[发明专利]一种电力电缆故障定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种电力电缆故障定位方法及系统，该方法包括：获取故障的电力电缆首端电流、末端电流、首端电压和末端电压；根据电力电缆首端电流、末端电流、首端电压和末端电压计算电力电缆的线路波阻抗；根据电力电缆首端电流、末端电流、首端电压、末端电压以及线路波阻抗计算电力电缆的线路传播系数；根据线路波阻抗和线路传播系数计算故障点到电力电缆首端的距离。本发明提出的电力电缆故障定位方法及系统，能够更加精确的计算出故障点到电力电缆首端的距离，提高了故障点定位精度。

技术领域

本发明涉及故障检测技术领域，特别是涉及一种电力电缆故障定位方法及系统。

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(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(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。图1为金属护层交叉互联下XLPE电缆的电缆本体不换位接线示意图，图2为金属护层交叉互联下XLPE电缆的电缆本体换位接线示意图。长距离电力电缆经过这样的连接方式后，使得每一相电缆的感应电压之和几乎为零。

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。这都给长距离电力电缆故障位置的确定带来了困难。