電流在線監測和故障診斷技術在高壓電力電纜護層的運用

李艷彬

電流在線監測和故障診斷技術在高壓電力電纜護層的運用

李艷彬

（國網西安供電公司，陜西西安，710000）

隨著我國社會經濟的不斷發展，人們對于電能的需求量大大增加。為保證電力的正常供應，電力工作者也在不斷地完善高壓電力電纜的日常監測工作，但在實際的電力配送過程中，仍然會由于各種因素而導致高壓電力電纜護層電流監測工作不到位，從而影響到整個電力系統的正常運轉。本文通過結合較為簡單的仿真分析，對目前高壓電力電纜護層電流的在線監測和故障診斷技術進行了重點探討。

高壓電力電纜；在線監測；故障診斷

0 引言

經濟的迅速發展大大增加了電能需求量，電能是人們生產生活中最必不可少的能源之一，因此必須要保證其穩定供應，確保人們的生產生活有序進行，而要想實現這一目標，則要不斷的提高高壓電力電纜的安全性和穩定性，采用先進的電力檢測技術來對高壓電力電纜護層電流進行在線監測，并及時發現護層電流故障，以便在第一時間對其進行補救。不同的高壓電力電纜所出現的故障不同，其原因也不同，這就需要采取不同的電流監測和故障診斷技術，只有這樣，才能最大程度的確保電力系統的正常運行。

1 高壓電力電纜產生故障的原因

高壓電力電纜在整個電力運行系統中承擔的負荷量十分巨大，再加上其運行時間較長，導致其非常容易受外界因素的影響，從而產生一些電纜運行故障。高壓電力電纜產生故障的原因如下。

（1）質量不合格。高壓電纜通常置于露天環境當中，受到自然環境的影響較大，比如陽光直曬、雷電風雨等，若是電纜質量不合格，則極易造成高壓電纜老化，發生漏電現象。

（2）運行環境較差。高壓電纜的主要特點是運行時間長、負荷量大，再加之長時間接觸外界環境，使得其運行環境十分嚴峻，容易發生運行故障。

（3）施工不到位。在安裝高壓電纜時，安裝人員的技術水平較低且沒有按照相應的安裝規范來進行電纜安裝，因此很容易導致高壓電纜在后期的運行中發生故障。除此以上原因之外，高電壓、高電流等都會降低電纜的絕緣性能，引起高壓電力電纜短路，使其出現運行故障。

2 基于故障狀態下高壓電力電纜護層電流在線監測和故障診斷技術

通常來講，若高壓電纜線路長度大于1200米，則其內部的護層電流會大大上升，這時一般會采取電力電纜交叉互聯的方式來降低護層電流，穩定感應電壓。具體的監測及故障診斷技術還需根據不同的電纜故障來確定。

2.1 交叉互聯接線方式下的護層電流分析

高壓電力電纜護層電流具體包含兩種電流形式，一種是感應電流，另一種是電容電流，因此需要將同軸電纜以及接地箱設備安裝在交叉互聯電纜的接頭處，只有這樣，才能促使三相高壓電纜護層電流進行交叉轉換。其中，同軸電纜是指兩個金屬導體的軸心相同，且這兩個導體之間相互絕緣，不產生任何干擾，它不僅能夠提高電流回路，抑制電磁噪音對信號的干擾，還能夠保護電纜內部的導線，因此在高壓電纜接頭處與交叉互聯箱中間設置同軸電纜可以最大程度的降低連接裝置的波阻抗，同時也可以減低電纜護層的電流，從而將護層電流保護器連接處的電壓控制在合理的范圍內，此外，這種做法也大大提高了連接裝置的防水性。假設一種常見的高壓電纜交叉互聯接線形式，IL代表負荷電流，I1～I6表示的是6個需被檢測的護層電流，它們分別連著6個工頻傳感器。利用同軸電纜的內外導體層可將相鄰電纜段的2個護層連接到交叉互聯箱的內部，但是到目前為止還未有文獻來具體分析這種實際接線狀況下的護層電流。

2.2 高壓電纜接頭處松動引起的電纜故障

在交叉互聯電纜的安裝過程中，電纜的接頭處很容易發生松動，造成此故障最主要原因就在于電纜安裝技術和方式的不規范以及復雜的外界環境。電纜接頭處發生松動會造成很大的電纜故障，最明顯的就是會導致電纜內部線路被斷開，從而無法形成一個完整的閉合回路，而此時高壓電纜護層電流就會變為零。假設以電纜A1段來說，如果在此段電纜發生了開路故障，那么Im1感應電流的值就會為0，并且護層電流在每個測量點的值應為

2.3 交叉互連箱進水

由于我國南方大多數地區的夏季降雨量較多，再加之交叉互聯箱長期置于露天之中，箱體表面經常會被損壞，因此箱體內部很容易會滲進污水，進而破壞護層電流的保護器，使整個電纜線路出現短路現象。不同的水質，其電阻也會有很大的差別，但由于污水的電阻較低，而且箱體內的水體與外界水體相連接，在這種情況下，污水的電阻幾乎可以忽略不計。此時若是保護器被污水淹沒，則會造成箱體內出現接地現象，進而造成感應電流的急速上升，引發電纜故障。假設大水淹沒了接頭處J2的交叉互聯箱，根據淹沒示意圖，新形成的故障回路中的感應電流分別用Ix1～Ix6來表示。在這種情況下，箱內的導體會出現直接接地的情況，所以原先的3條護層回路會變為6條有故障的回路，那么可利用下列公式來計算6個測量點處的護層電流。

依照等效電路原理，由安倍定律可知，回路中的感應電流在故障情況下應是：

2.4 高壓電纜接頭處環氧預制件被擊穿

在高壓電纜接頭處若發生環氧預制件被擊穿現象，則會連接電纜兩側的金屬護層，這樣就會對交叉互聯系統造成很大的影響，進而使得護層電流快速上升，而增大的護層電流又會加熱環氧預制件，再加之接頭處散熱性能較差，這便降低了電纜運行的安全性。其中，若有一個接頭處的環氧預制件被擊穿，則會大大影響其中一條護層回路中的感應電流，而另一條則會保持電流恒定不變。

3 故障診斷和定位標準的具體分析

這里的研究對象是某1.5千米長度，110kv電壓的電纜線路，通過嚴格的數據分析和仿真，具體分析了不同情況下護層電流的實際變化。通過利用電纜的原始數據，再結合相應的計算公式，便可計算出正常情況下每個監測點的電流大小。

對數據在仿真時做了以下三點的假設：其一，假設三相具有相同的負荷電流；其二，假設3個電纜段的長度在某1個交叉互聯循環段中是相同的；其三，為了更加貼近實際情況，后面分別對2個地電阻值的情況作了分析：（1）有回流線的狀況，仿真時采用的地電阻值為0.1?.（2）未安裝回流線的情況，仿真時采用的地電阻值為4?。雖然與電纜相對應的三相負荷電流在系統運行時并不是完全相同的，但是差異很小，可以看似相等。通過實際的仿真分析，分析結果為故障的診斷提供了可靠的依據。

用1條直線來表示未發生故障下的預期比值，以此作為參考值，通過比較預期比值和故障下的比值，便可對電纜的健康狀態做出準確的診斷。值得注意的一點是該種電纜故障的診斷和定位標準是基于以上3點的假設得出的，并非萬能的，但是其他情況下，都可使用參數修改的方法來得到一套適用于其本身的故障診斷和定位標準。

4 結語

通過分析了高壓電力電纜護層電流出現故障之后的具體分析和計算方法，詳細探討了如何對護層電流故障進行在線監測和診斷，為現階段的高壓電力電纜提供了更多的檢修策略。

[1]袁燕嶺,周灝,董杰等.高壓電力電纜護層電流在線監測及故障診斷技術[J]. 高電壓技術,2015(4):1194-1203.

[2]許華君,朱國朋.高壓電力電纜護層電流在線監測及故障診斷技術[J].黑龍江科技信息,2016(2):78-78.

Application of current on-line monitoring and fault diagnosis technology in protective layer of high voltage power cable

Li Yanbin
(State Grid Xi’an power supply company,Xi’an Shaanxi,710000)

With the continuous development of China’s social economy, people’s demand for electricity is greatly increased. To ensure the normal supply of electricity, electricity workers also continue to improve in daily monitoring of high voltage power cable in the power distribution, but the actual process will still be high voltage power cable sheath current monitoring is not in place due to various factors, which affect the normal operation of the whole power system. In this paper, the on-line monitoring and fault diagnosis technology of current protection layer for HV power cables are discussed with a relatively simple simulation analysis.

high voltage power cable; on line monitoring; fault diagnosis