CN115469189A - 基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法 - Google Patents

基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法 Download PDF

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CN115469189A CN202211236084.XA CN202211236084A CN115469189A CN 115469189 A CN115469189 A CN 115469189A CN 202211236084 A CN202211236084 A CN 202211236084A CN 115469189 A CN115469189 A CN 115469189A
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顾黄晶
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孙伟莎
严其强
范世峰
沈磊
解大
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Abstract

本发明涉及一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法，包括以下步骤：当电缆正常运行时，对电缆护套首末端电流进行数据采集；当电缆发生接地故障时，采集电缆护套的首末端电流，并与电缆正常运行时对比，根据当前时刻电缆护套各相的首末端电流相比于正常运行时的大小变化，判断故障发生的相和故障类型；将护套故障相的首末端电流作比，得到首末电流比；将护套故障相最大电流与电缆载流量作比，得到环流比；根据所述首末电流比和环流比判断电缆护套接地故障的位置区间。与现有技术相比，本发明不需要额外的监测装置，只需对现有监测数据进行收集和分析即可，不需要复杂的故障检测设备，检测成本得到减少。

Description

基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法
技术领域
本发明涉及电缆故障判断技术领域，尤其是涉及基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法。
背景技术
近十多年来，地下电缆因其不占地面、不影响城市交通等优点，被大量运用在城市高压输配电***中。同时，城市地下110kV及以上高压单芯XLPE电缆输配电***的事故也时常发生，给电网的安全运行带来了极大的威胁。地下高压电缆通常采用电缆护套交叉接地方式来满足远距离传输电能和降低自身热损失。因而电缆护套接地短路故障快速定位成为运行维护人员维护工作的关键一环。现有常见检测电缆护套接地短路故障方法有电桥法和时域反射法。
电桥法：由高压发生器与桥体、高灵敏度检流计组成。利用故障点两侧电缆护套电阻与比例电阻构成惠斯通电桥，当检流计指零时电桥达到平衡，电桥桥臂对应电阻比值相等，再依据电阻率公式，护套电阻之比等于电缆长度之比，得到：电缆护套故障距离＝电缆全长×定位旋钮指示比。
时域反射法：根据雷达原理，测量装置发射脉冲信号，脉冲通过电力电缆的路径传播，在电缆故障点处反射回来脉冲信号，根据反射信号的波形幅值和形状判断电缆故障类型和性质。
现有方法存在以下缺陷：
1、电桥法易受干扰，故障相电缆附近正在运行的非故障相电缆等使得电桥无法平衡。
2、时域反射法检测波头易受电缆老化影响，且检测装置价格较高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在检测装置价格较高的缺陷而提供一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法，包括以下步骤：
当电缆正常运行时，对电缆护套首末端电流进行数据采集；
当电缆发生接地故障时，采集电缆护套的首末端电流，并与电缆正常运行时对比，根据当前时刻电缆护套各相的首末端电流相比于正常运行时的大小变化，判断故障发生的相和故障类型；
将护套故障相的首末端电流作比，得到首末电流比；将护套故障相最大电流与电缆载流量作比，得到环流比；根据所述首末电流比和环流比判断电缆护套接地故障的位置区间。
进一步地，若单相电缆护套首末端电流增大幅度大于预设的增大幅度阈值；且其余两相电缆护套首末端电流变化幅度均位于预设的变化幅度范围以内，则增大超过阈值的单相为故障发生的相，故障类型为护套单相接地短路故障。
进一步地，若两相电缆护套首末端电流增大幅度均大于预设的接地增大幅度阈值；且其余一相电缆护套首末端电流变化幅度均位于预设的变化幅度范围以内，则增大超过阈值的两相为故障发生的相，故障类型为护套两相接地短路故障。
进一步地，若两相电缆护套首末端电流增大幅度均大于预设的短路增大幅度阈值；且其余一相电缆护套首末端电流变化幅度均位于预设的变化幅度范围以内，则增大超过阈值的两相为故障发生的相，故障类型为护套两相短路故障，所述短路增大幅度阈值大于所述接地增大幅度阈值。
进一步地，若三相电缆护套首末端电流增大幅度均大于预设的增大幅度阈值，则增大超过阈值的两相为故障发生的相，故障类型为护套两相短路故障。
进一步地，对于护套单相接地短路故障；
若护套故障相的首末电流比在0.9-1.2范围以内、环流比在0.01-0.15范围以内，则故障距离子0-90米范围以内；
若护套故障相的首末电流比大于1、环流比在0.15-0.06范围以内，则故障距离子90-420米范围以内；
若护套故障相的首末电流比小于1、环流比在0.05-0.07范围以内，则故障距离子420-1340米范围以内；
若护套故障相的首末电流比在1-1.2范围以内、环流比在0.01-0.15范围以内，则故障距离子1340-1500米范围以内。
进一步地，对于护套两相接地短路故障；
若一个护套故障相的首末电流比小于0.8，另一个护套故障相的首末电流比大于1.5，环流比小于0.03，则故障距离在0-170米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比在0.85-0.95范围以内，另一个护套故障相的首末电流比在1.2-1.5范围以内，环流比在0.03-0.08范围以内，则故障距离在170-450米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比在0.8-0.9范围以内，另一个护套故障相的首末电流比在1-1.2范围以内，环流比在0.06-0.08范围以内，则故障距离在450-820米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比在0.9-1范围以内，另一个护套故障相的首末电流比在0.9-1范围以内，环流比在0.07-0.085范围以内，则故障距离在820-960米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比在0.95-1.05范围以内，另一个护套故障相的首末电流比在0.8-0.9范围以内，环流比在0.04-0.085范围以内，则故障距离在960-1340米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比大于1，另一个护套故障相的首末电流比在0.7-0.8范围以内，环流比在0.03-0.085范围以内，则故障距离在1340-1500米范围以内。
进一步地，对于护套三相接地短路故障；
若护套故障A相的首末电流比大于1.24、护套故障B相的首末电流比小于0.78、护套故障C相的首末电流比大于1.37，且环流比小于0.04，则故障距离在0-150米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比在1.14-1.24、护套故障B相的首末电流比在0.85-0.9范围以内、护套故障C相的首末电流比在1.1-1.37范围以内，且环流比在0.04-0.1范围以内，则故障距离在150-430米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比在1.12-1.26范围以内、护套故障B相的首末电流比在0.85-0.88范围以内、护套故障C相的首末电流比在1-1.1范围以内，且环流比在0.1-0.15范围以内，则故障距离在430-645米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比在1.12-1.26范围以内、护套故障B相的首末电流比在0.85-0.88范围以内、护套故障C相的首末电流比在0.88-1范围以内，且环流比在0.1-0.15范围以内，则故障距离在645-1060米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比在1.14-1.28范围以内、护套故障B相的首末电流比在0.75-0.88范围以内、护套故障C相的首末电流比在0.8-0.88范围以内，且环流比在0.04-0.1范围以内，则故障距离在1060-1350米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比大于1.28、护套故障B相的首末电流比在0.73-0.77范围以内、护套故障C相的首末电流比小于0.8，且环流比小于0.04，则故障距离在1350-1500米范围以内。
进一步地，预先通过仿真模拟电缆护套在不同位置发生不同类型短路故障情况，并获取电缆护套各相首末电流比和环流比，从而得到电缆护套在不同类型短路故障下首末电流比和环流比与电缆护套接地故障位置的对应关系。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明针对护套接地短路故障，通过分析发现，首末端ABC接地电流之间大小变化与故障发生的相和故障类型的对应规律，以及首末电流比和环流比与电缆护套接地故障的大致位置的对应关系，通过预先模拟，确定了具体的判断方法，实现故障发生的相和故障类型以及故障位置的判断，法不需要额外的监测装置，只需对现有监测数据进行收集和分析即可，检测成本得到减少。
(2)本方法不需要对现有电缆***进行结构更改，不会给其带来新的问题。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种护套A相接地短路环流比和首末电流比与故障距离的对应示意图；
图2为本发明实施例中提供的一种护套BC相接地短路环流比和首末电流比与故障距离的对应示意图；
图3为本发明实施例中提供的一种护套三相短路环流比和首末电流比与故障距离的对应示意图；
图4为本发明实施例中提供的一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法的流程示意图；
图5为本发明实施例中提供的一种电缆交叉互联示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
实施例1
本实施例提供一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法，包括以下步骤：
当电缆正常运行时，对电缆护套首末端电流进行数据采集；
当电缆发生接地故障时，采集电缆护套的首末端电流，并与电缆正常运行时对比，根据当前时刻电缆护套各相的首末端电流相比于正常运行时的大小变化，判断故障发生的相和故障类型；
将护套故障相的首末端电流作比，得到首末电流比；将护套故障相最大电流与电缆载流量作比，得到环流比；根据首末电流比和环流比判断电缆护套接地故障的位置区间。
故障发生的相和故障类型的判断过程具体为：
若单相电缆护套首末端电流增大幅度大于预设的增大幅度阈值；且其余两相电缆护套首末端电流变化幅度均位于预设的变化幅度范围以内，则增大超过阈值的单相为故障发生的相，故障类型为护套单相接地短路故障。
若两相电缆护套首末端电流增大幅度均大于预设的接地增大幅度阈值；且其余一相电缆护套首末端电流变化幅度均位于预设的变化幅度范围以内，则增大超过阈值的两相为故障发生的相，故障类型为护套两相接地短路故障。
若两相电缆护套首末端电流增大幅度均大于预设的短路增大幅度阈值；且其余一相电缆护套首末端电流变化幅度均位于预设的变化幅度范围以内，则增大超过阈值的两相为故障发生的相，故障类型为护套两相短路故障，短路增大幅度阈值大于接地增大幅度阈值。
进一步地，若三相电缆护套首末端电流增大幅度均大于预设的增大幅度阈值，则增大超过阈值的两相为故障发生的相，故障类型为护套两相短路故障。
电缆护套接地故障的位置区间的判断过程具体为：
对于护套单相接地短路故障；
若护套故障相的首末电流比在0.9-1.2范围以内、环流比在0.01-0.15范围以内，则故障距离子0-90米范围以内；
若护套故障相的首末电流比大于1、环流比在0.15-0.06范围以内，则故障距离子90-420米范围以内；
若护套故障相的首末电流比小于1、环流比在0.05-0.07范围以内，则故障距离子420-1340米范围以内；
若护套故障相的首末电流比在1-1.2范围以内、环流比在0.01-0.15范围以内，则故障距离子1340-1500米范围以内。
对于护套两相接地短路故障；
若一个护套故障相的首末电流比小于0.8，另一个护套故障相的首末电流比大于1.5，环流比小于0.03，则故障距离在0-170米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比在0.85-0.95范围以内，另一个护套故障相的首末电流比在1.2-1.5范围以内，环流比在0.03-0.08范围以内，则故障距离在170-450米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比在0.8-0.9范围以内，另一个护套故障相的首末电流比在1-1.2范围以内，环流比在0.06-0.08范围以内，则故障距离在450-820米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比在0.9-1范围以内，另一个护套故障相的首末电流比在0.9-1范围以内，环流比在0.07-0.085范围以内，则故障距离在820-960米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比在0.95-1.05范围以内，另一个护套故障相的首末电流比在0.8-0.9范围以内，环流比在0.04-0.085范围以内，则故障距离在960-1340米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比大于1，另一个护套故障相的首末电流比在0.7-0.8范围以内，环流比在0.03-0.085范围以内，则故障距离在1340-1500米范围以内。
对于护套三相接地短路故障；
若护套故障A相的首末电流比大于1.24、护套故障B相的首末电流比小于0.78、护套故障C相的首末电流比大于1.37，且环流比小于0.04，则故障距离在0-150米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比在1.14-1.24、护套故障B相的首末电流比在0.85-0.9范围以内、护套故障C相的首末电流比在1.1-1.37范围以内，且环流比在0.04-0.1范围以内，则故障距离在150-430米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比在1.12-1.26范围以内、护套故障B相的首末电流比在0.85-0.88范围以内、护套故障C相的首末电流比在1-1.1范围以内，且环流比在0.1-0.15范围以内，则故障距离在430-645米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比在1.12-1.26范围以内、护套故障B相的首末电流比在0.85-0.88范围以内、护套故障C相的首末电流比在0.88-1范围以内，且环流比在0.1-0.15范围以内，则故障距离在645-1060米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比在1.14-1.28范围以内、护套故障B相的首末电流比在0.75-0.88范围以内、护套故障C相的首末电流比在0.8-0.88范围以内，且环流比在0.04-0.1范围以内，则故障距离在1060-1350米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比大于1.28、护套故障B相的首末电流比在0.73-0.77范围以内、护套故障C相的首末电流比小于0.8，且环流比小于0.04，则故障距离在1350-1500米范围以内。
如图4所示，具体实施过程包括以下步骤：
Ⅰ、根据现有电缆护套电流在线监测***，收集电缆护套正常运行时，如图5所示，电缆芯线载流量和护套首末端接地电流，将其储存在专门的数据库中，作为基础信息。
Ⅱ、电缆护套接地故障步骤具体如下：
第一步：
S1.1通过仿真获得，电缆护套在不同位置发生不同类型接地短路故障情况下，护套首末端电流值。
S1.2将故障数据归类并做分析图。
S1.3分析各故障范围内，首末端电流比和环流比的取值范围。
第二步：
S2.1通过现有电缆护套电流在线监测发现电流异常情况。
S2.2通过电流异常时，各相电流大小情况，分析故障相和故障类型。
第三步：
S3.1将护套故障相的首末电流作比
S3.2将护套故障相最大电流与电缆载流量作比。
S3.3根据上述两个比值，找到第一步中护套发生故障的大概范围。
Ⅲ、
1、故障数据及归类和分析图具体实现如下：
以ZBYJLW03-Z 64/110kV–1000mm2电缆为例，采用护套交叉互联接地，分3段，每段500m，总长1500m。在ATP-EMTP软件中进行故障仿真。取大地电阻率为100Ω●m，单回、电缆水平排列、相间距离0.3m、电缆敷设在地面下1m。假设电缆***电压为110kV，载流量恒为457A(线芯电流I)，电缆护套两端接地电阻为0.1Ω。
分别取环流比I0％(护套首端或末端接地电流中的较大值与线芯电流之比)，首末电流比I1％(护套首端接地电流与末端接地电流之比)
Figure BDA0003882885440000081
Figure BDA0003882885440000082
式中i＝a，b，c，Ibegin-i，Iend-i分别为电缆护套首末端电流。
表1正常运行护套首末端电流
Figure BDA0003882885440000083
(A)护套单相接地短路
假设护套在A相发生单相接地短路故障，故障处距首端为L m，故障电阻为0.1Ω。分别测量护套首末端护套接地电流，仿真结果如下：
表2护套A相接地短路护套首末端电流
Figure BDA0003882885440000084
Figure BDA0003882885440000091
根据表2可作分析图1。
(B)护套两相接地短路
假设护套在BC相发生两相接地短路故障，故障处距首端为L m，故障电阻为0.1Ω。分别测量护套首末端护套接地电流，仿真结果如下：
表3护套BC相接地短路护套首末端电流
Figure BDA0003882885440000092
Figure BDA0003882885440000101
根据表3可作分析图2。
(C)护套三相接地短路
假设护套发生三相短路故障，故障处距首端为L m，故障电阻为0.1Ω。分别测量护套首末端护套接地电流，仿真结果如下：
表4护套三相接地短路护套首末端电流
Figure BDA0003882885440000102
Figure BDA0003882885440000111
根据表4可做分析图3。
2、故障判断区间具体实现如下：
(A)护套单相接地短路
利用分析图1可得：
表5故障区间判断
Figure BDA0003882885440000112
(B)护套两相接地短路
利用分析图2可得：
表6故障区间判断
Figure BDA0003882885440000113
(C)护套三相接地短路
利用分析图3可得：
表7故障区间判断
Figure BDA0003882885440000121
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
当电缆正常运行时，对电缆护套首末端电流进行数据采集；
当电缆发生接地故障时，采集电缆护套的首末端电流，并与电缆正常运行时对比，根据当前时刻电缆护套各相的首末端电流相比于正常运行时的大小变化，判断故障发生的相和故障类型；
将护套故障相的首末端电流作比，得到首末电流比；将护套故障相最大电流与电缆载流量作比，得到环流比；根据所述首末电流比和环流比判断电缆护套接地故障的位置区间。
2.根据权利要求1所述的一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法，其特征在于，若单相电缆护套首末端电流增大幅度大于预设的增大幅度阈值；且其余两相电缆护套首末端电流变化幅度均位于预设的变化幅度范围以内，则增大超过阈值的单相为故障发生的相，故障类型为护套单相接地短路故障。
3.根据权利要求1所述的一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法，其特征在于，若两相电缆护套首末端电流增大幅度均大于预设的接地增大幅度阈值；且其余一相电缆护套首末端电流变化幅度均位于预设的变化幅度范围以内，则增大超过阈值的两相为故障发生的相，故障类型为护套两相接地短路故障。
4.根据权利要求3所述的一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法，其特征在于，若两相电缆护套首末端电流增大幅度均大于预设的短路增大幅度阈值；且其余一相电缆护套首末端电流变化幅度均位于预设的变化幅度范围以内，则增大超过阈值的两相为故障发生的相，故障类型为护套两相短路故障，所述短路增大幅度阈值大于所述接地增大幅度阈值。
5.根据权利要求1所述的一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法，其特征在于，若三相电缆护套首末端电流增大幅度均大于预设的增大幅度阈值，则增大超过阈值的两相为故障发生的相，故障类型为护套两相短路故障。
6.根据权利要求1所述的一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法，其特征在于，对于护套单相接地短路故障；
若护套故障相的首末电流比在0.9-1.2范围以内、环流比在0.01-0.15范围以内，则故障距离子0-90米范围以内；
若护套故障相的首末电流比大于1、环流比在0.15-0.06范围以内，则故障距离子90-420米范围以内；
若护套故障相的首末电流比小于1、环流比在0.05-0.07范围以内，则故障距离子420-1340米范围以内；
若护套故障相的首末电流比在1-1.2范围以内、环流比在0.01-0.15范围以内，则故障距离子1340-1500米范围以内。
7.根据权利要求1所述的一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法，其特征在于，对于护套两相接地短路故障；
若一个护套故障相的首末电流比小于0.8，另一个护套故障相的首末电流比大于1.5，环流比小于0.03，则故障距离在0-170米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比在0.85-0.95范围以内，另一个护套故障相的首末电流比在1.2-1.5范围以内，环流比在0.03-0.08范围以内，则故障距离在170-450米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比在0.8-0.9范围以内，另一个护套故障相的首末电流比在1-1.2范围以内，环流比在0.06-0.08范围以内，则故障距离在450-820米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比在0.9-1范围以内，另一个护套故障相的首末电流比在0.9-1范围以内，环流比在0.07-0.085范围以内，则故障距离在820-960米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比在0.95-1.05范围以内，另一个护套故障相的首末电流比在0.8-0.9范围以内，环流比在0.04-0.085范围以内，则故障距离在960-1340米范围以内；
若一个护套故障相的首末电流比大于1，另一个护套故障相的首末电流比在0.7-0.8范围以内，环流比在0.03-0.085范围以内，则故障距离在1340-1500米范围以内。
8.根据权利要求1所述的一种基于护套首末端电流比和环流比的电缆护套故障判断方法，其特征在于，对于护套三相接地短路故障；
若护套故障A相的首末电流比大于1.24、护套故障B相的首末电流比小于0.78、护套故障C相的首末电流比大于1.37，且环流比小于0.04，则故障距离在0-150米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比在1.14-1.24、护套故障B相的首末电流比在0.85-0.9范围以内、护套故障C相的首末电流比在1.1-1.37范围以内，且环流比在0.04-0.1范围以内，则故障距离在150-430米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比在1.12-1.26范围以内、护套故障B相的首末电流比在0.85-0.88范围以内、护套故障C相的首末电流比在1-1.1范围以内，且环流比在0.1-0.15范围以内，则故障距离在430-645米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比在1.12-1.26范围以内、护套故障B相的首末电流比在0.85-0.88范围以内、护套故障C相的首末电流比在0.88-1范围以内，且环流比在0.1-0.15范围以内，则故障距离在645-1060米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比在1.14-1.28范围以内、护套故障B相的首末电流比在0.75-0.88范围以内、护套故障C相的首末电流比在0.8-0.88范围以内，且环流比在0.04-0.1范围以内，则故障距离在1060-1350米范围以内；
若护套故障A相的首末电流比大于1.28、护套故障B相的首末电流比在0.73-0.77范围以内、护套故障C相的首末电流比小于0.8，且环流比小于0.04，则故障距离在1350-1500米范围以内。
9.根据权利要求1所述的一种基于护套首末端电流比的电缆护套开路故障判断方法，其特征在于，预先通过仿真模拟电缆护套在不同位置发生不同类型短路故障情况，并获取电缆护套各相首末电流比和环流比，从而得到电缆护套在不同类型短路故障下首末电流比和环流比与电缆护套接地故障位置的对应关系。
10.根据权利要求9所述的一种基于护套首末端电流比的电缆护套开路故障判断方法，其特征在于，采用ATP-EMTP进行所述仿真模拟。
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