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    重庆时时彩可以在哪玩: 基于阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监测方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201611191526.8

    申请日:

    2016.12.21

    公开号:

    CN106771869A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 31/08申请日:20161221|||公开
    IPC分类号: G01R31/08; G01R31/12; G01R19/25 主分类号: G01R31/08
    申请人: 哈尔滨理工大学
    发明人: 朱博; 魏新劳; 王永红; 聂洪岩; 官瑞杨
    地址: 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号
    优先权:
    专利代理机构: 哈尔滨市伟晨专利代理事务所(普通合伙) 23209 代理人: 张伟
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201611191526.8

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了基于阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监测方法。该方法包括:预先在三相电力电缆的每一相的首端和末端分别安装电流互感器与电压互感器;根据测得的每一相的首端电流值与末端电流值之差获得流过该相电力电缆主绝缘的泄漏电流,根据测得的该相首端电压与末端电压的相量和的一半确定该相的参考电压;根据每一相的参考电压和流过该相电力电缆主绝缘的泄漏电流计算该相电力电缆绝缘等效阻抗值,进一步可以计算每相电力电缆的阻性电流和容性电流值,这样就实现了从电缆绝缘泄漏电流中分离出阻性电流,通过对流过电缆绝缘的阻性电流实现对长距离电力电缆绝缘的在线监测。

    权利要求书

    1.基于阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监测方法,其特征在于,所述基于
    阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监测方法包括:
    预先在三相电力电缆的每一相的首端和末端分别安装电流互感器与电压互感器;
    针对三相电力电缆的每一相,获得由该相的首端电流互感器测量得到的首端电流值与
    由该相的末端电流互感器测量得到的末端电流值,以将该相首端电流互感器测得的首端电
    流值与该相末端电流互感器测得的末端电流值之间的差值作为流过该相电力电缆主绝缘
    的泄漏电流;
    针对三相电力电缆的每一相,获得由该相的首端电压互感器测量得到的首端电压以及
    由该相的末端电压互感器测量得到的末端电压,以将该相首端电压互感器测得的首端电压
    与该相末端电压互感器测得的末端电压的相量和的一半作为该相的参考电压;三相电力电
    缆的每一相对应的首端电流值、末端电流值和其对应的首端电压和末端电压是同步测量
    值;
    针对三相电力电缆的每一相,根据该相的参考电压和流过该相电力电缆主绝缘的泄漏
    电流计算该相电力电缆绝缘等效阻抗值,以基于该相电力电缆绝缘等效阻抗值来计算该相
    电力电缆的阻性电流和容性电流的值;
    其中,流过每一相电力电缆绝缘阻性电流和容性电流根据下式获得:
    <mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mi>r</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mover> <mi>U</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mover> <mi>U</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> <mi>R</mi> </mfrac> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mi>c</mi> </msub> <mo>=</mo> <mi>&omega;</mi> <mi>C</mi> <mo>(</mo> <msub> <mover> <mi>U</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mover> <mi>U</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
    为流过该相电力电缆主绝缘的阻性电流,为流过该相电力电缆主绝缘的容性电流;
    R为每一相电力电缆的主绝缘的等效电阻;C为该相电力电缆导线与金属护层之间的等效电
    容;ω为该相电力电缆运行时电力系统的角速度。
    2.根据权利要求1所述的基于阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监测方法,
    该方法还包括:
    根据下式计算每一相电力电缆绝缘的等效电阻和等效电容的值:
    <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>R</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>Re</mi> <mo>&lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mover> <mi>U</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mover> <mi>U</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mfrac> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </mfrac> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mi>C</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>I</mi> <mi>m</mi> <mo>&lsqb;</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>1</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mover> <mi>I</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn> </msub> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mover> <mi>U</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mover> <mi>U</mi> <mo>&CenterDot;</mo> </mover> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mfrac> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> <mi>&omega;</mi> </mfrac> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>
    其中,为由该相电力电缆的首端电流互感器测得的首端电流值;为由该相电力电缆
    的末端电流互感器测得的末端电流值;为该相电力电缆的首端电压;为该相电力电缆
    的末端电压。

    说明书

    基于阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监测方法

    技术领域

    本发明涉及高电压与绝缘技术领域,尤其涉及一种基于阻性电流分离法的长距离
    电力电缆绝缘在线监测方法。

    背景技术

    交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆凭借具有良好的绝缘
    性能、机械性能、热性能及供电可靠性高等优点,已经被广泛的应用于电力系统各个电压等
    级的输配电网络中,成为构成城市供电和主网架的重要环节,并且不断地向高压、超高压的
    领域发展。XPLE电缆线路在投运初期,一般为1-5年,电缆及附件或敷设安装的质量问题易
    发生故障;投运中期,一般为5-25年,电缆线路发生故障的概率较低,但电缆发生的故障类
    型较多,如由于受到外力破坏而导致电缆绝缘受损、电缆附件界面处发生放电、电缆绝缘老
    化等引起的线路故障;投运末期,一般为25年后,电缆附件发生老化或电缆绝缘的电老化、
    热老化导致电缆线路发生故障的概率大大增加。大量XLPE电缆的运行经验表明,电缆线路
    故障是引发电网事故的重要原因。电缆在投入使用后,不仅会受到电场作用、机械作用、热
    作用,还会受到环境因素的影响,在这些因素的共同作用下使得电缆绝缘容易发生老化。因
    此,实时监测电缆绝缘状况,保证确保电网供电的可靠性,对整个电力系统、国民经济的发
    展具有着重要意义。

    对于高电压、长距离的电力电缆采用的是单芯电缆,这时电缆线芯与金属护层之
    间可以看作是一个空心变压器,电缆线芯相当于变压器的一次绕组,而金属护层相当于变
    压器的二次绕组。当交流电流通过电缆线芯时,在其周围便会产生交变的磁场,金属护层处
    于交变的磁场中便会产生感应电压,当与地之间构成回路时金属护层中就会有感应电流流
    过。金属护层中的感应电压与电缆长度成正比,当母线上的电流很大时,电缆的金属护层上
    将会感应出很高数值的电压,这样高数值的电压可能会造成电缆绝缘的破坏。因此,当电力
    电缆长度在1000米以上时通常采用金属护层交叉互联的连接方式,该连接方式是将三相电
    力电缆分为若干大段,每相每大段再均分成长度相等的三小段,在每相两个中间分段处利
    用同轴电缆将金属护层进行交叉互联,每相每个大段两端的金属护层分别连接后再进行接
    地。

    电缆的泄漏电流是由阻性电流和容性电流组成的,在XLPE电缆绝缘状况良好时,
    流过电缆绝缘的主要是容性电流,而阻性电流占的比例非常小,两者的比值一般在4-10倍
    之间,相位角相差90°,可以看出流过电缆绝缘的阻性电流的变化对泄漏电流有效值的影响
    较小。但当电缆绝缘出现缺陷或是老化的情况下,阻性电流的变化很大,阻性电流对泄漏电
    流的变化影响很大,而容性电流的变化不大。因此,通过对流过XLPE电缆主绝缘的阻性电流
    进行在线监测可以准确反映电缆绝缘劣化的情况。对于长距离电力电缆而言,其存在金属
    护层交叉互联这种互联方式,使得流过电缆绝缘的泄漏电流是通过电缆绝缘流到金属护层
    中,而该相电缆的每小段金属护层与其他两相电缆的每小段金属护层相连接,使得金属护
    层中的泄漏电流是流过三相电缆每一小段的泄漏电流之和,这样的互联方式给阻性电流的
    分离带来了困难。而且长距离电力电缆存在电压降问题,由于流过电缆的负载电流会在电
    缆线芯的电阻和残余电感上形成电压降,使得电缆两端的对地电压出现较大的差异,而这
    种差异还会随着流过电缆的负载电流的变化而变化。在这种情况下选取电缆不同位置的对
    地电压作为基准电压对流过电缆的阻性电流进行监测时,其测量结果会随着流过电缆的负
    载电流的变化而变比,这样就给长距离电力电缆中阻性电流的分离及绝缘状况的评估带来
    了困惑。

    目前,电力电缆绝缘的在线监测方法主要有直流分量法、直流叠加法、交流叠加
    法、接地电流法、局部放电法和损耗因数法等。直流分量法是指在外加交流电源的情况下,
    如果在运行中的XLPE电缆绝缘产生了水树枝,由于水树枝具有“整流作用”,使得流过电缆
    绝缘的电流中含有一个微弱的直流电流分量,一般为nA级以上,通过检测这一微弱的直流
    电流分量对电缆绝缘状况进行评估;由于现制造工艺上的改进,目前XLPE电缆均采用干式
    交联法,在高电压等级的电缆线路中,水树枝而引起的绝缘故障已不多见,只有在长期潮湿
    环境下的电缆会在其半导体层的缺陷处引发水树枝,该方法不适用于初期投运的电缆,对
    运行较长时间的电缆仍然适用。直流叠加法是指在电缆所接电压互感器的中性点,或是使
    用其他方法将一低压直流电源叠加到正在运行的电缆线芯上,用灵敏度较高的电流表测量
    流过电缆绝缘的直流泄漏电流或是测量电缆的绝缘电阻来对电缆绝缘状况进行评估。交流
    叠加法是指将一个频率为工频频率2倍加1Hz的交流电压叠加到正在运行的电缆上,通过检
    测此时电缆中±1Hz劣化信号的强弱来判断电缆绝缘的状况。由于在高压线路中三相中性
    点通常是直接接地,无法在电缆线芯上叠加直流、交流电源,因此直流叠加法、低频叠加法
    和交流叠加法也不适用。局部放电法是评价电力电缆绝缘状况的最佳方法,电缆绝缘老化
    的起点是由杂质、气隙、凸起毛刺等缺陷引起的,在电场、热、机械、化学等因素的共同作用
    下以局部放电、树枝老化等形式表现出来,但最终以电树枝的形式导致电缆绝缘的击穿,
    XLPE电缆绝缘在树枝老化过程中会产生不同频率的局部放电信号,但是电缆的局部放电信
    号微弱、波形复杂多变难以区分,因此工程中难以实现现场的在线监测。接地电流法是指利
    用电流互感器测量流过电缆接地线的电流,通过接地线中电流是否呈增大趋势来判断电缆
    绝缘状态,但在金属护层交叉互联下接电线上的电流几乎为零,因此接地电流法也不适用。
    损耗因数tanδ法是利用电流互感器和电压互感器分别将流过电缆绝缘的电流和施加于电
    缆上的电压测量出来,再通过数字化测量装置测出电缆绝缘tanδ值;但由于XLPE绝缘tanδ
    值一般都很小,使得方法不易被采用。

    对于高电压、长距离电力电缆存在金属护层交叉互联和电压降的问题,使得以上
    方法不在适用。因此,目前急需一种在线监测法对长距离电力电缆绝缘状况进行实时监测,
    保证电力电缆的安全运行对整个电力系统、国民经济的发展具有着重要意义。

    发明内容

    在下文中给出了关于本发明的简要概述,以便提供关于本发明的某些方面的基本
    理解。应当理解,这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关
    键或重要部分,也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念,
    以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

    鉴于此,本发明提供了一种基于阻性电流分离法的电力电缆绝缘在线监测方法,
    该方法解决了从泄漏电流中分离出阻性电流和容性电流,实现了通过阻性电流来实时监测
    电缆绝缘状况,同时解决了高电压、长距离电力电缆存在金属护层交叉互联和电压降的问
    题。

    本发明提供了一种长距离电力电缆绝缘在线监测方法,通过实时监测流过电缆绝
    缘的阻性电流来实现对长距离电力电缆绝缘的在线监测,从流过电缆绝缘的泄漏电流分离
    出阻性电流和容性电流是本发明的重点,这种基于阻性电流分离法的电力电缆绝缘在线监
    测方法包括:预先在三相电力电缆的每一相的首端和末端分别安装电流互感器与电压互感
    器;针对三相电力电缆的每一相,获得由该相的首端电流互感器测量得到的首端电流值与
    由该相的末端电流互感器测量得到的末端电流值,以将该相首端电流互感器测得的首端电
    流值与该相末端电流互感器测得的末端电流值之间的差值作为流过该相电力电缆主绝缘
    的泄漏电流;针对三相电力电缆的每一相,获得由该相的首端电压互感器测量得到的首端
    电压以及由该相的末端电压互感器测量得到的末端电压,以将该相首端电压互感器测得的
    首端电压与该相末端电压互感器测得的末端电压的相量和的一半作为该相的参考电压;三
    相电力电缆的每一相对应的首端电流值、末端电流值和其对应的首端电压和末端电压是同
    步测量值;针对三相电力电缆的每一相,根据该相的参考电压和流过该相电力电缆主绝缘
    的泄漏电流计算该相电力电缆绝缘等效电阻值和等效电容值,进而得到流过电缆绝缘的阻
    性电流和容性电流,这样就实现了从泄漏电流中分离出阻性电流;其中,流过每一相电力电
    缆绝缘阻性电流和容性电流根据下式获得:


    为流过该相电力电缆主绝缘的阻性电流;为流过该相电力电缆主绝缘的容性
    电流;R为每一相电力电缆的主绝缘的等效电阻;C为该相电力电缆导线与金属护层之间的
    等效电容;ω为该相电力电缆运行时电力系统的角速度。

    上式中每一相电力电缆绝缘的等效电阻R和等效电容C的值可以根据下式进行计
    算:


    其中,为由该相电力电缆的首端电流互感器测得的首端电流值;为由该相电
    力电缆的末端电流互感器测得的末端电流值;为该相电力电缆的首端电压;为该相电
    力电缆的末端电压。

    本发明的有益效果如下:

    (1)本发明实现了从流过长距离电缆主绝缘的泄漏电流中分离出阻性电流和容性
    电流;

    (2)同时解决了长距离电力电缆存在金属护层交叉互联和电压降的问题,即选取
    电缆两端电压的相量和的一半作为参考电压计算阻性电流时,其测量结果保持不变,不受
    负载电流的影响,本发明其测量结果正确有效,并且测量结果不受流过电缆负载电流的影
    响,从而实现了对长距离电力电缆绝缘状况的评估;

    (3)当存在电网谐波、频率波动、同步误差及地电位不同引起的电压误差时对阻性
    电流的测量结果影响较小,能够准确反映出电缆绝缘的状况;

    (4)基于阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监测法适用于任何连接方式
    以及任何高电压等级的长距离电力电缆绝缘状况的评估,无论其金属护层是否交叉互联,
    使用范围广。

    通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明,本发明的这些以及其他优
    点将更加明显。

    附图说明

    本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解,其中在所
    有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的
    详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分,而且用来进一步举例说明本
    发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中:

    图1是示意性地示出本发明的基于阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监
    测方法的一个示例性处理的流程图;

    图2是示出用于实现本发明的长距离电力电缆绝缘在线监测方法的一种电力电缆
    绝缘在线监测系统的可能结构的示意图;

    图3是示意性地示出基于阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监测方法的
    单相电缆交流稳态等效电路图。

    本领域技术人员应当理解,附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的,
    而且不一定是按比例绘制的。例如,附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了,以
    便有助于提高对本发明实施例的理解。

    具体实施方式

    在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见,
    在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而,应该了解,在开发任何这种实际实施
    例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定,以便实现开发人员的具体目标,例如,符
    合与系统及业务相关的那些限制条件,并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有
    所改变。此外,还应该了解,虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的,但对得益于本发明
    公开内容的本领域技术人员来说,这种开发工作仅仅是例行的任务。

    在此,还需要说明的一点是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中
    仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤,而省略了与本发明
    关系不大的其他细节。

    本发明的实施例提供了一种基于阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监
    测方法,基于阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监测方法包括:预先在三相电力
    电缆的每一相的首端和末端分别安装电流互感器与电压互感器;针对三相电力电缆的每一
    相,获得由该相的首端电流互感器测量得到的首端电流值与由该相的末端电流互感器测量
    得到的末端电流值,以将该相首端电流互感器测得的首端电流值与该相末端电流互感器测
    得的末端电流值之间的差值作为流过该相电力电缆主绝缘的泄漏电流;针对三相电力电缆
    的每一相,获得由该相的首端电压互感器测量得到的首端电压以及由该相的末端电压互感
    器测量得到的末端电压,以将该相首端电压互感器测得的首端电压与该相末端电压互感器
    测得的末端电压的相量和的一半作为该相的参考电压;三相电力电缆的每一相对应的首端
    电流值、末端电流值和其对应的首端电压和末端电压是同步测量值;针对三相电力电缆的
    每一相,根据该相的参考电压和流过该相电力电缆主绝缘的泄漏电流计算该相电力电缆绝
    缘等效阻抗值,以基于该相电力电缆绝缘等效阻抗值来计算该相电力电缆的阻性电流和容
    性电流的值;其中,流过每一相电力电缆绝缘阻性电流和容性电流根据公式一获得。

    公式一:

    在公式一中,为流过该相电力电缆主绝缘的阻性电流,为流过该相电力电缆
    主绝缘的容性电流;R为每一相电力电缆的主绝缘的等效电阻;C为该相电力电缆导线与金
    属护层之间的等效电容;ω为该相电力电缆运行时电力系统的角速度。

    下面结合图1来描述本发明的基于阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监
    测方法的一个示例的处理流程。

    如图1所示,首先执行步骤S110。步骤S110是预处理步骤,在该步骤中,在三相电力
    电缆的每一相的首端和末端分别安装电流互感器(即共安装六个电流互感器),以及在三相
    电力电缆的每一相的首端和末端分别安装电压互感器(即共安装六个电压互感器)。将每一
    相首端的电流互感器称为该相的首端电流互感器,并将每一相末端的电流互感器称为该相
    的末端电流互感器;将每一相首端的电压互感器称为该相的首压电流互感器,并将每一相
    末端的电压互感器称为该相的末端电压互感器。

    这样,针对三相电力电缆的每一相,均安装完毕该相对应的首端电流互感器、末端
    电流互感器、首端电压互感器和末端电压互感器,至此完成预处理步骤。然后,执行步骤
    S120。

    在步骤S120中,针对三相电力电缆的每一相,获得由该相的首端电流互感器测量
    得到的首端电流值与由该相的末端电流互感器测量得到的末端电流值,以将该相首端电流
    互感器测得的首端电流值与该相末端电流互感器测得的末端电流值之间的差值作为流过
    该相电力电缆主绝缘的泄漏电流。然后,执行步骤S130。

    在步骤S130中,针对三相电力电缆的每一相,获得由该相的首端电压互感器测量
    得到的首端电压以及由该相的末端电压互感器测量得到的末端电压,以将该相首端电压互
    感器测得的首端电压与该相末端电压互感器测得的末端电压的相量和的一半作为该相的
    参考电压;三相电力电缆的每一相对应的首端电流值、末端电流值和其对应的首端电压和
    末端电压是同步测量值。其中,同步测量例如可以利用全球定位系统(Global Positioning
    System,GPS)实现。然后,执行步骤S140。

    在步骤S140中,针对三相电力电缆的每一相,根据该相的参考电压和流过该相电
    力电缆主绝缘的泄漏电流计算该相电力电缆绝缘等效阻抗值,以基于该相电力电缆绝缘等
    效阻抗值来计算该相电力电缆的阻性电流和容性电流的值。

    其中,流过每一相电力电缆绝缘阻性电流和容性电流可根据上文所描述的公式一
    来获得,这里不再赘述。

    根据一种实现方式,还可以根据公式二计算每一相电力电缆绝缘的等效电阻和等
    效电容的值。

    公式二:

    在公式二中,为由该相电力电缆的首端电流互感器测得的首端电流值;为由该
    相电力电缆的末端电流互感器测得的末端电流值;为该相电力电缆的首端电压;为该
    相电力电缆的末端电压。

    优选实施例

    图2示出了一种基于阻性电流分离法的电力电缆绝缘在线监测系统,包括卫星14,
    还包括A相电力电缆1、B相电力电缆2、C相电力电缆3、A相首端电压互感器11、B相首端电压
    互感器21、C相首端电压互感器31、A相末端电压互感器41、B相末端电压互感器51、C相末端
    电压互感器61、A相首端电流互感器12、B相首端电流互感器22、C相首端电流互感器32、A相
    末端电流互感器42、B相末端电流互感器52、C相末端电流互感器62、第一信号处理电路4、第
    一ADC采样???、第二信号处理电路18、第二ADC采样???6、第一无线数据传输单元6、第
    二无线数据传输单元17、第一GPS接收???、第二GPS接收???5、第一微处理器9、第二微
    处理器10和上位机13,A相首端电压互感器11、A相首端电流互感器12都连接A相电力电缆1
    的首端,A相末端电压互感器41、A相末端电流互感器42都连接A相电力电缆1的末端,B相首
    端电压互感器21、B相首端电流互感器22都连接B相电力电缆2的首端,B相末端电压互感器
    51、B相末端电流互感器52都连接B相电力电缆2的末端,C相首端电压互感器31、C相首端电
    流互感器32都连接C相电力电缆3的首端,C相末端电压互感器61、C相末端电流互感器62都
    连接C相电力电缆3的末端,A相首端电压互感器11、A相首端电流互感器12、B相首端电压互
    感器21、B相首端电流互感器22、C相首端电压互感器31、C相首端电流互感器32都连接第一
    信号处理电路4,第一信号处理电路4连接第一ADC采样???,第一ADC采样???、第一无线
    数据传输单元6、第一GPS接收???都连接第一微处理器9,A相末端电压互感器41、A相末端
    电流互感器42、B相末端电压互感器51、B相末端电流互感器52、C相末端电压互感器61、C相
    末端电流互感器62都连接第二信号处理电路8,第二信号处理电路8连接第二ADC采样???br />16,第二ADC采样???6、第二无线数据传输单元17、第二GPS接收???5都连接第二微处理
    器10,第一无线数据传输单元6、第二无线数据传输单元17无线连接上位机13,第一GPS接收
    ???、第二GPS接收???5通过GPS天线无线连接卫星14。

    如图2所示的电力电缆绝缘在线监测系统还可以包括?;さ缏?,A相电力电缆1的
    首端、A相电力电缆1的末端、B相电力电缆2的首端、B相电力电缆2的末端、C相电力电缆3的
    首端、C相电力电缆3的末端都连接?;さ缏?,第一信号处理电路4和第二信号处理电路18都
    连接?;さ缏?。

    这样,该电力电缆绝缘在线监测系统通过执行以下步骤可以实现本发明的“基于
    阻性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监测方法”:第一GPS接收???、第二GPS接收
    ???5通过GPS天线接收卫星14发送的同步秒脉冲信号;第一GPS接收???将同步秒脉冲
    信号传送给第一微处理器9,第二GPS接收???5将同步秒脉冲信号传送给第二微处理器
    10;第一微处理器9和第二微处理器10同时产生同步采样信号,然后第一ADC采样???通过
    第一信号处理电路4对A相首端电压互感器11测得的电压、B相首端电压互感器21测得的电
    压、C相首端电压互感器31测得的电压、A相首端电流互感器12测得的电流、B相首端电流互
    感器22测得的电流、C相首端电流互感器32测得的电流进行采样,第二ADC采样???6通过
    第二信号处理电路18对A相末端电压互感器41测得的电压、B相末端电压互感器51测得的电
    压、C相末端电压互感器61测得的电压、A相末端电流互感器42测得的电流、B相末端电流互
    感器52测得的电流、C相末端电流互感器62测得的电流进行采样;将第一ADC采样???采样
    到的数据传输给第一微处理器9,将第二ADC采样???6采样到的数据传输给第二微处理器
    10;第一微处理器9将第一ADC采样???采样到的数据通过第一无线数据传输单元6传输给
    上位机13,第二微处理器10将第二ADC采样???6采样到的数据通过第二无线数据传输单
    元17传输给上位机13;上位机13先计算A相电力电缆1的等值电容和等值电阻、B相电力电缆
    2的等值电容和等值电阻、C相电力电缆3的等值电容和等值电阻,再计算A相电力电缆1的阻
    性电流和容性电流、B相电力电缆2的阻性电流和容性电流、C相电力电缆3的阻性电流和容
    性电流。

    对于实现从流过长距离电缆主绝缘的泄漏电流中分离出阻性电流和容性电流,以
    及同时解决了高电压、长距离电力电缆存在金属护层交叉互联和电压降的问题分析如下:

    对于长距离电缆存在交叉互联的问题,可以看出虽然三相电力电缆的金属护层在
    各个小段的分段处是交叉互联的,但三相电力电缆的导电线芯并没有经过交叉互联,流过
    三相电力电缆主绝缘的容性电流和阻性电流是通过电缆的导电线芯经过电缆的主绝缘流
    向电缆的金属护层;因此,同时将流经电缆两端导电线芯的电流测量出来,则根据电流连续
    性原理,并考虑到电缆本身的无源性,流过三相电力电缆主绝缘的电流就等于流入每相电
    力电缆首端导电线芯的电流减去同一相电力电缆末端导电线芯的电流。

    对于长距离电缆存在电压降的问题,取施加在每相电力电缆两终端电压相量和的
    一半作为参考电压对来进行阻性电流分离计算时,其结果不受流过电缆负载电流变化的影
    响。

    对于阻性电流和容性电流分离可以做如下分析,取三相电力电缆的任意一相进行
    分析,单相电力电缆交流稳态分布式等效电路如图3所示。在图3中:R0为电缆线芯单位长度
    的等效电阻,Ω/m;G0为电缆主绝缘单位长度的等效电导,S/m;L0为电缆线芯单位长度的等
    效电感,H/m;C0为单位长度电缆主绝缘的等效电容,F/m,Z0为电缆绝缘每单位长度的等效阻
    抗Ω/m,Y0为电缆绝缘每单位长度的等效导纳S/m。假设电缆全长为2l,在电缆长度内的任
    意一点x,取一微分段dx,x点电压和电流为和x+dx点电压和电流为和
    对于x点,根据基尔霍夫电压和基尔霍夫电流定律可得:


    令电缆的传播系数为γ和波阻抗为Zc,有


    将式(2)代入式(1)整理得:


    假设将电缆首端的电流、电压作为已知量,解式(3)并利用双曲线函数改写为


    当x=2l时,可以得到用电缆首端电压、电流表示的电缆末端的电压、电流为


    因此,可以得到用电缆首端电压、电流表示的电缆首末端电压差,也就是电缆的电
    压降为


    同理,假设将电缆末端的电流、电压作为已知,解式(3)并利用双曲线函数改写可
    得:


    当x=0时,可以得到用电缆末端电压、电流表示的电缆首端的电压、电流为


    可以得到用电缆末端电压、电流表示的电缆首末端电压差,即电缆的电压降为


    将式(6)与式(9)相减,可得:


    亦即:


    式(11)可以看出等式的左端是某一相电缆两端电压相量和的一半与流过电缆主
    绝缘的泄漏电流的比值,右端为一常数。因此,可以得到这样的结论,取施加在每相电缆两
    终端电压相量和的一半作为参考电压,与泄漏电流的比值不受流过电缆负载电流变化的影
    响。

    根据电路阻抗定理,根据式(11)可得到电缆的主绝缘等值阻抗Z为:


    根据阻抗的定义可知,主绝缘的阻抗又可表示为:


    式(13)中,R为电缆主绝缘的等值电阻;C为电缆导线与金属护层之间的等值电容;
    ω为电缆运行时电力系统的角速度。联立式(12)和式(13)可得到等值电阻及等值电容为:


    式(14)可以计算出任意一相电缆主绝缘的等值电阻和等值电容,进而可以计算出
    流过电缆主绝缘的阻性电流和容性电流为:


    式(15)中,为流过电缆绝缘的阻性电流;为流过电缆绝缘的容性电流。同理,
    可以对其他两相电缆的阻性和容性电流进行分离。

    本发明提解决长距离电缆在线监测存在的三个问题:

    第一,从流过电缆绝缘的泄漏电流中分离阻性电流;

    第二,长距离电力电缆存在电压降问题;

    第三,长距离电力电缆存在金属护层交叉互联的问题。

    通过理论公式推导证明了阻性电流分离方法可以实现从流过长距离电缆主绝缘
    的泄漏电流中分离出阻性电流,其测量结果正确有效,并且测量结果不受流过电缆负载电
    流的影响,从而实现了对长距离电力电缆绝缘状况的评估。

    本发明实现了从流过长距离电缆主绝缘的泄漏电流中分离出阻性电流和容性电
    流;解决了长距离电力电缆存在金属护层交叉互联和电压降的问题,即选取电缆两端电压
    的相量和的一半作为参考电压计算阻性电流时,其测量结果保持不变,不受负载电流的影
    响,发明其测量结果正确有效,并且测量结果不受流过电缆负载电流的影响,从而实现了对
    长距离电力电缆绝缘状况的评估;当存在电网谐波、频率波动、同步误差及地电位不同引起
    的电压误差时对阻性电流的测量结果影响较小,能够准确反映出电缆绝缘的状况;基于阻
    性电流分离法的长距离电力电缆绝缘在线监测法适用于任何连接方式以及任何高电压等
    级的长距离电力电缆绝缘状况的评估,无论其金属护层是否交叉互联,适用范围广。

    尽管根据有限数量的实施例描述了本发明,但是受益于上面的描述,本技术领域
    内的技术人员明白,在由此描述的本发明的范围内,可以设想其它实施例。此外,应当注意,
    本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的,而不是为了解释或者限
    定本发明的主题而选择的。因此,在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下,对于本
    技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围,对本
    发明所做的公开是说明性的,而非限制性的,本发明的范围由所附权利要求书限定。

    关 键 词:
    基于 电流 分离法 长距离 电力电缆 绝缘 在线 监测 方法
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