电流在线监测和故障诊断技术在高压电力电缆护层的运用

李艳彬

电流在线监测和故障诊断技术在高压电力电缆护层的运用

李艳彬

（国网西安供电公司，陕西西安，710000）

随着我国社会经济的不断发展，人们对于电能的需求量大大增加。为保证电力的正常供应，电力工作者也在不断地完善高压电力电缆的日常监测工作，但在实际的电力配送过程中，仍然会由于各种因素而导致高压电力电缆护层电流监测工作不到位，从而影响到整个电力系统的正常运转。本文通过结合较为简单的仿真分析，对目前高压电力电缆护层电流的在线监测和故障诊断技术进行了重点探讨。

高压电力电缆；在线监测；故障诊断

0 引言

经济的迅速发展大大增加了电能需求量，电能是人们生产生活中最必不可少的能源之一，因此必须要保证其稳定供应，确保人们的生产生活有序进行，而要想实现这一目标，则要不断的提高高压电力电缆的安全性和稳定性，采用先进的电力检测技术来对高压电力电缆护层电流进行在线监测，并及时发现护层电流故障，以便在第一时间对其进行补救。不同的高压电力电缆所出现的故障不同，其原因也不同，这就需要采取不同的电流监测和故障诊断技术，只有这样，才能最大程度的确保电力系统的正常运行。

1 高压电力电缆产生故障的原因

高压电力电缆在整个电力运行系统中承担的负荷量十分巨大，再加上其运行时间较长，导致其非常容易受外界因素的影响，从而产生一些电缆运行故障。高压电力电缆产生故障的原因如下。

（1）质量不合格。高压电缆通常置于露天环境当中，受到自然环境的影响较大，比如阳光直晒、雷电风雨等，若是电缆质量不合格，则极易造成高压电缆老化，发生漏电现象。

（2）运行环境较差。高压电缆的主要特点是运行时间长、负荷量大，再加之长时间接触外界环境，使得其运行环境十分严峻，容易发生运行故障。

（3）施工不到位。在安装高压电缆时，安装人员的技术水平较低且没有按照相应的安装规范来进行电缆安装，因此很容易导致高压电缆在后期的运行中发生故障。除此以上原因之外，高电压、高电流等都会降低电缆的绝缘性能，引起高压电力电缆短路，使其出现运行故障。

2 基于故障状态下高压电力电缆护层电流在线监测和故障诊断技术

通常来讲，若高压电缆线路长度大于1200米，则其内部的护层电流会大大上升，这时一般会采取电力电缆交叉互联的方式来降低护层电流，稳定感应电压。具体的监测及故障诊断技术还需根据不同的电缆故障来确定。

2.1 交叉互联接线方式下的护层电流分析

高压电力电缆护层电流具体包含两种电流形式，一种是感应电流，另一种是电容电流，因此需要将同轴电缆以及接地箱设备安装在交叉互联电缆的接头处，只有这样，才能促使三相高压电缆护层电流进行交叉转换。其中，同轴电缆是指两个金属导体的轴心相同，且这两个导体之间相互绝缘，不产生任何干扰，它不仅能够提高电流回路，抑制电磁噪音对信号的干扰，还能够保护电缆内部的导线，因此在高压电缆接头处与交叉互联箱中间设置同轴电缆可以最大程度的降低连接装置的波阻抗，同时也可以减低电缆护层的电流，从而将护层电流保护器连接处的电压控制在合理的范围内，此外，这种做法也大大提高了连接装置的防水性。假设一种常见的高压电缆交叉互联接线形式，IL代表负荷电流，I1～I6表示的是6个需被检测的护层电流，它们分别连着6个工频传感器。利用同轴电缆的内外导体层可将相邻电缆段的2个护层连接到交叉互联箱的内部，但是到目前为止还未有文献来具体分析这种实际接线状况下的护层电流。

2.2 高压电缆接头处松动引起的电缆故障

在交叉互联电缆的安装过程中，电缆的接头处很容易发生松动，造成此故障最主要原因就在于电缆安装技术和方式的不规范以及复杂的外界环境。电缆接头处发生松动会造成很大的电缆故障，最明显的就是会导致电缆内部线路被断开，从而无法形成一个完整的闭合回路，而此时高压电缆护层电流就会变为零。假设以电缆A1段来说，如果在此段电缆发生了开路故障，那么Im1感应电流的值就会为0，并且护层电流在每个测量点的值应为

2.3 交叉互连箱进水

由于我国南方大多数地区的夏季降雨量较多，再加之交叉互联箱长期置于露天之中，箱体表面经常会被损坏，因此箱体内部很容易会渗进污水，进而破坏护层电流的保护器，使整个电缆线路出现短路现象。不同的水质，其电阻也会有很大的差别，但由于污水的电阻较低，而且箱体内的水体与外界水体相连接，在这种情况下，污水的电阻几乎可以忽略不计。此时若是保护器被污水淹没，则会造成箱体内出现接地现象，进而造成感应电流的急速上升，引发电缆故障。假设大水淹没了接头处J2的交叉互联箱，根据淹没示意图，新形成的故障回路中的感应电流分别用Ix1～Ix6来表示。在这种情况下，箱内的导体会出现直接接地的情况，所以原先的3条护层回路会变为6条有故障的回路，那么可利用下列公式来计算6个测量点处的护层电流。

依照等效电路原理，由安倍定律可知，回路中的感应电流在故障情况下应是：

2.4 高压电缆接头处环氧预制件被击穿

在高压电缆接头处若发生环氧预制件被击穿现象，则会连接电缆两侧的金属护层，这样就会对交叉互联系统造成很大的影响，进而使得护层电流快速上升，而增大的护层电流又会加热环氧预制件，再加之接头处散热性能较差，这便降低了电缆运行的安全性。其中，若有一个接头处的环氧预制件被击穿，则会大大影响其中一条护层回路中的感应电流，而另一条则会保持电流恒定不变。

3 故障诊断和定位标准的具体分析

这里的研究对象是某1.5千米长度，110kv电压的电缆线路，通过严格的数据分析和仿真，具体分析了不同情况下护层电流的实际变化。通过利用电缆的原始数据，再结合相应的计算公式，便可计算出正常情况下每个监测点的电流大小。

对数据在仿真时做了以下三点的假设：其一，假设三相具有相同的负荷电流；其二，假设3个电缆段的长度在某1个交叉互联循环段中是相同的；其三，为了更加贴近实际情况，后面分别对2个地电阻值的情况作了分析：（1）有回流线的状况，仿真时采用的地电阻值为0.1Ω.（2）未安装回流线的情况，仿真时采用的地电阻值为4Ω。虽然与电缆相对应的三相负荷电流在系统运行时并不是完全相同的，但是差异很小，可以看似相等。通过实际的仿真分析，分析结果为故障的诊断提供了可靠的依据。

用1条直线来表示未发生故障下的预期比值，以此作为参考值，通过比较预期比值和故障下的比值，便可对电缆的健康状态做出准确的诊断。值得注意的一点是该种电缆故障的诊断和定位标准是基于以上3点的假设得出的，并非万能的，但是其他情况下，都可使用参数修改的方法来得到一套适用于其本身的故障诊断和定位标准。

4 结语

通过分析了高压电力电缆护层电流出现故障之后的具体分析和计算方法，详细探讨了如何对护层电流故障进行在线监测和诊断，为现阶段的高压电力电缆提供了更多的检修策略。

[1]袁燕岭,周灏,董杰等.高压电力电缆护层电流在线监测及故障诊断技术[J]. 高电压技术,2015(4):1194-1203.

[2]许华君,朱国朋.高压电力电缆护层电流在线监测及故障诊断技术[J].黑龙江科技信息,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