吳琳楠

摘要：我國(guó)供電網(wǎng)絡(luò)是世界上最大的供電網(wǎng)絡(luò)，其覆蓋范圍廣、區(qū)間跨區(qū)大，因此供電的難度也很大。在長(zhǎng)距離輸電過(guò)程中，電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用非常關(guān)鍵，監(jiān)測(cè)精度關(guān)系到故障判斷的準(zhǔn)確率和故障具體發(fā)生位置的判斷。強(qiáng)化長(zhǎng)距離電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)和故障定位技術(shù)的研究對(duì)于我國(guó)電力產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)效發(fā)展有著重要的意義，因此本人選擇該課題進(jìn)行了研究，希望對(duì)我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)距離供電;電纜絕緣;在線監(jiān)測(cè);故障定位

隨著我國(guó)供電技術(shù)的發(fā)展，長(zhǎng)距離輸電效率和質(zhì)量逐步得到提升。長(zhǎng)距離輸電過(guò)程中最為重要的一環(huán)是對(duì)電纜絕緣進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)獲取電纜絕緣的各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和指標(biāo)，通過(guò)分析數(shù)據(jù)找出線路的故障所在區(qū)域，進(jìn)而對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行分析和處理。電纜絕緣體在電場(chǎng)作用、風(fēng)力作用和機(jī)械作用下容易出現(xiàn)老化的問(wèn)題，如果絕緣體結(jié)構(gòu)發(fā)生較為明顯的變化，這一影響到長(zhǎng)距離輸電的質(zhì)量。因此必須采取措施對(duì)電纜故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并及時(shí)地對(duì)相關(guān)故障進(jìn)行處理。

一、長(zhǎng)距離電力電纜絕緣監(jiān)測(cè)方法

在各個(gè)小段中三相電纜金屬護(hù)層的分布形式是分段交叉互聯(lián)，不過(guò)這種分布方法中的三相電纜導(dǎo)電線芯的分布形式非交叉互聯(lián)形式，在三相電纜主絕緣中的容性電流和阻性電流經(jīng)由導(dǎo)電線芯流向電纜護(hù)層，雖然無(wú)法利用測(cè)量電纜接地線中電流的方法將電纜主絕緣電流具體素質(zhì)測(cè)量，但是若將導(dǎo)電線芯至電纜主絕緣流動(dòng)的電流測(cè)定，那么就能將該問(wèn)題解決。針對(duì)此問(wèn)題，可以采取同時(shí)測(cè)得電纜兩端導(dǎo)電線芯電流的方法進(jìn)行獲取電流數(shù)據(jù)，因?yàn)殡娏骶哂羞B續(xù)性特點(diǎn)，測(cè)量時(shí)也要要將電纜無(wú)源性考慮在內(nèi)，三相電纜主絕緣中通過(guò)的電流計(jì)算方法為各相電纜首端導(dǎo)電線芯中流經(jīng)的電流與該電纜末端導(dǎo)電線芯流經(jīng)電流的差值。線芯電感、電容和電阻等是電力電纜電氣參數(shù)，這些參數(shù)是電纜的一次參數(shù)。同時(shí)還有二次參數(shù)，包括相移常數(shù)、波阻抗以及衰減常數(shù)等，二次參數(shù)能夠通過(guò)計(jì)算一次參數(shù)獲取。如圖1，電纜線芯有效電阻使用R表示，線芯電感使用L表示，電纜絕緣電阻使用Ri表示，電纜絕緣電容使用C表示。借助于基爾霍夫電流定律進(jìn)行分析可得電纜主絕緣中通過(guò)的電流與電纜首端導(dǎo)電線芯中流經(jīng)的電流與電纜末端導(dǎo)電線芯中流經(jīng)的電流差的值相等。所以各相電纜首末兩端通過(guò)電流互感器能夠獲得流經(jīng)這兩段的電流數(shù)值，獲得電流的數(shù)值后使用首末兩端的電流瞬時(shí)值作差即可，得到電纜絕緣中具體的泄漏電流值，這種方法也被稱為雙CT法。分析雙CT法原理能夠得出三相電纜金屬護(hù)層無(wú)論是否采取交叉互聯(lián)的方式進(jìn)行連接，雙CT法所測(cè)電纜絕緣中的電流都是準(zhǔn)確定。所以雙CT法能夠被應(yīng)用于所有電力電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)，其能夠精確地監(jiān)測(cè)出電纜的絕緣狀態(tài)。

在通過(guò)雙CT法對(duì)三相電力電纜絕緣進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)時(shí)可以采取以下方案：首先，需要將電流互感器安裝在電纜首端和末端，首端電流互感器中獲取的電流數(shù)據(jù)與末端電流互感器獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相減可以后的流過(guò)主絕緣泄漏電流;其次，借助于電壓互感器測(cè)量三相電纜電壓，通過(guò)相關(guān)計(jì)算能夠得到電纜主絕緣中流經(jīng)的泄漏電流以及主絕緣電纜電壓二者之間的相角差余角，獲得介質(zhì)損耗角素質(zhì)，通過(guò)計(jì)算進(jìn)一步獲取介質(zhì)損耗因數(shù)的具體素質(zhì)。介質(zhì)損耗因數(shù)能夠有效地將電力電纜絕緣缺陷反映出來(lái)，其是當(dāng)前電力系統(tǒng)中判斷電容性設(shè)備絕緣能力的主要指標(biāo)，所以本人借助于介質(zhì)損耗因數(shù)數(shù)值具體地對(duì)電纜絕緣狀況進(jìn)行了評(píng)估。在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)難點(diǎn)主要集中在采集電纜首、末電流信號(hào)，此時(shí)可以借助于GPS技術(shù)中的授時(shí)功能獲取電力系統(tǒng)的同步時(shí)鐘信號(hào)，將GPS接收器安裝到電纜兩端，利用GPS天線獲得精確的時(shí)間信息，同時(shí)借助于通訊設(shè)施將同步秒脈沖信號(hào)發(fā)送給系統(tǒng)中的微處理器，只有利用微處理器能夠?qū)㈦娎|兩端A/D轉(zhuǎn)換芯片啟動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)傳輸采主要以GPRS為主，在獲取電流、電壓信號(hào)后利用GPRS將這些信號(hào)發(fā)送至上位機(jī)系統(tǒng)中，進(jìn)而在上位機(jī)中對(duì)相關(guān)結(jié)果進(jìn)行展示。

二、長(zhǎng)距離XLPE電力電纜絕緣故障診斷方法

電力的三相電纜的電磁聯(lián)系非常復(fù)雜，進(jìn)行故障判斷時(shí)不能以獨(dú)立單相電纜視角對(duì)故障進(jìn)行分析。單相接地故障類型是不對(duì)稱故障中的一種，如果三相電纜線路出現(xiàn)了不對(duì)稱故障，此時(shí)線路中電壓、電流出現(xiàn)互感耦合現(xiàn)象，計(jì)算故障距離時(shí)應(yīng)該對(duì)電壓與電流開(kāi)展相模變換處理，進(jìn)而得到分解后的正序、負(fù)序和零序分量數(shù)值，其中負(fù)序、零序分量不能作為對(duì)稱故障測(cè)距的使用數(shù)值，正序分量可以在全部故障測(cè)距中使用，所以使用有效正序分量對(duì)各種故障類型進(jìn)行故障測(cè)距非常有效。借助于對(duì)稱分量法獲得電流的相模變換數(shù)值時(shí)可以通過(guò)變換矩陣方程計(jì)算，想要驗(yàn)證這種方法的正確與否，可以借助于數(shù)學(xué)計(jì)算軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，構(gòu)建110kV電壓電纜短路故障模型，圖2所示。

借助于雙端同步短路故障定位法能夠獲取精確的電壓、電流數(shù)值，然后將獲得的數(shù)值輸入到故障測(cè)距公式中，對(duì)電力電纜長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，將單相接地、兩相接地、三相接地以及相間短路等故障類型輸入其中。借助于雙端同步短路故障定位法能夠獲取的結(jié)果是短路故障距離距離故障點(diǎn)非常近，計(jì)算的相對(duì)誤差低于0.1%，故障距離誤差的形成原因是計(jì)算誤差，所以這也要證明了該方法的可行性，這在一定程度也說(shuō)明了雙端法在故障判斷中的有效性，雙端同步短路故障定位法的應(yīng)用獲取了有效的。

如果三相電纜出現(xiàn)了單相接地、兩相接地、三相接地和相間短路等問(wèn)題時(shí)，需要獲取三相電纜電壓、電流的主要變化特點(diǎn)，得出故障的具體類型。如果A相電纜出現(xiàn)接地故障，通過(guò)分析可以獲得電壓、電流變化，如圖3。

通過(guò)分析可以看出故障前電壓、電流的特點(diǎn)是對(duì)稱，在出現(xiàn)A相發(fā)生故障后，電路中的電壓變化是出現(xiàn)減小的趨勢(shì)，不過(guò)此時(shí)A相短路電流出現(xiàn)增加的趨勢(shì)。如果A、B相出現(xiàn)接地故障問(wèn)題后，電纜首端電壓、電流也會(huì)發(fā)生新的變化，如圖4。

從分析能夠看出接地故障后電纜首端電流數(shù)值出現(xiàn)增加的趨勢(shì)，電纜首端電壓則出現(xiàn)降低的缺失。兩相相間短路故障的電流、電壓變化的整體趨勢(shì)類似，因?yàn)橄嚅g短路中安裝了過(guò)渡電阻，所以這為線路提供了保護(hù)裝置，使得電流的變化整體趨勢(shì)減少，兩相電壓降低的整體波動(dòng)并不明顯。如果發(fā)生接地故障，電流數(shù)值增加，電壓數(shù)值減少?？梢杂肎PS技術(shù)對(duì)故障進(jìn)行確定，例如發(fā)生A相電力電纜發(fā)生單相接地，測(cè)得A相末端電流，通過(guò)計(jì)算得出延時(shí)10ns，此時(shí)電纜的B、C相不做其他處理。如果在電纜末端安裝延時(shí)器，可以得出同步誤差存在的情況下，故障距離誤差低于0.1%，所以在對(duì)存在同步誤差問(wèn)題的故障距離進(jìn)行測(cè)量時(shí)這種方法的誤差較小，想要獲得精度更高的數(shù)據(jù)，可以借助于GPS模塊，其獲得的數(shù)據(jù)誤差相對(duì)更小。利用添加三次諧波電壓源的方法對(duì)故障進(jìn)行判斷可以得出雙端同步測(cè)距法受到電力中的諧波的影響相對(duì)較小。如果將電壓頻率控制在50Hz左右，而出電壓頻率波動(dòng)帶來(lái)的影響更小。借助于雙CT法判斷長(zhǎng)距離電纜絕緣中放電信號(hào)后，結(jié)合放電信號(hào)傳播函數(shù)關(guān)系能夠進(jìn)一步將放電點(diǎn)位置確定。例如，在單相電纜故障定位中使用雙CT法可以有效對(duì)局部放電點(diǎn)進(jìn)行定位。此時(shí)需要將電纜兩終端連接到架空線中，此時(shí)架空線出現(xiàn)電暈后的信號(hào)可能使得電纜內(nèi)部局放電信號(hào)出現(xiàn)紊亂，所以應(yīng)該區(qū)分被測(cè)局部放電信號(hào)的主要來(lái)源。在得到局部放電信號(hào)主要的成因后，確定電纜放電位置。通過(guò)分析局部放電信號(hào)可以得知架空線電暈信號(hào)產(chǎn)生的位置如果是電纜B端外部，可以使用雙CT法進(jìn)一步將放電點(diǎn)與電纜兩端時(shí)間計(jì)算，利用函數(shù)可以得出被測(cè)信號(hào)的漣源是電纜B端外部。如果被測(cè)信號(hào)的來(lái)源主要是電纜A端外部，采用雙CT法測(cè)能夠得出放電點(diǎn)與電纜兩端的間隔，從而得出故障的主要問(wèn)題，并結(jié)合具體的方法測(cè)得故障區(qū)域。這種方法得到了故障數(shù)據(jù)非常精確，能夠?qū)⒐收系木唧w位置和類型判斷，工作人員則能夠結(jié)合這些判斷依據(jù)進(jìn)行故障處理。

結(jié)束語(yǔ)：總而言之，對(duì)長(zhǎng)距離電力電纜進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和故障定位對(duì)于輸電的穩(wěn)定性有著重要的意義，長(zhǎng)距離輸電過(guò)程中電纜絕緣發(fā)生故障必然會(huì)影響到電能的傳輸效率和質(zhì)量，導(dǎo)致電路的各項(xiàng)參數(shù)發(fā)生明顯的變化，因此需要采取措施對(duì)電路故障所在區(qū)域進(jìn)行判斷，獲得具體的故障成因和故障發(fā)生的位置，借助于合理的方法對(duì)相關(guān)故障進(jìn)行分析，得出故障形成的具體激勵(lì)，制定相應(yīng)的措施進(jìn)行故障處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的有效處理。本文提出了雙CT電纜在線監(jiān)測(cè)方法，分析了這種方法的具體使用機(jī)理和設(shè)計(jì)方法，并利用仿真模型建立故障判斷模式，通過(guò)分析相關(guān)數(shù)據(jù)得出了故障判斷方法的可行性，這對(duì)于長(zhǎng)距離輸電穩(wěn)定性的提升有著重要的意義，行業(yè)人員可以借助于這些方法對(duì)電纜進(jìn)行檢測(cè)和故障檢查，在此基礎(chǔ)上對(duì)線路中存在問(wèn)題的地方進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路的優(yōu)化，提升電能傳輸效率。