交流三芯电缆泄漏电流带电检测与缺陷定位方法

技术领域

本发明涉及交流三芯电缆泄漏电流带电检测与缺陷定位方法，属于电力电缆技术领域。

背景技术

三芯电缆长期掩埋在地下，工作中常常由于力、热、电、环境等因素作用导致其绝缘层、护套等部件发生受潮、老化、腐蚀，引发电缆故障，因此，为保障电力系统的安全运行，开展配电网三芯电缆缺陷检测与定位研究意义重大。

对于三芯电缆而言，其三相缆芯的金属护套直接紧密接触，此外还有铠装层存在，正常情况下采用双端接地方式运行。由于缆芯与金属护套以及铠装层之间的强电磁耦合关系，因此运行中的三芯电缆接地线中会存在感应环流。除此之外，接地线中还包含电容电流。若电缆绝缘受损，接地线中还会有较大的泄漏电流。一般来说，电容电流相对其他两种成分较小，可忽略不计。

目前电缆的故障测距方法主要针对中、高压单芯电缆，三芯电缆的故障测距方法较少且大都为离线检测。三芯电缆的结构复杂，现有单芯电缆故障定位方法不适用于三芯电缆。因此，研究一种安全、可靠的三芯电缆缺陷带电检测与定位方法对于保障电力系统的安全运行具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供交流三芯电缆泄漏电流带电检测与缺陷定位方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明的技术方案如下：

一种交流三芯电缆泄漏电流带电检测与缺陷定位方法，包括如下步骤：

步骤1：同步获取运行电缆两端接地电流信号；

步骤2：对两端接地线中的电流进行矢量相加去除感应环流，设定一缺陷阈值α，当矢量和有效值大于α认为电缆存在缺陷；

步骤3：对缺陷电缆两端接地电流矢量和进行频谱分析，计算各次谐波与基波幅值比I

步骤4：若r不唯一，调用电缆正常工况下的两端接地电流数据并进行频谱分析，计算各次谐波与基波幅值比I

步骤5：分别对两端接地电流进行频谱分析，结合步骤3、4确定的谐波次数，得出用于定位的两端电流谐波分量；

步骤6：对缺陷状况下三芯电缆电路进行分析得到包含各部分电阻以及缺陷距离、两端电流的关系式，将步骤5计算的两端电流谐波分量代入公式对电缆缺陷进行定位。

优选的，步骤6中的关系式如下：

式中：r

优选的，步骤1中，通过在电缆两端接地线附近安装磁场式电流传感器检测电缆接地电流信号，通过磁场式电流传感器可根据测量电流产生的磁场准确的检测到流过电缆的金属屏蔽层两端的接地电流信号。

优选的，步骤1中，通过同步采集装置发出控制信号实现两端磁场式电流传感器同步采集，通过同步采集装置的控制可以保证所采集电压电流的同时性，提高定位精度。

优选的，步骤1中，同步采集装置将采集的电流信号上传至上位机进行存储与分析，通过上位机的存储可以对数据进行查询与调用。

优选的，所述同步采集装置包括信号同步模块与数据采集模块，信号同步模块通过卫星授时向数据采集模块发送指令。

优选的，步骤2具体包括如下步骤：

步骤21：将金属屏蔽层左右两端接地线中的电流

步骤22：若步骤21中得到的矢量和有效值I

根据步骤2去除接地线中感应环流分量的影响，得到流过电缆缺陷处的电流，再结合试验或运行经验确定出缺陷阈值α，可以对运行中交流电缆的状态进行评估，判断其是否存在缺陷。

优选的，步骤3中，取基波与2～10次谐波幅值。

优选的，步骤3中，在50～1kHz范围内对缺陷电缆两端接地电流矢量和进行频谱分析。

优选的，步骤4中，筛选出感应环流分量最弱的一次谐波用于定位使用。

本发明具有如下有益效果：

通过计算双端接地电流矢量和，并与运行经验设定的缺陷阈值进行对比，从而实现对运行中交流电缆的状态进行评估，判断其是否存在缺陷；

若电缆存在缺陷，进一步对两端接地电流进行频谱分析确定可用于定位的两端电流谐波分量，依据电路原理对三芯电缆电路结构进行简化得到缺陷距离与谐波电流分量的关系式，由此可以实现对运行中的电缆进行缺陷定位，以便及时对电缆做出防护措施，避免缺陷进一步恶化，具有较好的实用性、经济性。

附图说明

图1为本发明流程示意图；

图2为本发明运行中交流三芯电缆接地电流检测示意图；

图3为本发明运行三芯电缆单相绝缘缺陷等效电路图；

图4为本发明星—三角变换电路图；

图5为本发明最终简化的三芯电缆单相绝缘缺陷等效电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

实施例：

步骤1：如图2所示：电缆首末两端对称、双端接地，金属屏蔽层与铠装层经过一条接地引线引入大地，在电缆两端接地引线旁设置磁场式电流传感器，通过耦合接地线中电流产生的磁场精确测量电缆两端的接地电流；磁场式电流传感器采集信号受同步采集装置控制，同步采集装置包括信号同步模块与数据采集模块，信号同步模块通过卫星授时向采集模块发送指令，采集模块控制磁场式电流传感器进行数据采集，实现双端电流同步测量，最后将测量数据上传到上位机进行存储与分析。

同步获取运行电缆两端接地电流信号并上传至上位机进行存储与分析；

步骤2：对金属屏蔽层两端接地线中的电流进行矢量相加去除感应环流，设定一缺陷阈值α，当矢量和有效值大于α认为电缆存在缺陷；

步骤21：将金属屏蔽层左右两端接地线中的电流

将式1与式2进行矢量叠加可以去除接地线中感应环流分量

步骤22：根据步骤21中流过故障点处的泄漏电流值，在此基础上根据实验研究与运行经验设定一缺陷阈值α，若步骤21中得到的矢量和有效值I

步骤3：对缺陷电缆两端接地电流矢量和进行频谱分析，计算各次谐波与基波幅值比I

两端接地电流矢量和为流过缺陷处的泄漏电流，泄漏电流会由缺陷处向电缆两端分流，可以根据两端泄漏电流与电阻的关系确定出缺陷距离。磁场式电流传感器测量的接地电流包含流过缺陷处的泄漏电流与感应环流，感应环流分量会对定位结果造成影响，由于无法求出感应环流具体数值，因此通过确定流过缺陷处泄漏电流的谐波特性来弱化感应环流的影响，具体步骤如下。

步骤31：对缺陷电缆两端接地电流矢量和进行频谱分析，分析范围为50～1kHz，计算各次谐波与基波幅值比I

电缆接地电流矢量和计算可有效去除感应环流分量，在忽略电容电流的情况下可以表示流过缺陷处的泄漏电流，谐波幅值比大于β说明该次谐波分量信噪比较高，可代表缺陷处泄漏电流的谐波特性。

步骤4：若r不唯一，调用电缆正常工况下的双端接地电流数据并进行频谱分析，计算各次谐波与基波幅值比I

步骤3中确定的谐波次数可能不唯一，说明缺陷处泄漏电流有多次谐波分量较为凸出、有多组谐波次数符合选取要求，需要在其中筛选出感应环流分量最弱的一次谐波用于定位使用。

由于感应环流分量会严重影响定位结果，正常工况下电缆接地电流中主要包含感应环流，泄漏电流与电容电流都可忽略不计，因此对正常工况下电缆两端接地电流进行频谱分析，确定出感应环流谐波特性，在上位机调用电缆正常工况下的两端接地电流数据并进行频谱分析，通过计算各次谐波与基波幅值比I

步骤5：分别对两端接地电流进行频谱分析，结合步骤3、4确定的谐波次数，得出用于定位的两端电流谐波分量；

步骤3、4筛选出了谐波分量较强与感应环流分量较弱的谐波次数，在测量得到的两端接地电流中确定该次谐波分量，可用于定位计算。

步骤6：对缺陷状况下三芯电缆电路进行分析得到包含各部分电阻以及缺陷距离、两端电流的关系式，将步骤5计算的两端电流谐波分量代入公式对电缆缺陷进行定位；

通过对缺陷电缆的等效电路进行分析，结合电路原理进一步简化，利用电缆两端接地电流谐波分量的大小与电缆电路中电阻的关系进行缺陷距离的计算，实现对电缆缺陷的定位；

步骤61：根据缺陷状况下三芯电缆等效电路图，如图3所示，图中，Es为感应电势，r

式中，r

最终简化的三芯电缆等效电路如图5所示，根据电路分流原理，得到包含护层电阻、接地电阻、铠装层电阻、两端电流分量以及缺陷距离的关系式；

步骤62：将所述步骤52中的双端接地电流谐波分量代入所述步骤61得到的表达式中，对电缆缺陷进行定位。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。