CN110346688B - 一种110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法。一种110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法，包括最小故障区间判断和故障定位。在户外终端利用负极性的高压恒流电源往故障电缆线路中注入恒定的电流，利用直流信号智能采集装置检测三相电缆中间接头金属套的直流电流信号，根据所述直流电流信号判断故障点在检测点的前段区间还是后段区间，利用二分法不断缩小故障区间的范围，得到最小故障区间，在最小故障区间利用智能电压比较法和电缆故障精确定点方法找到故障点。本发明通过分段故障判别和快速定位的方法提高电缆故障查找效率，缩短停电时间，提高供电可靠性，具有很高的市场应用价值。

Description

一种110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位 方法

技术领域

本发明涉及高压电路故障定位领域，更具体地，涉及一种110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法。

背景技术

高压电缆以其占地少、敷设方便、人身安全保障、供电可靠性高、维护工作量少等优点在高压输变电网络中得到了广泛应用。随着我国大中型城市建设的飞速发展和城市规划的要求，电力***输变电网络的规模也越来越大，尤其是110kV及以上等级的高压输变电网络。网络中的电缆，也是一个复杂的***，可能含有GIS终端；可能含有T接头；可能为长线路，包含多个交叉互联段。电缆一旦发生绝缘击穿，往往几天无法定位故障点，拖延供电时间，降低供电可靠性。目前市场上对于110kV及以上电压等级输变电网络中电缆故障定位主要利用Murray电桥法、行波反射法以及智能电压降法三种。

而利用Murray电桥对击穿点定位是经典的办法，方便而准确。但电桥只能得到百分比，人工计算故障点距离。有时由于临近运行电缆的负荷电流产生工频干扰，损坏电桥检流计，或者不能平衡，或因为交流参与电桥平衡，定位比例误差大。

行波反射法主要有二次脉冲法、三次脉冲法和脉冲电流法。脉冲电流法测得的波形复杂，理解起来困难，没有经验的人难以识别出故障点的反射脉冲。二次脉冲法保留了脉冲电流法用高压信号击穿故障点的做法，将低压脉冲法引入了高阻故障的测试，使波形更容易理解，便于掌握。三次脉冲法，先由高压短时脉冲击穿故障点，紧跟着中压脉冲维持足够长的燃弧，使低压脉冲同步更加可靠。但因高压电缆拥有交叉互联、T接头，波阻抗产生突变，使定位反射波十分复杂，难于定位，高压脉冲在该点也有能量损失，难以到达远处。

智能电压比较法能解决高压复杂电缆的低阻、稳定型高阻等故障定位，精度高，效率高。但智能电压比较法需要将故障电缆和辅助电缆的两端线芯引出来，一端为测试端，另一端连接短接线。GIS终端在电缆线路应用特别广泛，有些厂家的GIS终端可以通过地刀把电缆引出来，但考虑到GIS终端安全，有些单位不让在GIS终端地刀施加高压；而有些厂家的GIS终端根本无法通过地刀将电缆线芯引出来，需要花费几天时间打开GIS气室，工作量大。在长线路的高压电缆线路故障定位时使用起来比较困难。

发明内容

本发明为克服上述背景技术中所述的操作理解困难、定位比例差、不适用于长线路的110kV及以上高压电路的问题，提供一种110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法；本发明适用于长线路的复杂高压电路的故障定位，操作理解比较简单，分段排查可同时进行，加快故障定位的工作效率，缩短停电时间。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法，包括以下步骤：

故障区间判断：

第一步：将三相高压电缆***中电缆与其他电气设备断开，利用负极性的高压恒流电源P往三相高压电缆***中注入恒定电流I，使所述电流I流过故障点，再经所述故障电缆金属套或电缆线芯流回所述高压恒流电源P；

第二步：利用直流信号检测装置检测三相电缆中间接头金属套的直流电流信号，根据所述直流电流信号判断所述故障点在检测点的前段区间还是后段区间；

第三步：利用分段检测方法，缩小并确定新的故障区间；

第四步：若确定的新的故障区间的长度值大于预定阈值时，重复第二步和第三步；若故障区间的长度值小于预定阈值时，得到最小故障区间；

故障定位：将最小故障区间所在相的户外终端的线芯接地，在所述最小故障区间利用智能电压比较法和电缆故障精确定点装置找到所述故障点的位置。这样，三相电缆线路***中安装有接头金属套，在故障点发生绝缘击穿的故障电缆线路中，利用直流电流信号，通过分段区间判断，快速地缩小故障点所在的故障区间，当排查得到故障区间小于预定阈值时，采用户外终端线芯接地的方法，利用智能电压比较法和电缆故障精确定位装置能精确确定故障点的位置，整个技术方案易理解，操作简单。

优选的，所述的分段检测方法为二分法。

进一步的，所述高压恒流电源P和所述电流I的作用方式包括以下情形之一：

(1)所述高压恒流电源P的两端分别与故障电缆的线芯和金属套连接，通过高压恒流电源P向所述故障电缆的线芯或金属套之间注入恒定的电流I，所述电流I流过所述故障电缆线路中发生绝缘击穿的故障点时，会经金属套或电缆的线芯流回所述电源P。

(2)所述高压恒流电源P的两端分别与故障电缆的线芯和大地连接，通过高压恒流电源P向所述故障电缆的线芯或大地之间注入恒定的电流I，所述电流I由地网经过金属套接地，流过所述故障电缆线路中发生绝缘击穿的故障点，再经电缆的线芯流回所述电源P。这样，由于高压电缆为了避免接地环流过大，金属套一般采用交叉互联或者一端直接接地另一端保护接地两种方式，那么在金属套交叉互联的故障电缆***中，采用情形(1)；在金属套一端直接接地，另一端直接接地的故障电缆***中，采用情形(2)。

进一步的，所述的直流信号检测装置包括：

直流电流耦合卡钳：耦合被测电缆金属套上流过的直流电流。

滤波电路：将卡钳耦合的直流电流变成电压信号，并通过电感电容组成的共模电路抑制共模信号进入AD转换回路，由电阻电容组成的低通滤波电路滤除工频干扰。

A/D转换：将直流电压转换为数字信号，便于数字电路处理。

数字处理及显示单元：对A/D转换的数字信号进行处理，根据电流取样电阻大小将获得的直流电压信号换算成直流电流并显示。

进一步的，所述的智能电压比较法是将所述最小故障区间两端的金属套M、N悬空，再将最小故障区间相邻相上与M、N相对位置上的金属套O、P悬空；将M和O作为测试首端，N和P作为测试尾端，利用粗线短接，根据测试电压降得到比例数值，根据最小区间的电缆长度，计算所述故障点到最小故障区间两端的距离。

优选的，所述的电缆故障精确定点装置包括：

故障定位电源：通过所述M点对地施加高压脉冲；

故障定点仪：在所述最小故障区间敷设路径正上方探测故障点放电声波、磁场、声磁时间差值，找到故障点。

这样，在长线路的高压三相电缆电路中的户外终端，利用负极性的高压恒流电源在户外终端注入稳定的电流，电流流过电缆的金属套，在线路中点处的绝缘接头两端的金属套接地线利用直流信号智能采集装置中的直流电流卡钳能耦合金属套上的几百毫安的电流，经过滤波电路将直流电流卡钳耦合的直流电流变成电压信号，并通过电感电容组成的共模电路抑制共模信号进入A/D转换回路，由电阻电容组成的低通滤波电路滤除工频干扰，再经A/D转换回路将直流电压转换成数字信号，最后经数字处理单元对A/D转换的数字信号进行处理，根据电流取样电阻大小将获得的直流电压信号换算成直流电流并显示。根据检测到的直流电流信号的数值和直流电流信号与高压恒流电源的电流变化规律，判断故障点在检测点的前段区间还是后段区间，若故障点在检测点的前段区间，则下一个检测点在线路前段区间的中间的绝缘接头，若故障点在检测点的后段区间，则下一个检测点在后段区间的绝缘接头；这样利用二分法，可以不断缩小故障区间的范围，直到得到一个故障区间小于预定的阈值时，将此区间定义为最小故障区间；接着将最小故障区间所在相的户外终端的电缆线芯接地，再将最小故障区间两端的金属保护套悬空，两端标识为M和N，在相邻相上与M和N相对的位置标识为O和P，将O和P对应的金属套悬空，利用智能电压比较法，M和O作为测试首端，N和P作为测试尾端，利用粗短线短接，根据智能电压比较法得到比例数值，根据最小区间的电缆长度，计算故障点所在位置的距离。这样就可以分段排查，更快地缩小故障区间，在故障区间的距离比较小时，将户外终端的电缆线芯接地，采用智能电压法能更精确地确定故障点的距离，再利用故障定位电源，通过M点对地施加高压脉冲，借助故障定点仪，在最小故障区间电缆敷设路径正上方探测故障点放电声波、磁场、声磁时间差值，精确找到故障点的位置。

与现有技术相比，有益效果是：

1.操作理解比较简单，分段排查可同时进行，加快故障定位的工作效率，缩短停电时间。

2.在最小故障区间内，由于电缆距离较短，将最小故障区间所在相的户外终端的电缆线芯接地，采用智能电压法和精确定位装置能更精确地找到故障点，误差更小，效率更高。

附图说明

图1是本发明中直流信号智能采集装置的流程示意图。

图2是本发明运用在金属套采用交叉互联的电缆***中故障区间判断结构示意图。

图3是本发明运用在金属套采用交叉互联的电缆***中定位故障点的结构示意图。

图4是本发明运用在金属套采用一端直接接地另一端保护接地的电缆***中故障区间判断的结构示意图。

图5是本发明运用在金属套采用一端直接接地另一端保护接地的电缆***中故障定位结构示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1

本发明提供一种110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法，包括故障区间判断和故障定位，具体的：

故障区间判断：

如图2所示，将故障电缆GA与其它电气设备断开，在户外终端NA利用负极性的高压恒流电源P往故障电缆线芯和金属套之间注入恒定的电流I,I流过电缆的金属套，流过故障点，经电缆线芯流回电源P。

第一步：用二分法，先在线路的J_3A、J_3B、J_3C接头两侧接地线利用直流电流卡钳检测。只要在J_3A、J_3B、J_3C任意一个接头接地线分段电流检测器检测到直流电流，大小接近I，且该电流变化规律与高压横流电源电流变化一致：电源电流增大，此处电流跟着增大，电源电流减小此处电流减小，电源关闭此处电流为零。故障点在J₃接头到G_A之间。

第二步，利用二分法，在线路J_4A、J_4B、J_4C接头两侧利用直流电流卡钳检测。分段电流检测器检测到直流电流，且该电流与电源电流变化规律一致：电源电流增大，此处电流跟着增大，电源电流减小此处电流减小，电源关闭此处电流为零。故障点在J₄接头到G_A之间。

第三步，在线路J_5A、J_5B、J_5C接头两侧利用直流电流卡钳检测。分段电流检测器检测到直流电流为零。故可判断故障点在J₄到J₅接头之间，包括绝缘接头J_4A靠近G_A侧、J_4A到J_5A电缆本体、绝缘接头J_5A靠近N_A侧。

其中，如图1所示，直流信号智能采集装置，包括：

(1)直流电流耦合卡钳：耦合被测电缆金属套上流过的直流电流。

(2)滤波电路：将卡钳耦合的直流电流变成电压信号，并通过电感电容组成的共模电路抑制共模信号进入AD转换回路，由电阻电容组成的低通滤波电路滤除工频干扰。

(3)A/D转换：将直流电压转换为数字信号，便于数字电路处理。

(4)数字处理及显示单元：对A/D转换的数字信号进行处理，根据电流取样电阻大小将获得的直流电压信号换算成直流电流并显示。

故障定位判断

将最小故障区间所在相的户外终端的线芯接地，在最小故障区间利用智能电压比较法和电缆故障精确定点装置找到所述故障点的位置。

高压电缆的护层绝缘每年都要进行例行试验，确保护层绝缘状况良好。在电缆受到外力破坏发生主绝缘击穿时，在主绝缘击穿点处同时伴随外护套发生破损；在电缆运行过程中，发生主绝缘击穿时，有些击穿点处外护套绝缘没有破损。

如图3所示，将故障相N_A端电缆线芯接地，将A相最小故障区间的段电缆金属外护套悬空，金属套两端标识为M和N；将B相J₄到J₅段电缆金属套悬空，两端标识为O和P。利用智能电压比较法，M和O作为测试首端，N和P作为测试尾端，并利用粗短线短接，根据智能电压比较法得到比例数值，根据J₄到J₅段电缆长度，计算故障点F距离J₄接头的位置；最后在确定范围内采用电缆故障精确定点装置找到所述故障点的位置。

这种分段故障判别及定位方法，简化了复杂线路故障查找过程，大大提高了故障查找及电缆修复效率，对于供电提高供电可靠性具有重要的意义。

实施例2

本实施例与实施例1相类似，其不同之处在于：

所发生故障的电缆***为金属套采用一端直接接地另一端保护接地的方式。

故障区间判断：如图4所示，将故障电缆GA与其它电气设备断开，在户外终端NA利用负极性的高压恒流电源P往故障电缆线芯和大地之间注入恒定的电流I,电流I由地网经过金属套直接接地，经故障段金属套，流过故障点，经故障电缆的线芯流回电源P。

如图5所示为金属套采用一端直接接地另一端保护接地的电缆***故障定位结构示意图，在图5中，将故障相NA端电缆线芯接地。

本实施例的其他部分的步骤和工作原理与实施例相同。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法，其特征是，包括：

故障区间判断：

第一步：将三相高压电缆***中电缆与其他电气设备断开，利用负极性的高压恒流电源P往三相高压电缆***中注入恒定电流I，使所述电流I流过故障点，再经故障电缆的金属套或电缆线芯流回所述高压恒流电源P；

第二步：利用直流信号检测装置检测三相电缆中间接头金属套的直流电流信号，根据所述直流电流信号判断所述故障点在检测点的前段区间还是后段区间；

第三步：利用分段检测方法，缩小并确定新的故障区间；

第四步：若确定的新的故障区间的长度值大于预定阈值时，重复第二步和第三步；若故障区间的长度值小于预定阈值时，得到最小故障区间；

故障定位：将最小故障区间所在相的户外终端的电缆线芯接地，在所述最小故障区间利用智能电压比较法和电缆故障精确定点装置找到所述故障点的位置。

2.根据权利要求1所述的110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法，其特征是：所述分段检测方法为二分法。

3.根据权利要求1所述的110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法，其特征是：所述高压恒流电源P和所述电流I的作用方式包括以下情形之一：

(1)所述高压恒流电源P两端分别与故障电缆的线芯和金属套连接，通过高压恒流电源P向所述故障电缆线芯或故障电缆金属套之间注入恒定的电流I，所述电流I流过所述故障电缆线路中发生绝缘击穿的故障点时，会经所述故障电缆金属套或所述故障电缆线芯流回所述电源P；

(2)所述高压恒流电源P的两端分别与故障电缆的线芯和大地连接，通过高压恒流电源P向所述故障电缆线芯和大地之间注入恒定的电流I，所述电流I由地网经过金属套接地，流过所述故障电缆线路中发生绝缘击穿的故障点，再经所述故障电缆线芯流回所述电源P。

4.根据权利要求1所述的110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法，其特征是：所述的直流信号检测装置包括：

直流电流耦合卡钳：耦合被测电缆金属套上流过的直流电流；

滤波电路：将卡钳耦合的直流电流变成电压信号，并通过电感电容组成的共模电路抑制共模信号进入AD转换回路，由电阻电容组成的低通滤波电路滤除工频干扰；

A/D转换：将直流电压转换为数字信号，便于数字电路处理；

数字处理及显示单元：对A/D转换的数字信号进行处理，根据电流取样电阻大小将获得的直流电压信号换算成直流电流并显示。

5.根据权利要求1所述的110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法，其特征是：所述的智能电压比较法是将所述最小故障区间两端的金属套M、N悬空，再将最小故障区间相邻相上与M、N相对位置上的金属套O、P悬空；将M和O作为测试首端，N和P作为测试尾端，利用粗线短接，根据测试电压降的比例数值，根据最小故障区间的电缆长度，计算所述故障点到最小故障区间两端的距离。

6.根据权利要求5所述的110kV及以上高压复杂电缆故障快速分段判别及定位方法，其特征是：所述的电缆故障精确定点装置包括：

故障定位电源：通过所述M点对地施加高压脉冲；

故障定点仪：在所述最小故障区间敷设路径的正上方探测故障点放电声波、磁场或声磁时间差值，找到故障点。

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