電纜線路故障定位方法及裝置、系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電纜線路故障定位方法，包括：（1）對(duì)每段電纜的線路零序電流設(shè)定過(guò)流門(mén)檻值，對(duì)每段電纜的護(hù)套接地電流設(shè)定感應(yīng)系數(shù)；對(duì)每段電纜的線路零序電流和護(hù)套接地電流進(jìn)行測(cè)量；（2）對(duì)故障位置進(jìn)行判定，當(dāng)某段電纜的線路零序電流大于所設(shè)定的過(guò)流門(mén)檻值時(shí)，則該段電纜所在的線路發(fā)生故障，當(dāng)某段電纜的護(hù)套接地電流大于感應(yīng)系數(shù)與該段電纜的線路零序電流的乘積時(shí)，則該段電纜發(fā)生故障。本發(fā)明還涉及實(shí)施上述方法的電纜線路故障定位裝置和系統(tǒng)。通過(guò)本發(fā)明的裝置和系統(tǒng)結(jié)合方法，能夠快速、準(zhǔn)確地定位出電纜線路中發(fā)生故障的位置，從而可以提高故障檢修作業(yè)的效率，進(jìn)而保障電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。
【專利說(shuō)明】電纜線路故障定位方法及裝置、系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對(duì)電纜線路中發(fā)生的故障進(jìn)行定位的方法以及所采用的裝置和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)20kV中壓配電網(wǎng)大多采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地運(yùn)行方式。配電線路故障，尤其是單相接地故障的快速、準(zhǔn)確定位，不僅對(duì)修復(fù)線路和保證可靠供電，而且對(duì)保證整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有十分重要的作用。配電網(wǎng)單相接地故障是發(fā)生幾率最高的故障類型，所以配電網(wǎng)故障定位主要是解決單相接地故障的準(zhǔn)確定位難題。
[0003]目前，20kV中壓配電網(wǎng)普遍采用三芯交聯(lián)聚乙烯XLPE電力電纜。該電力電纜從內(nèi)到外的組成依次為:線芯、內(nèi)絕緣層、金屬護(hù)套(銅帶屏蔽層)、填充層、中絕緣層、鋼帶鎧裝、外絕緣層。有些復(fù)雜的電纜結(jié)構(gòu)還會(huì)包括半導(dǎo)電層等。
[0004]當(dāng)高壓電纜線芯通過(guò)交流電流時(shí)，在線芯周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，該感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度與通過(guò)電纜線芯的電流大小成正比。運(yùn)行中的高壓電力電纜由于渦流效應(yīng)，其金屬護(hù)層上會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的大小不僅與流過(guò)線芯的電流(或短路電流)以及電纜的長(zhǎng)度和敷設(shè)方式有關(guān)，還與周?chē)芈返呐帕蟹绞?、距離有關(guān)。當(dāng)電纜外護(hù)套破損和缺陷、遭受過(guò)電壓或發(fā)生不對(duì)稱短路故障時(shí)，將造成金屬護(hù)套多點(diǎn)接地，即會(huì)在金屬護(hù)套、接地線、接地系統(tǒng)間形成回路，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生高壓環(huán)流，該電流可達(dá)線芯電流的50°/『95%，足以使金屬護(hù)層或鎧裝層發(fā)熱，損耗大量的電能，加速電纜絕緣的老化，甚至導(dǎo)致電纜絕緣薄弱處擊穿。為了避免這些狀況的發(fā)生，我們通常對(duì)電力電纜線路進(jìn)行保護(hù)接地。
[0005]電力電纜線路保護(hù)接地即電力電纜金屬護(hù)套可靠接地是有效保障電力電纜線路安全運(yùn)行的重要保護(hù)措施，其本質(zhì)是在正常和事故以及電纜系統(tǒng)內(nèi)部過(guò)電壓、雷電過(guò)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(guān)，而且與接地體的幾何尺寸、大地電阻率等參數(shù)有關(guān)。
[0006]電力電纜單相短路故障時(shí)，接地體的接地電位可能達(dá)到數(shù)kV ;雷電過(guò)電壓時(shí)，接地體的瞬時(shí)接地電位可能高達(dá)數(shù)百kV。地電位大幅升高，一方面可能導(dǎo)致高壓?jiǎn)涡倦娏﹄娎|護(hù)層絕緣擊穿，引起金屬護(hù)套多點(diǎn)接地故障，另一方面可能導(dǎo)致反擊過(guò)電壓擊穿相鄰設(shè)備或?qū)⒏唠娢灰蚱渌碗娢惶幵斐稍O(shè)備事故和人身事故，與此同時(shí)，接地電流在大地中流散時(shí)，大地表面出現(xiàn)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?xiàng)l件和經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，應(yīng)盡可能地采取優(yōu)化措施，按照經(jīng)濟(jì)合理的原則在電力電纜金屬護(hù)層的一定位置采用特殊的連接和接地方式，并同時(shí)裝設(shè)護(hù)層保護(hù)器，以防止電纜護(hù)層絕緣被擊穿，保障電力電纜線路的安全可靠運(yùn)行。電力電纜線路按照GB50217-94《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求安裝施工時(shí)，合理選擇金屬護(hù)套接地方式是確保電纜線路正常工作的基礎(chǔ)。一般有以下幾種接地方式:護(hù)套兩端直接接地；護(hù)套一端接地；護(hù)套中點(diǎn)接地；護(hù)套交叉互聯(lián)接地。
[0008]目前對(duì)于配電網(wǎng)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(xué)者對(duì)配電網(wǎng)的故障定位問(wèn)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(diǎn)處測(cè)量故障距離為目的的故障測(cè)距法；一類是故障發(fā)生后通過(guò)向系統(tǒng)注入信號(hào)實(shí)現(xiàn)尋跡的信號(hào)注入法；還有一類是利用戶外故障探測(cè)器檢測(cè)的故障點(diǎn)前后故障信息的不同確定故障區(qū)段的戶外故障點(diǎn)探測(cè)法。這些方法普遍存在實(shí)施復(fù)雜、不易操作的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種能夠方便、快速地對(duì)電纜線路中的故障位置進(jìn)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(tǒng)。
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種電纜線路故障定位方法，用于對(duì)由若干根電纜相連接構(gòu)成的線路中的故障進(jìn)行定位，所述的電纜線路故障定位方法包括:
(1)對(duì)每段所述的電纜的線路零序電流設(shè)定過(guò)流門(mén)檻值，對(duì)每段所述的電纜的護(hù)套接地電流設(shè)定感應(yīng)系數(shù)；在監(jiān)控節(jié)點(diǎn)對(duì)每段所述的電纜的線路零序電流和護(hù)套接地電流進(jìn)行測(cè)量；
(2)根據(jù)接地故障判據(jù)對(duì)故障位置進(jìn)行判定，當(dāng)某段所述的電纜的線路零序電流大于所設(shè)定的過(guò)流門(mén)檻值時(shí)，則該段所述的電纜所在的線路發(fā)生故障，當(dāng)某段電纜的護(hù)套接地電流大于所設(shè)定的感應(yīng)系數(shù)與該段所述的電纜的線路零序電流的乘積時(shí)，則該段所述的電纜發(fā)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(fā)送至遠(yuǎn)方主站。
[0012]所述的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)為每段所述的電纜的首、末兩端。
[0013]所述的過(guò)流門(mén)檻值的整定原則是以所述的電纜的對(duì)地電容電流乘以可靠系數(shù)。
[0014]所述的感應(yīng)系數(shù)是電纜的金屬護(hù)套上流過(guò)的感應(yīng)環(huán)流與纜芯的零序電流之間的比例關(guān)系。
[0015]—種電纜線路故障定位裝置，用于對(duì)由若干根電纜相連接構(gòu)成的線路中的故障進(jìn)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(hù)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(shè)定的該段所述的電纜的過(guò)流門(mén)檻值以及每段所述的電纜的護(hù)套接地電流與所設(shè)定的該段所述的電纜的感應(yīng)系數(shù)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(jī)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(shè)置的線路零序電流互感器和護(hù)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(hù)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(kāi)口式零序電流互感器，所述的護(hù)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(tǒng)，包括對(duì)電纜線路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控的遠(yuǎn)方主站、若干個(gè)對(duì)由若干根電纜相連接構(gòu)成的線路中的故障進(jìn)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(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)與所述的遠(yuǎn)方主站相連接。
[0020]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):通過(guò)本發(fā)明的裝置和系統(tǒng)結(jié)合方法，能夠快速、準(zhǔn)確地定位出電纜線路中發(fā)生故障的位置，從而可以提高故障檢修作業(yè)的效率，進(jìn)而保障電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]附圖1為本發(fā)明的電纜線路故障定位系統(tǒng)的示意圖。
[0022]附圖2為本發(fā)明的電纜線路故障定位裝置的示意圖。
[0023]附圖3為本發(fā)明的電纜線路故障定位方法的流程圖。
[0024]以上附圖中:1、遠(yuǎn)方主站；2、通訊網(wǎng)絡(luò)；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(jī)交互模塊；9、通訊模塊；10、線路零序電流互感器；11、護(hù)套接地電流互感器。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0026]實(shí)施例一:一種電纜線路故障定位系統(tǒng)如附圖1所示，其包括遠(yuǎn)方主站I以及與遠(yuǎn)方主站I通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)2實(shí)現(xiàn)信號(hào)連接的若干個(gè)電纜線路故障定位裝置3，其中，遠(yuǎn)方主站I用于對(duì)電纜線路連接構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整體監(jiān)控，而各個(gè)電纜線路故障定位裝置3則用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜線路中發(fā)生的接地故障的位置進(jìn)行判斷。整個(gè)電纜線路網(wǎng)絡(luò)由若干條線路連接構(gòu)成，而每條線路又有若干段電纜4連接構(gòu)成，每一段電纜4均至少配備有一個(gè)電纜線路故障定位裝置3，其可以設(shè)置在電纜4的一端。而本實(shí)施例中，為了獲得更加準(zhǔn)確的定位結(jié)論，在每段線纜的首、末兩端分別設(shè)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(duì)由若干根電纜4相連接構(gòu)成的線路中的故障進(jìn)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(hù)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(jī)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(shè)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(hù)套接地電流互感器11，線路零序電流互感器10和護(hù)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(hù)套接地電流。其中，線路零序電流互感器10為開(kāi)口式零序電流互感器，護(hù)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(kāi)閉所進(jìn)出線、環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)柜等處或者每段線路首、末端各裝設(shè)I個(gè)。
[0028]上述電纜線路故障定位系統(tǒng)和裝置采用一種基于電纜金屬護(hù)套接地電流的對(duì)由若干根電纜4相連接構(gòu)成的線路中的故障進(jìn)行定位的方法。該方法充分的利用了電纜金屬護(hù)套接地電流在區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障時(shí)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(jìn)行廣域故障定位。
[0029]電纜金屬護(hù)套接地電流在區(qū)內(nèi)、區(qū)外故障時(shí)的不同特征具體是指:
1、發(fā)生接地故障時(shí)，對(duì)于非故障線路連接的電纜線路故障定位裝置3所測(cè)得的線路零序電流很小，在30A以下，護(hù)套接地電流也很小。故障線路上故障點(diǎn)上游的電纜線路故障定位裝置3所測(cè)得的線路零序電流很大，在幾百A，護(hù)套接地電流也很大；故障點(diǎn)下游的電纜線路故障定位裝置3測(cè)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(cè)得的護(hù)套接地電流只包含因線路零序電流引起的護(hù)套感應(yīng)環(huán)流，取決于電纜規(guī)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(cè)得的護(hù)套接地電流既包含因線路零序電流引起的護(hù)套感應(yīng)環(huán)流，又包含由故障點(diǎn)流出的短路電流。三芯XLPE電纜常采用金屬護(hù)套兩端接地措施，由故障點(diǎn)流出的短路電流在兩個(gè)并聯(lián)支路上分流。
[0032]參見(jiàn)附圖3，根據(jù)以上所述特征，基于電纜金屬護(hù)套接地電流的故障定位方法包括了以下步驟:
(I)對(duì)每段電纜4的線路零序電流設(shè)定過(guò)流門(mén)檻值，對(duì)每段電纜4的護(hù)套接地電流設(shè)定感應(yīng)系數(shù)。通過(guò)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(hù)套接地電流互感器11在監(jiān)控節(jié)點(diǎn)對(duì)每段電纜4的線路零序電流和護(hù)套接地電流進(jìn)行測(cè)量，并將結(jié)果經(jīng)故障指示器5的電流采集單元6傳輸至CPU7中。此處所述監(jiān)控節(jié)點(diǎn)可以為每段電纜4的一端部，這樣即可依靠單端信息進(jìn)行故障的獨(dú)立判別。優(yōu)選的方案為，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)為每段電纜4的首、末兩端，即在每段電纜4的兩端均設(shè)置電纜線路故障定位裝置3分別進(jìn)行定位，首末兩端判據(jù)可相互補(bǔ)充、互為備用。該步驟中，過(guò)流門(mén)檻值的整定原則是以電纜的對(duì)地電容電流乘以可靠系數(shù)，通常默認(rèn)30A，而感應(yīng)系數(shù)則是電纜4的金屬護(hù)套上流過(guò)的感應(yīng)環(huán)流與纜芯的零序電流之間的比例關(guān)系，其取決于電纜4導(dǎo)線的截面積，通常默認(rèn)取0.23。
[0033](2)在CPU7中，根據(jù)以下接地故障判據(jù)對(duì)故障位置進(jìn)行判定:當(dāng)某段電纜4的線路零序電流大于所設(shè)定的過(guò)流門(mén)檻值時(shí)(即)，則該段電纜4所在的線路發(fā)生故障；當(dāng)某段電纜4的護(hù)套接地電流大于所設(shè)定的感應(yīng)系數(shù)與該段電纜4的線路零序電流的乘積時(shí)(SP)，則該段電纜4發(fā)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(guò)比較每段電纜的線路零序電流與所設(shè)定的該段電纜的過(guò)流門(mén)檻值以及每段電纜的護(hù)套接地電流與所設(shè)定的該段電纜的感應(yīng)系數(shù)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(jīng)通訊網(wǎng)絡(luò)2發(fā)送至遠(yuǎn)方主站1，從而進(jìn)行廣域故障定位。該發(fā)送信息的過(guò)程也可以分兩步完成:在判斷出某條線路發(fā)生故障后，向遠(yuǎn)方主站I發(fā)送“本條線路接地故障”信號(hào)；而在判斷出某段電纜4發(fā)生故障后，向遠(yuǎn)方主站I發(fā)送“本段電纜接地故障”信號(hào)。上述信號(hào)還可以在故障指示器5中設(shè)置與CPU7相連接的顯示模塊進(jìn)行同步顯示。
[0035]上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電纜線路故障定位方法，用于對(duì)由若干根電纜相連接構(gòu)成的線路中的故障進(jìn)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(duì)每段所述的電纜的線路零序電流設(shè)定過(guò)流門(mén)檻值，對(duì)每段所述的電纜的護(hù)套接地電流設(shè)定感應(yīng)系數(shù)；在監(jiān)控節(jié)點(diǎn)對(duì)每段所述的電纜的線路零序電流和護(hù)套接地電流進(jìn)行測(cè)量； (2)根據(jù)接地故障判據(jù)對(duì)故障位置進(jìn)行判定，當(dāng)某段所述的電纜的線路零序電流大于所設(shè)定的過(guò)流門(mén)檻值時(shí)，則該段所述的電纜所在的線路發(fā)生故障，當(dāng)某段電纜的護(hù)套接地電流大于所設(shè)定的感應(yīng)系數(shù)與該段所述的電纜的線路零序電流的乘積時(shí)，則該段所述的電纜發(fā)生故障，以此獲得電纜線路的故障定位信息。
2.根據(jù)權(quán)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(fā)送至遠(yuǎn)方主站。
3.根據(jù)權(quán)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(jiān)控節(jié)點(diǎn)為每段所述的電纜的首、末兩端。
4.根據(jù)權(quán)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(guò)流門(mén)檻值的整定原則是以所述的電纜的對(duì)地電容電流乘以可靠系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)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(yīng)系數(shù)是電纜的金屬護(hù)套上流過(guò)的感應(yīng)環(huán)流與纜芯的零序電流之間的比例關(guān)系。
6.一種電纜線路故障定位裝置，用于對(duì)由若干根電纜相連接構(gòu)成的線路中的故障進(jìn)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(hù)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(shè)定的該段所述的電纜的過(guò)流門(mén)檻值以及每段所述的電纜的護(hù)套接地電流與所設(shè)定的該段所述的電纜的感應(yīng)系數(shù)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(jù)權(quán)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(jī)交互模塊、通訊模塊。
8.根據(jù)權(quán)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(shè)置的線路零序電流互感器和護(hù)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(hù)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(jù)權(quán)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(kāi)口式零序電流互感器，所述的護(hù)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(tǒng)，其特征在于:其包括對(duì)電纜線路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控的遠(yuǎn)方主站、若干個(gè)對(duì)由若干根電纜相連接構(gòu)成的線路中的故障進(jìn)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(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)與所述的遠(yuǎn)方主站相連接。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK104502807SQ201510015601
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2015年1月13日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月13日
【發(fā)明者】朱國(guó)防, 董曉峰, 郭法安, 陳會(huì), 呂培強(qiáng) 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)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(xué)