淺析配電網(wǎng)線路絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)

趙軍興+楊曉峰

【摘 要】本文主要對(duì)當(dāng)前我國(guó)配電網(wǎng)線路絕緣狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，在當(dāng)前的監(jiān)測(cè)過(guò)程當(dāng)中很容易出現(xiàn)線路絕緣參數(shù)有較大誤差，測(cè)量的信號(hào)非常弱并且容易被外界電磁所干擾，為此筆者提出了一種能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)單相接地故障信息數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄或者人為單相接地試驗(yàn)來(lái)對(duì)電纜絕緣參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的方法。采用這種方法并不需要增設(shè)信號(hào)設(shè)施，被測(cè)量變化非常顯著，在調(diào)制技術(shù)的基頻信號(hào)提取的前提上，與過(guò)渡帶比較窄的切比雪夫低通濾波器配合使用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障信號(hào)當(dāng)中的非周期分量以及諧波分量的有效抑制，也無(wú)須在線估計(jì)噪聲參數(shù)并能將每一條饋線的對(duì)地參數(shù)進(jìn)行精確計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，故障接地電阻、故障距離和故障相初始相位角都不會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)較大影響，因此該方法能夠在多種接地方式下進(jìn)行配電網(wǎng)饋線絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)線路；絕緣狀態(tài)；在線監(jiān)測(cè)

1.引言

許多工業(yè)礦業(yè)用電都是電纜供電，其線路運(yùn)行的環(huán)境非常惡劣，很容易發(fā)生接地故障，所以電纜線路絕緣受到破壞而導(dǎo)致的單相接地故障會(huì)對(duì)企業(yè)的安全生產(chǎn)帶來(lái)非常大的安全隱患，甚至威脅到人民群眾的生命安全。當(dāng)前針對(duì)多條饋線支路的配電網(wǎng)并未研究出可行性較強(qiáng)的方法。所以，借助絕緣監(jiān)視方法就顯得非常重要。當(dāng)前在配電網(wǎng)對(duì)地絕緣參數(shù)測(cè)量的方法上主要有在線監(jiān)測(cè)以及離線監(jiān)測(cè)兩種，但離線監(jiān)測(cè)過(guò)程中往往需要中斷供電，定期進(jìn)行測(cè)試和維護(hù)工作，顯然，這種方法會(huì)給企業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)非常大的影響，經(jīng)濟(jì)損失較大。

在線監(jiān)測(cè)方法是這幾年才被提出來(lái)的，它可以實(shí)時(shí)估算每一條支路絕緣存在的故障的和其他問題，確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的同時(shí)能有效實(shí)現(xiàn)絕緣預(yù)警功能。直流分量法、直流疊加法等是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的電纜絕緣在線監(jiān)測(cè)方法，不過(guò)這些方法大都是針對(duì)交聯(lián)聚乙烯 110kV及以上的高壓電力電纜絕緣進(jìn)行監(jiān)測(cè)的，像中低壓配電網(wǎng)尤其是電壓等級(jí)低于35kV的，是很難采用上述方法來(lái)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的，許多都還在進(jìn)行理論研究當(dāng)中。

2. 配電網(wǎng)電纜絕緣參數(shù)測(cè)量的工作原理

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，一旦電網(wǎng)的某一條饋線支路（設(shè)支路號(hào)為 1）出現(xiàn)單相接地故障的時(shí)候，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)發(fā)生零序電壓。當(dāng)中是一個(gè)包含三條支路的配電網(wǎng)，架設(shè)每一條線路的三相對(duì)地電容都是一樣的，并使用分布參數(shù) C1、C2、C3來(lái)表示，每一條線路三相的絕緣電阻也是相同的，分別用r1、r2、r3表示。一旦某一條線路發(fā)生單相接地故障（將 N1支路 A 相作為舉例說(shuō)明）的時(shí)候，筆者使用戴維南等效電理并計(jì)算出系統(tǒng)對(duì)地總的零序阻抗。

對(duì)于非故障線路來(lái)說(shuō)，一次單相接地故障時(shí)候所獲得的中性點(diǎn)的零序電壓以及相對(duì)應(yīng)的零序電流，利用算式能夠求得各個(gè)非故障支路的絕緣電阻以及對(duì)地電容。因?yàn)楣收现妨阈螂娏骰ジ衅鞑⒉粫?huì)監(jiān)測(cè)到本支路的零序電流，所以這一條支路的絕緣參數(shù)還不能通過(guò)一次性檢測(cè)計(jì)算就能獲取到。為求得N1故障線路的絕緣參數(shù)，筆者還須對(duì)另外一條線路進(jìn)行單相接地試驗(yàn)或是等著下一次非N1的線路出現(xiàn)單相接地故障，以蝴蝶零序電壓以及非故障支路的零序電流，再將數(shù)字帶入到上述公式當(dāng)中進(jìn)行計(jì)算，從而獲得第二次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中非故障支路的絕緣參數(shù)，這里包括了上次故障線路 N1支路的絕緣參數(shù)，就此筆者就獲得了全部出線路的絕緣參數(shù)。

3.調(diào)制信號(hào)的基頻分量提取方式

過(guò)去經(jīng)常使用的 DFT 采樣方式當(dāng)中，為避免頻譜發(fā)生泄漏，一般都要求同步進(jìn)行采樣，但所獲得的相位存在較大誤差。本論文使用的是基于調(diào)制技術(shù)的基頻提取方式，并在其中引進(jìn)了過(guò)渡帶比較狹窄的切比雪夫低通濾波器本文所采集到的信號(hào)是故障后零序電壓及電流的穩(wěn)態(tài)信號(hào)，所以筆者能夠求得基頻幅值A(chǔ)1以及相位就等于是提取出了零序電壓和各個(gè)線路零序電壓的基頻信號(hào)。從而對(duì)相應(yīng)線路的對(duì)地絕緣參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算。

4. 測(cè)試中電壓與時(shí)間的選擇

（1）測(cè)試電壓：測(cè)試絕緣電阻時(shí)所施加的直流電壓不能太高，否則會(huì)導(dǎo)致絕緣內(nèi)部放電，既影響測(cè)試正確性又易造成絕緣損壞；也不能太低，以致影響測(cè)試的靈敏度和準(zhǔn)確性。對(duì)于35kV及以下的電力電纜，一般最低電壓不低于100V，最高電壓不超過(guò)3000V。

（2）測(cè)試順序：為了檢查電纜在耐壓試驗(yàn)過(guò)程中可能產(chǎn)生而并未暴露（即未擊穿）的缺陷，因此絕緣電阻的測(cè)試應(yīng)在耐壓試驗(yàn)之后。

（3）測(cè)試中的讀數(shù)時(shí)間：由于加上電壓后，絕緣中存在著三種隨時(shí)間而衰減的電流，因此理論上應(yīng)該等這三種電流全部衰減完后，才讀到導(dǎo)電電流（即泄漏電流）的數(shù)值，以計(jì)算絕緣電阻。但時(shí)間太長(zhǎng)測(cè)試工作量大以及考慮到測(cè)量系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，因此在測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定在接通電流后1分鐘（即正到達(dá)1分鐘時(shí)即讀數(shù)）。1分鐘讀數(shù)既保證了非電導(dǎo)電流大部分己經(jīng)消失，又使測(cè)試時(shí)間有了統(tǒng)一，使讀數(shù)具有重復(fù)性和可比性，以及提高測(cè)試效率。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和性能評(píng)價(jià)

下面筆者將進(jìn)行人工單相接地試驗(yàn)。系統(tǒng)電源這一部分使用隔離變壓器來(lái)替代，通過(guò)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的方法，所模擬的饋線有三條，其長(zhǎng)度分別如下：10、12和14千米。線路對(duì)地分布參數(shù)使用集中參數(shù)來(lái)替代，變壓器一次為380V，二次為 660V，Labview 采集卡對(duì)4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的電磁傳感器所輸出的信號(hào)進(jìn)行了記錄，每一個(gè)工頻周期使用了128個(gè)點(diǎn)。每公里型模塊零序參數(shù)為以 6km 長(zhǎng)為例的型模塊連接線路圖（如果需要加長(zhǎng)線路，只需要在線路的末端串聯(lián)更多模塊就可以了。）

5.1仿真算例 1

第一次試驗(yàn)時(shí)將模擬饋線 N2和變壓器之間的距離設(shè)置為10km 處接地，合閘角是 90°；第二次試驗(yàn)時(shí) N3和變壓器是在 8km 處進(jìn)行接地，合閘角是 90°；這兩回的接地電阻測(cè)量所獲得的絕緣參數(shù)誤差都低于 1%，而地電容誤差稍微有點(diǎn)偏高，究其原因主要是因?yàn)榈屯V波器的參數(shù)所導(dǎo)致的，為此筆者對(duì) LP 濾波器的通帶進(jìn)行重新設(shè)計(jì)變得更窄，以縮小測(cè)量誤差，或是選擇靈敏度更好的電流互感器。

5.2仿真算例 2

在算例 1 的前提上，使 N2與N3在分別距離變壓器 10km 的位置發(fā)生了單相接地故障，故障距離和合閘角與算例1相同，只有接地電阻擴(kuò)大成為了，筆者可以看到，擴(kuò)大接地電阻所測(cè)得的絕緣參數(shù)誤差也是稍微有點(diǎn)偏高，不過(guò)誤差是在實(shí)驗(yàn)允許范圍內(nèi)，所以，接地電阻的變化不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。

5.3仿真算例3

在算例 1 的前提上，故障相初始相位合閘角以及接地電阻都與算例1相同，但第一次實(shí)驗(yàn)?zāi)M N2與變壓器接地距離變成8km；第二次實(shí)驗(yàn)N3與變壓器接地距離變成12km。結(jié)果筆者發(fā)現(xiàn)，故障距離擴(kuò)大之后所測(cè)量到的誤差也會(huì)擴(kuò)大，不過(guò)還是在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍之內(nèi)。

由此可見，使用該方法測(cè)量時(shí)其測(cè)量結(jié)果并不會(huì)受到接地電阻、故障距離以及故障初始角這三大因素的影響。

6.結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究證明，在兩次認(rèn)為單相接地實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)態(tài)測(cè)量方式或者對(duì)現(xiàn)場(chǎng)單相接地故障的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄的方法在各種類型的中性點(diǎn)接地方式當(dāng)中都很適用，而且還具備測(cè)量精度高，被檢測(cè)信號(hào)較顯著且實(shí)現(xiàn)方案比較容易等優(yōu)勢(shì)，繼而為電纜在線絕緣監(jiān)測(cè)開辟了新的思路，值得進(jìn)一步研究和開發(fā)運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

[1]鞏固，殷曉杰，古鋒，侯濤.淺談高壓電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)技術(shù)[J]. 煤礦現(xiàn)代化. 2012（04） ：34-35.

[2]林林，金震.配電網(wǎng)單相接地故障定位研究[J]. 中國(guó)科技信息. 2012（23） ：78-79.endprint