摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與城市化進(jìn)程的不斷加快，電能在社會(huì)各個(gè)方面發(fā)揮的作用越來越突出，社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)于電力的依賴程度不斷加深。因此，人們對(duì)配電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性與安全性提出了更高的要求。配電網(wǎng)線路絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)能夠進(jìn)一步確保電力線路供電的安全性，其重要性不言而喻?；诖?，本文筆者結(jié)合相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，通過建立各類數(shù)學(xué)模型，對(duì)配電網(wǎng)線路絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)展開詳細(xì)論述與分析，望借此為實(shí)際工作提供參考的依據(jù)，并為配電網(wǎng)線路的安全供電提供有力保障。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)線路；絕緣狀態(tài)；在線監(jiān)測(cè)；分析

中圖分類號(hào)：TM855.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）35-0074-02

1 引 言

就當(dāng)前實(shí)際狀況而言，大多數(shù)工業(yè)、礦業(yè)都需要通過電纜實(shí)現(xiàn)長距離供電；因此，其往往都需要面臨極其惡劣的運(yùn)行環(huán)境，極易出現(xiàn)接地故障，從而導(dǎo)致電纜線路絕緣被嚴(yán)重破壞，誘發(fā)單相接地故障；不僅阻礙了企業(yè)的正常生產(chǎn)活動(dòng)，而且給施工人員帶來了極大的安全隱患，情節(jié)嚴(yán)重者會(huì)誘發(fā)安全事故。因此，深入研究配電網(wǎng)線路絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。就目前來看，配電網(wǎng)線路的對(duì)地絕緣參數(shù)測(cè)量的主要方法有兩種：①離線監(jiān)測(cè)；②在線監(jiān)測(cè)。但是由于離線監(jiān)測(cè)通常需要在停電的狀態(tài)下進(jìn)行，從而影響企業(yè)的正常生產(chǎn)與發(fā)展，因此頻率較低。

而在線監(jiān)測(cè)是近些年來新興發(fā)展起來的一種用于配電網(wǎng)線路絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方法，其能夠?qū)Σ煌€路絕緣存在的各種問題與狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在保證配電網(wǎng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化了線路的絕緣預(yù)警功能。當(dāng)前配電網(wǎng)線路絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)主要使用到的方法有直流疊加法與直流分量法。這些監(jiān)測(cè)方法的主要對(duì)象通常是交聯(lián)聚乙烯110kV及其以上的高壓電力電纜，無法對(duì)低壓配網(wǎng)特別是電壓等級(jí)不超過35kV的配電網(wǎng)線路絕緣狀況進(jìn)行檢測(cè)。因此，相關(guān)部門需要就此進(jìn)行不斷完善與創(chuàng)新。

2 配電網(wǎng)電纜絕緣參數(shù)測(cè)的基本原理

以中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)為例來看，若是配電網(wǎng)眾多饋線支路中的某一條出現(xiàn)單相接地故障，則整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)零序電壓。整個(gè)配電網(wǎng)包括三條支路，各支路中的三相對(duì)地電容完全相同，依次用分布參數(shù)C1、C2、C3進(jìn)行表示；同時(shí)，各支路中的三相絕緣電阻也完成相同，依次用分布參數(shù)r1、r2、r3進(jìn)行表示。若是其中的一條支路（本次研究假設(shè)N1支路的A相出現(xiàn)單項(xiàng)接地故障）出現(xiàn)單相接地故障，通過戴維南等效電理就能夠計(jì)算出系統(tǒng)對(duì)地總的零序阻抗以及單相接地故障后線路產(chǎn)生的零序電壓。

在零序電壓的影響下，系統(tǒng)會(huì)隨之出現(xiàn)零序電流，故障支路N1的的零序電流會(huì)流過該支路的絕緣電阻以及對(duì)地電容，從而形成閉合回路；而通過故障支路的零序電流互感器能夠獲取全部非故障支路、流經(jīng)中性點(diǎn)消弧線圈的零序電流。

基于此，對(duì)于非故障線路來說，在線路出現(xiàn)單相接地故障后測(cè)得的相關(guān)線路以及中性點(diǎn)的零序電流，使用相關(guān)的數(shù)學(xué)公式模型，就能夠較為精確的計(jì)算出其余非故障支路的具體絕緣電阻以及對(duì)地電容。但是，因?yàn)楣收现妨阈螂娏骰ジ衅鞑痪邆錂z測(cè)該條支護(hù)零序電流的功能，所以，無法直接獲得故障支路的絕緣參數(shù)。

為了能夠獲得故障支路的絕緣參數(shù)，就需要重新在剩余兩條支路中進(jìn)行單項(xiàng)接地故障實(shí)驗(yàn)，即假設(shè)支路N2或者N3發(fā)生單項(xiàng)接地故障，則使用前文論述的零序電流獲取方法，就能夠計(jì)算出N1支路的絕緣參數(shù)。

3 調(diào)制信號(hào)基頻分量的主要提取措施

過去調(diào)制信號(hào)基頻分量的提取方法主要以DFT采樣方法為主；這種采樣方法具有明顯的弊端，如：為了避免頻譜泄漏，必須進(jìn)行同步采樣；獲得的相位存在較大的誤差。因此，本文筆者強(qiáng)化了半波傅里葉算法對(duì)諧波分量與非周期分量抑制能力的前提下，實(shí)行基于調(diào)制技術(shù)的基頻提取方法。為了解決卡爾曼濾波算法中難以精確估計(jì)較為復(fù)雜的噪聲參數(shù)問題，加入了具有較窄過渡帶的切比雪夫低通濾波器。因此，本文收據(jù)數(shù)據(jù)的主要對(duì)象是線路出現(xiàn)單相接地故障后電流以及零序電壓的穩(wěn)態(tài)信號(hào)，所以說通過相關(guān)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出的基頻相位以及幅值從某種意義上來說等同于零序電壓與不同支路零序電流的基頻信號(hào)。如此這樣，就能夠精確計(jì)算出目標(biāo)線路的實(shí)際對(duì)地絕緣參數(shù)。

4 測(cè)試過程中電壓與時(shí)間的確定

4.1 測(cè)試電壓

對(duì)絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試的過程中，必須對(duì)施加的直流電壓進(jìn)行合理控制。直流電壓過低，則會(huì)降低測(cè)試的靈敏度以及測(cè)試結(jié)果的精確性；直流電壓過高，則會(huì)使絕緣內(nèi)部形成局部放電，不僅會(huì)破壞配電網(wǎng)線路的絕緣，而且會(huì)大幅降低測(cè)試的精確性。通常來說，35kV及其以下的電力電纜，其在測(cè)試過程中電壓一般維持在100～3000V之間，具體數(shù)值需要視實(shí)際狀況而定。

4.2 測(cè)試順序

為了快速找到電力電纜在進(jìn)行耐壓試驗(yàn)的時(shí)候可能出現(xiàn)但卻沒有具體表現(xiàn)出現(xiàn)的各種缺陷，絕緣電阻測(cè)試應(yīng)當(dāng)盡可能安排在耐壓試驗(yàn)之后。

4.3 測(cè)試中的讀數(shù)時(shí)間

測(cè)試線路在施加相應(yīng)等級(jí)的電壓之后，線路絕緣會(huì)出現(xiàn)三種隨著時(shí)間延長而不斷減小的電流；基于此，從理論上來看，應(yīng)當(dāng)?shù)鹊饺N電流全部消失之后，才對(duì)導(dǎo)電電流的實(shí)際數(shù)值進(jìn)行收集，從而精確計(jì)算出線路絕緣電阻的實(shí)際數(shù)值。但是，如果等待三種電流全部消失，就需要較長時(shí)間，會(huì)間接提高相關(guān)工作的量，同時(shí)還會(huì)帶來各種不確定因素，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最終影響測(cè)量的準(zhǔn)確性?；诖?，本次研究結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，在線路接通電流后1min進(jìn)行讀數(shù)；提高讀數(shù)可比性與重復(fù)性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高測(cè)試結(jié)果的精確性與測(cè)試的效率。

5 試驗(yàn)結(jié)果討論與性能評(píng)價(jià)

接下來，本文筆者將實(shí)施人工單相接地實(shí)驗(yàn)，為了最大限度模擬真實(shí)狀況，使用隔離變壓器代替系統(tǒng)電源，使用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方法，實(shí)際模擬的饋線僅有三條，具體長度分別為：14、12、10km。使用集中參數(shù)來代替線路對(duì)地分布參數(shù)，變壓器二次電壓為660V、一次電壓為380V，通過Labview搜集卡記錄四個(gè)不同檢測(cè)點(diǎn)的電磁傳感器實(shí)際發(fā)出的信號(hào)，每一個(gè)工頻周期通常為128個(gè)點(diǎn)。

5.1 仿真算例1

第一次試驗(yàn)的時(shí)候把模擬饋線N2與變壓器之間的距離擬定為10km，合閘角為90°；第二次試驗(yàn)的時(shí)候把模擬饋線N3與變壓器之間的距離擬定為8km，合閘角同樣是90°。兩次試驗(yàn)測(cè)量接地電阻所得的絕緣參數(shù)誤差不超過1%，但對(duì)地電容誤差偏高；分析其原因，是由于低通濾波器設(shè)置參數(shù)錯(cuò)誤引起的?；诖?，筆者重新設(shè)計(jì)了低通濾波器的通帶，從而盡可能降低測(cè)量誤差。

5.2 仿真算例2

以仿真算例1位基礎(chǔ)，讓模擬饋線N2與N3分別在距離變壓器10km的方位進(jìn)行單項(xiàng)接地故障，其余基本參數(shù)與仿真算例1保持一致，只增大接地電阻。雖然絕緣參數(shù)實(shí)際誤差略大，但仍在允許的范圍之內(nèi)，因此不會(huì)影響到最終的試驗(yàn)結(jié)果。

5.3 仿真算例3

以仿真算例1為基礎(chǔ)，保持單項(xiàng)接地故障的接地電阻與初始相位與仿真算例1中對(duì)應(yīng)的數(shù)值保持一直；區(qū)別在于第一次試驗(yàn)N2和變壓器之間的距離調(diào)整為8km，而第二次試驗(yàn)N3與變壓器之間的距離調(diào)整為12km。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著故障距離的不斷增加，同樣會(huì)增加測(cè)量的誤差，但是不會(huì)對(duì)最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。

綜上所述，在實(shí)際監(jiān)測(cè)過程中無需考慮故障距離、接地電阻以及故障出相角等相關(guān)因素。

6 結(jié)束語

通過本文的論述，現(xiàn)場(chǎng)單相接地故障的關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)實(shí)施記錄以及單相接地實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)態(tài)測(cè)量方法在不同種類的中性點(diǎn)接地方式中都能夠?qū)嶋H應(yīng)用，同時(shí)測(cè)量結(jié)果更為精確。不僅如此，這種方式還可以為配電網(wǎng)線路絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)提供指導(dǎo)，但實(shí)際操作需進(jìn)一步深入研究。

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收稿日期：2018-11-3

作者簡(jiǎn)介：鄧淑雄（1985-），男，工程師，碩士，主要從事配網(wǎng)運(yùn)行檢修和供電服務(wù)工作。