环流相序为CBA-ACB（10~110 kV）。以上分析结果对电缆线路规划和设计提供了理论支持和数据支撑。     

220kV交联聚乙烯电力电缆接地电流的计算与应用

单芯高压电缆金属护套接地电流过大会导致其护套上产生大量附加损耗,降低电缆载流量,缩短电缆使用寿命。为此,针对交叉互联接地方式下的220kV交联聚乙烯(XLPE)单芯高压电缆工程,建立了单芯电缆交叉互联接地方式下接地电流的数学计算模型,分析了单芯高压电缆接地电流与其排列方式及其负载电流之间的关系,并编制了相应的计算程序。结果表明该计算程序能准确得到实际电流值。在此基础上,提出了基于接地电流的220kV XLPE电力电缆运行状态的辅助分析:通过分析接地电流计算值与测量值之间差值的大小,可以判断电缆接地系统是否存在缺陷或故障隐患。若2者相差较小,则表明系统运行正常;若2者差值>10%,则可判定系统存在缺陷或出现故障。研究结果为高压电缆运行监测提供了理论依据。     

基于护层电流的高压电缆故障在线监测和诊断

长距离大容量的高压电缆采用金属护层交叉互联的方式来抵消金属护层中的感应电压,金属护层的交叉互联给在线监测和诊断带来了新的挑战和契机。为此,提出了基于护层电流分析的高压电缆故障在线监测和诊断方法,为高压电缆线路常发生的外力破坏和接地箱进水等问题提前预警。首先,建立了交叉互联电缆系统的护层电流等值电路模型;然后,对交叉互联电缆系统中3个典型的护层故障进行了仿真。通过在某电缆隧道中安装的在线监测装置收集了2015-01—2016-01实测数据,对比仿真结果误差不超过5%,验证了模型的正确性。另外,仿真结果表明故障情况下高压交叉互联电缆护层电流与正常情况下对比有很大差异,且不同故障情况之间对比护层电流也不尽相同。基于以上研究,通过仿真结果建立了不同类型和位置几种典型电缆故障的诊断阈值。因此,根据各电缆接头处所测量的护层电流之间的大小比较可以对不同类型的故障和位置进行诊断。     

110 kV XLPE电缆金属护套交叉互联接地探讨

结合110 kV XLPE电力电缆金属护套交叉互联接地工程的典型故障案例,用矢量法分析讨论了不同的交叉互联接地方式下,电缆金属护套中的感应电势和环流幅值变化,提出并实施科学的同轴电缆接线方式,快捷有效地降低感应电势和环流幅值,排除了运行故障     

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。