電纜線路故障定位方法及裝置、系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種電纜線路故障定位方法，包括：（1）對每段電纜的線路零序電流設定過流門檻值，對每段電纜的護套接地電流設定感應系數；對每段電纜的線路零序電流和護套接地電流進行測量；（2）對故障位置進行判定，當某段電纜的線路零序電流大于所設定的過流門檻值時，則該段電纜所在的線路發生故障，當某段電纜的護套接地電流大于感應系數與該段電纜的線路零序電流的乘積時，則該段電纜發生故障。本發明還涉及實施上述方法的電纜線路故障定位裝置和系統。通過本發明的裝置和系統結合方法，能夠快速、準確地定位出電纜線路中發生故障的位置，從而可以提高故障檢修作業的效率，進而保障電網的安全可靠運行。
【專利說明】電纜線路故障定位方法及裝置、系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于對電纜線路中發生的故障進行定位的方法以及所采用的裝置和系統。
【背景技術】
[0002]我國20kV中壓配電網大多采用中性點經小電阻接地運行方式。配電線路故障，尤其是單相接地故障的快速、準確定位，不僅對修復線路和保證可靠供電，而且對保證整個電力系統的安全穩定和經濟運行都有十分重要的作用。配電網單相接地故障是發生幾率最高的故障類型，所以配電網故障定位主要是解決單相接地故障的準確定位難題。
[0003]目前，20kV中壓配電網普遍采用三芯交聯聚乙烯XLPE電力電纜。該電力電纜從內到外的組成依次為:線芯、內絕緣層、金屬護套(銅帶屏蔽層)、填充層、中絕緣層、鋼帶鎧裝、外絕緣層。有些復雜的電纜結構還會包括半導電層等。
[0004]當高壓電纜線芯通過交流電流時，在線芯周圍會產生感應磁場，該感應磁場強度與通過電纜線芯的電流大小成正比。運行中的高壓電力電纜由于渦流效應，其金屬護層上會產生感應電壓，感應電壓的大小不僅與流過線芯的電流(或短路電流)以及電纜的長度和敷設方式有關，還與周圍回路的排列方式、距離有關。當電纜外護套破損和缺陷、遭受過電壓或發生不對稱短路故障時，將造成金屬護套多點接地，即會在金屬護套、接地線、接地系統間形成回路，這時會產生高壓環流，該電流可達線芯電流的50°/『95%，足以使金屬護層或鎧裝層發熱，損耗大量的電能，加速電纜絕緣的老化，甚至導致電纜絕緣薄弱處擊穿。為了避免這些狀況的發生，我們通常對電力電纜線路進行保護接地。
[0005]電力電纜線路保護接地即電力電纜金屬護套可靠接地是有效保障電力電纜線路安全運行的重要保護措施，其本質是在正常和事故以及電纜系統內部過電壓、雷電過電壓等情況下，利用大地作為電流回路，將電纜接地處電位固定在允許的接地電位上。接地電位不僅與入地電流的波形和幅值相關，而且與接地體的幾何尺寸、大地電阻率等參數有關。
[0006]電力電纜單相短路故障時，接地體的接地電位可能達到數kV ;雷電過電壓時，接地體的瞬時接地電位可能高達數百kV。地電位大幅升高，一方面可能導致高壓單芯電力電纜護層絕緣擊穿，引起金屬護套多點接地故障，另一方面可能導致反擊過電壓擊穿相鄰設備或將高電位引向其他低電位處造成設備事故和人身事故，與此同時，接地電流在大地中流散時，大地表面出現較大的電位梯度，可能使人體受到接觸電位和跨步電位電擊傷害。
[0007]因此，在地理條件和經濟條件允許的情況下，應盡可能地采取優化措施，按照經濟合理的原則在電力電纜金屬護層的一定位置采用特殊的連接和接地方式，并同時裝設護層保護器，以防止電纜護層絕緣被擊穿，保障電力電纜線路的安全可靠運行。電力電纜線路按照GB50217-94《電力工程電纜設計規范》的要求安裝施工時，合理選擇金屬護套接地方式是確保電纜線路正常工作的基礎。一般有以下幾種接地方式:護套兩端直接接地；護套一端接地；護套中點接地；護套交叉互聯接地。
[0008]目前對于配電網線路故障定位的研宄也大多集中在單相接地故障定位方面的研宄。許多學者對配電網的故障定位問題做了大量研宄，主要可以概括為三類:一類是以在線路端點處測量故障距離為目的的故障測距法；一類是故障發生后通過向系統注入信號實現尋跡的信號注入法；還有一類是利用戶外故障探測器檢測的故障點前后故障信息的不同確定故障區段的戶外故障點探測法。這些方法普遍存在實施復雜、不易操作的缺陷。
【發明內容】
[0009]本發明的目的是提供一種能夠方便、快速地對電纜線路中的故障位置進行定位的方法以及所采用的電纜線路故障定位裝置和系統。
[0010]為達到上述目的，本發明采用的技術方案是:
一種電纜線路故障定位方法，用于對由若干根電纜相連接構成的線路中的故障進行定位，所述的電纜線路故障定位方法包括:
(1)對每段所述的電纜的線路零序電流設定過流門檻值，對每段所述的電纜的護套接地電流設定感應系數；在監控節點對每段所述的電纜的線路零序電流和護套接地電流進行測量；
(2)根據接地故障判據對故障位置進行判定，當某段所述的電纜的線路零序電流大于所設定的過流門檻值時，則該段所述的電纜所在的線路發生故障，當某段電纜的護套接地電流大于所設定的感應系數與該段所述的電纜的線路零序電流的乘積時，則該段所述的電纜發生故障，以此獲得電纜線路的故障定位信息。
[0011]所述的電纜線路故障定位方法還包括:(3)將獲得的故障定位信息發送至遠方主站。
[0012]所述的監控節點為每段所述的電纜的首、末兩端。
[0013]所述的過流門檻值的整定原則是以所述的電纜的對地電容電流乘以可靠系數。
[0014]所述的感應系數是電纜的金屬護套上流過的感應環流與纜芯的零序電流之間的比例關系。
[0015]—種電纜線路故障定位裝置，用于對由若干根電纜相連接構成的線路中的故障進行定位，所述的電纜線路故障定位裝置包括故障指示器，所述的故障指示器包括獲得每段所述的電纜的線路零序電流和護套接地電流的電流采集單元、比較每段所述的電纜的線路零序電流與所設定的該段所述的電纜的過流門檻值以及每段所述的電纜的護套接地電流與所設定的該段所述的電纜的感應系數和該段所述的電纜的線路零序電流的乘積而得出電纜線路的故障定位信息的CPU。
[0016]所述的電纜線路故障定位裝置還包括與所述的CPU相連接的人機交互模塊、通訊豐旲塊。
[0017]所述的電纜線路故障定位裝置還包括在每段所述的電纜的首、末兩端設置的線路零序電流互感器和護套接地電流互感器，所述的線路零序電流互感器和所述的護套接地電流互感器均與所述的故障指示器的電流采集單元相連接。
[0018]所述的線路零序電流互感器為開口式零序電流互感器，所述的護套接地電流互感器為電磁式單相電流互感器。
[0019]一種電纜線路故障定位系統，包括對電纜線路網絡進行監控的遠方主站、若干個對由若干根電纜相連接構成的線路中的故障進行定位的電纜線路故障定位裝置，所述的電纜線路故障定位裝置分布于每段所述的電纜的一端或兩端，所述的電纜線路故障定位裝置通過通訊網絡與所述的遠方主站相連接。
[0020]由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點:通過本發明的裝置和系統結合方法，能夠快速、準確地定位出電纜線路中發生故障的位置，從而可以提高故障檢修作業的效率，進而保障電網的安全可靠運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]附圖1為本發明的電纜線路故障定位系統的示意圖。
[0022]附圖2為本發明的電纜線路故障定位裝置的示意圖。
[0023]附圖3為本發明的電纜線路故障定位方法的流程圖。
[0024]以上附圖中:1、遠方主站；2、通訊網絡；3、電纜線路故障定位裝置；4、電纜；5、故障指示器；6、電流采集單元；7、CPU ;8、人機交互模塊；9、通訊模塊；10、線路零序電流互感器；11、護套接地電流互感器。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖所示的實施例對本發明作進一步描述。
[0026]實施例一:一種電纜線路故障定位系統如附圖1所示，其包括遠方主站I以及與遠方主站I通過通訊網絡2實現信號連接的若干個電纜線路故障定位裝置3，其中，遠方主站I用于對電纜線路連接構成的網絡進行整體監控，而各個電纜線路故障定位裝置3則用于實現對電纜線路中發生的接地故障的位置進行判斷。整個電纜線路網絡由若干條線路連接構成，而每條線路又有若干段電纜4連接構成，每一段電纜4均至少配備有一個電纜線路故障定位裝置3，其可以設置在電纜4的一端。而本實施例中，為了獲得更加準確的定位結論，在每段線纜的首、末兩端分別設置了電纜線路故障定位裝置3。
[0027]如附圖2所示，一種用于對由若干根電纜4相連接構成的線路中的故障進行定位的電纜線路故障定位裝置3，包括故障指示器5，故障指示器5包括獲得其所連接的那段電纜4的線路零序電流和護套接地電流的電流采集單元6、得出電纜線路的故障定位信息的CPU7，電流采集單元6與CPU7相連接。電纜線路故障定位裝置3還包括與CPU7相連接的人機交互模塊8、通訊模塊9。而電纜線路故障定位裝置3還包括設置在其所連接的電纜4的端部的線路零序電流互感器10和護套接地電流互感器11，線路零序電流互感器10和護套接地電流互感器11均與故障指示器5中的電流采集單元6相連接并分別向電流采集單元6中輸入線路零序電流和護套接地電流。其中，線路零序電流互感器10為開口式零序電流互感器，護套接地電流互感器11為電磁式單相電流互感器。上述故障指示器5可以安裝于變電站饋線間隔、開閉所進出線、環網開關柜等處或者每段線路首、末端各裝設I個。
[0028]上述電纜線路故障定位系統和裝置采用一種基于電纜金屬護套接地電流的對由若干根電纜4相連接構成的線路中的故障進行定位的方法。該方法充分的利用了電纜金屬護套接地電流在區內、區外故障時的不同特征保證了故障定位的選擇性和可靠性，能夠有效地進行廣域故障定位。
[0029]電纜金屬護套接地電流在區內、區外故障時的不同特征具體是指:
1、發生接地故障時，對于非故障線路連接的電纜線路故障定位裝置3所測得的線路零序電流很小，在30A以下，護套接地電流也很小。故障線路上故障點上游的電纜線路故障定位裝置3所測得的線路零序電流很大，在幾百A，護套接地電流也很大；故障點下游的電纜線路故障定位裝置3測得的線路零序電流很小，在30A以下。
[0030]2、故障線路非故障段電纜的電纜線路故障定位裝置3測得的護套接地電流只包含因線路零序電流引起的護套感應環流，取決于電纜規格，一般在線路零序電流大小的20%以下。
[0031]3、故障線路的故障段電纜的電纜線路故障定位裝置3所測得的護套接地電流既包含因線路零序電流引起的護套感應環流，又包含由故障點流出的短路電流。三芯XLPE電纜常采用金屬護套兩端接地措施，由故障點流出的短路電流在兩個并聯支路上分流。
[0032]參見附圖3，根據以上所述特征，基于電纜金屬護套接地電流的故障定位方法包括了以下步驟:
(I)對每段電纜4的線路零序電流設定過流門檻值，對每段電纜4的護套接地電流設定感應系數。通過電纜線路故障定位裝置3中的線路零序電流互感器10和護套接地電流互感器11在監控節點對每段電纜4的線路零序電流和護套接地電流進行測量，并將結果經故障指示器5的電流采集單元6傳輸至CPU7中。此處所述監控節點可以為每段電纜4的一端部，這樣即可依靠單端信息進行故障的獨立判別。優選的方案為，監控節點為每段電纜4的首、末兩端，即在每段電纜4的兩端均設置電纜線路故障定位裝置3分別進行定位，首末兩端判據可相互補充、互為備用。該步驟中，過流門檻值的整定原則是以電纜的對地電容電流乘以可靠系數，通常默認30A，而感應系數則是電纜4的金屬護套上流過的感應環流與纜芯的零序電流之間的比例關系，其取決于電纜4導線的截面積，通常默認取0.23。
[0033](2)在CPU7中，根據以下接地故障判據對故障位置進行判定:當某段電纜4的線路零序電流大于所設定的過流門檻值時(即)，則該段電纜4所在的線路發生故障；當某段電纜4的護套接地電流大于所設定的感應系數與該段電纜4的線路零序電流的乘積時(SP)，則該段電纜4發生故障，以此即可獲得電纜線路的故障定位信息。故而，CPU7能夠通過比較每段電纜的線路零序電流與所設定的該段電纜的過流門檻值以及每段電纜的護套接地電流與所設定的該段電纜的感應系數和該段電纜的線路零序電流的乘積，從而獲得電纜線路的故障定位信息。
[0034](3)通訊模塊9將獲得的故障定位信息經通訊網絡2發送至遠方主站1，從而進行廣域故障定位。該發送信息的過程也可以分兩步完成:在判斷出某條線路發生故障后，向遠方主站I發送“本條線路接地故障”信號；而在判斷出某段電纜4發生故障后，向遠方主站I發送“本段電纜接地故障”信號。上述信號還可以在故障指示器5中設置與CPU7相連接的顯示模塊進行同步顯示。
[0035]上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種電纜線路故障定位方法，用于對由若干根電纜相連接構成的線路中的故障進行定位，其特征在于:所述的電纜線路故障定位方法包括: (1)對每段所述的電纜的線路零序電流設定過流門檻值，對每段所述的電纜的護套接地電流設定感應系數；在監控節點對每段所述的電纜的線路零序電流和護套接地電流進行測量； (2)根據接地故障判據對故障位置進行判定，當某段所述的電纜的線路零序電流大于所設定的過流門檻值時，則該段所述的電纜所在的線路發生故障，當某段電纜的護套接地電流大于所設定的感應系數與該段所述的電纜的線路零序電流的乘積時，則該段所述的電纜發生故障，以此獲得電纜線路的故障定位信息。
2.根據權利要求1所述的電纜線路故障定位方法，其特征在于:所述的電纜線路故障定位方法還包括:(3)將獲得的故障定位信息發送至遠方主站。
3.根據權利要求1所述的電纜線路故障定位方法，其特征在于:所述的監控節點為每段所述的電纜的首、末兩端。
4.根據權利要求1所述的電纜線路故障定位方法，其特征在于:所述的過流門檻值的整定原則是以所述的電纜的對地電容電流乘以可靠系數。
5.根據權利要求1所述的電纜線路故障定位方法，其特征在于:所述的感應系數是電纜的金屬護套上流過的感應環流與纜芯的零序電流之間的比例關系。
6.一種電纜線路故障定位裝置，用于對由若干根電纜相連接構成的線路中的故障進行定位，其特征在于:所述的電纜線路故障定位裝置包括故障指示器，所述的故障指示器包括獲得每段所述的電纜的線路零序電流和護套接地電流的電流采集單元、比較每段所述的電纜的線路零序電流與所設定的該段所述的電纜的過流門檻值以及每段所述的電纜的護套接地電流與所設定的該段所述的電纜的感應系數和該段所述的電纜的線路零序電流的乘積而得出電纜線路的故障定位信息的CPU。
7.根據權利要求6所述的電纜線路故障定位裝置，其特征在于:所述的電纜線路故障定位裝置還包括與所述的CPU相連接的人機交互模塊、通訊模塊。
8.根據權利要求6所述的電纜線路故障定位裝置，其特征在于:所述的電纜線路故障定位裝置還包括在每段所述的電纜的首、末兩端設置的線路零序電流互感器和護套接地電流互感器，所述的線路零序電流互感器和所述的護套接地電流互感器均與所述的故障指示器的電流采集單元相連接。
9.根據權利要求8所述的電纜線路故障定位裝置，其特征在于:所述的線路零序電流互感器為開口式零序電流互感器，所述的護套接地電流互感器為電磁式單相電流互感器。
10.一種電纜線路故障定位系統，其特征在于:其包括對電纜線路網絡進行監控的遠方主站、若干個對由若干根電纜相連接構成的線路中的故障進行定位的電纜線路故障定位裝置，所述的電纜線路故障定位裝置分布于每段所述的電纜的一端或兩端，所述的電纜線路故障定位裝置通過通訊網絡與所述的遠方主站相連接。
【文檔編號】G01R31/02GK104502807SQ201510015601
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月13日 優先權日:2015年1月13日
【發明者】朱國防, 董曉峰, 郭法安, 陳會, 呂培強 申請人:國家電網公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司蘇州供電公司, 山東大學