一種中性點不接地系統(tǒng)的電纜絕緣電阻在線監(jiān)測方案

李天澤

摘要：近年來，社會用電需求不斷增大，電力工程建設也逐漸增多。在電力系統(tǒng)的構建中，配電網是電力系統(tǒng)的重要組成部分之一，而配電工程的電纜，則是配電網的重要組成部分，是電能運輸的主要途徑。根據《電氣設備預防性試驗規(guī)程》的規(guī)定，正常運行的10kV電力電纜，要1-3年做一次預防性絕緣試驗。試驗需要停機，使用手搖兆歐表測量電纜的絕緣狀態(tài)。但實際電纜在系統(tǒng)中運行時，由于種種原因，并未停電對各條電纜進行絕緣性能檢測，或者檢測的周期被人為拉長。因此并不能及時發(fā)現在系統(tǒng)中運行電纜的絕緣問題。本文就一種配電網不接地系統(tǒng)的電纜絕緣在線監(jiān)測方案進行研究和探討。

關鍵詞：電纜絕緣電阻;注入電源;三相電抗器

引言：

目前配電網絡使用的大多數是聚乙烯、交聯聚乙烯絕緣電纜，因為在直流電場下形成的空間電荷會保存在電纜絕緣層中，當試驗完畢重新投入運行后，殘存的空間電荷（電場）會與運行電壓的電場疊加，對在實際上仍能運行的電纜造成擊穿。實際應用中，離線交流工頻耐壓試驗是目前試驗最為有效的方法，但由于電力電纜的電容很大。就會需要非常大容量的試驗設備，會導致試驗設備很笨重，那么超低頻絕緣耐壓試驗，就可以代替工頻耐壓試驗，從而減小設備體積。

現有的在線監(jiān)測電纜絕緣電阻的方案，有的是從PT開口三角處注入大約10HZ左右的低頻電壓，有的是從PT中性點注入直流電壓。這兩種方案面對多段母線并列運行系統(tǒng)時，都會出現一些問題。特別是每段母線都帶有一組PT，單一注入信號時要么需要把所有PT中性點接地短時間解開，要么注入功率過大燒毀注入PT。目前煤炭、化工、鋼鐵行業(yè)大部分都是多段母線并列運行系統(tǒng)，所以上述方案并不能解決中壓電纜絕緣的在線監(jiān)測問題。

本方案要解決的技術問題是：提供一種中性點不接地系統(tǒng)的電纜絕緣電阻在線監(jiān)測方案。此方案不僅可以解決單母線運行電纜絕緣在線監(jiān)測，更可以解決多段母線并列運行時在線監(jiān)測電纜絕緣電阻。

我們在110KV變電站設立局域網服務器和監(jiān)控平臺，通過光纖來接受上傳信息和下達相關指令。當監(jiān)控平臺發(fā)出注入命令后，由注入電源發(fā)出注入信號，通過三相電抗器把信號注入到某條系統(tǒng)母線中。在電纜側則由超低頻微電流傳感器采集電纜屏蔽層接地的超低頻微電流信號，開關柜內的信號采集器把信號采集后通過LORA把信息傳給配電房集中器，由集中器把本配電房內所有電纜絕緣采集信息集中打包發(fā)送給變電站服務器。

如圖所示，注入電源接到平臺下達注入指令后，首先控制斷路器合閘使電源與母線相連接，然后啟動類梯形波注入程序，波形如圖所示，單次注入只注入一個周期。當電源信號注入時，時刻監(jiān)測PT開口三角電壓，如果注入期間發(fā)生單相接地情況，則注入電源控制斷路器斷開電源與系統(tǒng)母線的連接，三相電抗器通過避雷器與消諧器形成對地回路進行放電。

當平臺向注入電源下達注入指令同時，也向各配電站集中器也下達注入指令，集中器則向配電房各個柜內采集器傳輸平臺指令。柜內采集器接收到指令后，延時4秒確保注入信號在恒壓處輸出穩(wěn)定，開始采集超低頻微電流傳感器上傳的采集信息。6秒內多次采集取平均值，得出注入電壓時此根電纜絕緣電阻所對應的超低頻泄漏電流。同理，柜內采集器在收到指令后18秒，開始檢測反向注入電壓時電纜絕緣電阻。兩次測試結果對比，如果結果相近，則采納為最終檢測結果。

電源注入電壓信號同時監(jiān)測PT開口三角電壓，如果注入時發(fā)現單相接地，則由電源控制端發(fā)出信號，分閘斷路器，切斷電源與母線的聯系。

具體計算過程如下：

如圖所示，電源輸出電壓為U，采樣電阻R阻值已知，采樣R上電壓為UR，則電源輸出總電流I=UR/R。由于同一組三相PT為同一生產廠家，所以系統(tǒng)內雖然有多組PT，但是其一致性非常好，同時三相電抗器為自己生產，也會控制好一致性。因此對于并聯的三相而言，每相電流為I/3。電源的保護電路為二極管組壓降為固定值U保，施加到三相電抗器中性點的電壓U加=U-UR-U保。

如圖所示，單獨對于A相電路進行分析，流過A相的總電流為IA=I/3。RPT1A為PT1的A相一次繞組，RPTNA為PTN的A相一次繞組。Rd為電纜芯長距離等效阻抗，一般為零點幾歐姆或者更低，可以忽略。RJ為待測試某條電纜的絕緣電阻，一般為幾百兆到幾十兆歐姆。根據目前市場PT的實際情況，PT一次繞組直流阻抗在3K左右，如果有十組PT同時在同一接地系統(tǒng)內運行，則并聯后電阻變?yōu)榧s300Ω（因此并聯在三相電抗器中性點的一次消諧器電阻可以忽略對此測量系統(tǒng)的影響）。LA為三相電抗器的A相繞組，設計其50HZ交流阻抗為1MΩ，直流阻抗為30Ω，則施加到RJ兩端 的電壓UJ=U加—30IA（此時應使用直流阻抗計算）。

如圖所示，根據超低頻微電流傳感器測試結果，得出通過RJ的超低頻電流為IJ。則RJ=UJ/IJ。

通過理論計算與實際掛網測試，測試結果與理論基本一致，既驗證了本方案的可行性。

參考文獻

陳志強，宋凡峰，劉暢.一種新穎的直流系統(tǒng)在線絕緣檢測方法[J].電工電氣，2009，（6）.40-42.

鮑諺，姜久春，張維戈，等.新型直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測方法[J].高電壓技術，2011，（2）.333-337.