一种中性点不接地系统的电缆绝缘电阻在线监测方案

李天泽

摘要：近年来，社会用电需求不断增大，电力工程建设也逐渐增多。在电力系统的构建中，配电网是电力系统的重要组成部分之一，而配电工程的电缆，则是配电网的重要组成部分，是电能运输的主要途径。根据《电气设备预防性试验规程》的规定，正常运行的10kV电力电缆，要1-3年做一次预防性绝缘试验。试验需要停机，使用手摇兆欧表测量电缆的绝缘状态。但实际电缆在系统中运行时，由于种种原因，并未停电对各条电缆进行绝缘性能检测，或者检测的周期被人为拉长。因此并不能及时发现在系统中运行电缆的绝缘问题。本文就一种配电网不接地系统的电缆绝缘在线监测方案进行研究和探讨。

关键词：电缆绝缘电阻;注入电源;三相电抗器

引言：

目前配电网络使用的大多数是聚乙烯、交联聚乙烯绝缘电缆，因为在直流电场下形成的空间电荷会保存在电缆绝缘层中，当试验完毕重新投入运行后，残存的空间电荷（电场）会与运行电压的电场叠加，对在实际上仍能运行的电缆造成击穿。实际应用中，离线交流工频耐压试验是目前试验最为有效的方法，但由于电力电缆的电容很大。就会需要非常大容量的试验设备，会导致试验设备很笨重，那么超低频绝缘耐压试验，就可以代替工频耐压试验，从而减小设备体积。

现有的在线监测电缆绝缘电阻的方案，有的是从PT开口三角处注入大约10HZ左右的低频电压，有的是从PT中性点注入直流电压。这两种方案面对多段母线并列运行系统时，都会出现一些问题。特别是每段母线都带有一组PT，单一注入信号时要么需要把所有PT中性点接地短时间解开，要么注入功率过大烧毁注入PT。目前煤炭、化工、钢铁行业大部分都是多段母线并列运行系统，所以上述方案并不能解决中压电缆绝缘的在线监测问题。

本方案要解决的技术问题是：提供一种中性点不接地系统的电缆绝缘电阻在线监测方案。此方案不仅可以解决单母线运行电缆绝缘在线监测，更可以解决多段母线并列运行时在线监测电缆绝缘电阻。

我们在110KV变电站设立局域网服务器和监控平台，通过光纤来接受上传信息和下达相关指令。当监控平台发出注入命令后，由注入电源发出注入信号，通过三相电抗器把信号注入到某条系统母线中。在电缆侧则由超低频微电流传感器采集电缆屏蔽层接地的超低频微电流信号，开关柜内的信号采集器把信号采集后通过LORA把信息传给配电房集中器，由集中器把本配电房内所有电缆绝缘采集信息集中打包发送给变电站服务器。

如图所示，注入电源接到平台下达注入指令后，首先控制断路器合闸使电源与母线相连接，然后启动类梯形波注入程序，波形如图所示，单次注入只注入一个周期。当电源信号注入时，时刻监测PT开口三角电压，如果注入期间发生单相接地情况，则注入电源控制断路器断开电源与系统母线的连接，三相电抗器通过避雷器与消谐器形成对地回路进行放电。

当平台向注入电源下达注入指令同时，也向各配电站集中器也下达注入指令，集中器则向配电房各个柜内采集器传输平台指令。柜内采集器接收到指令后，延时4秒确保注入信号在恒压处输出稳定，开始采集超低频微电流传感器上传的采集信息。6秒内多次采集取平均值，得出注入电压时此根电缆绝缘电阻所对应的超低频泄漏电流。同理，柜内采集器在收到指令后18秒，开始检测反向注入电压时电缆绝缘电阻。两次测试结果对比，如果结果相近，则采纳为最终检测结果。

电源注入电压信号同时监测PT开口三角电压，如果注入时发现单相接地，则由电源控制端发出信号，分闸断路器，切断电源与母线的联系。

具体计算过程如下：

如图所示，电源输出电压为U，采样电阻R阻值已知，采样R上电压为UR，则电源输出总电流I=UR/R。由于同一组三相PT为同一生产厂家，所以系统内虽然有多组PT，但是其一致性非常好，同时三相电抗器为自己生产，也会控制好一致性。因此对于并联的三相而言，每相电流为I/3。电源的保护电路为二极管组压降为固定值U保，施加到三相电抗器中性点的电压U加=U-UR-U保。

如图所示，单獨对于A相电路进行分析，流过A相的总电流为IA=I/3。RPT1A为PT1的A相一次绕组，RPTNA为PTN的A相一次绕组。Rd为电缆芯长距离等效阻抗，一般为零点几欧姆或者更低，可以忽略。RJ为待测试某条电缆的绝缘电阻，一般为几百兆到几十兆欧姆。根据目前市场PT的实际情况，PT一次绕组直流阻抗在3K左右，如果有十组PT同时在同一接地系统内运行，则并联后电阻变为约300Ω（因此并联在三相电抗器中性点的一次消谐器电阻可以忽略对此测量系统的影响）。LA为三相电抗器的A相绕组，设计其50HZ交流阻抗为1MΩ，直流阻抗为30Ω，则施加到RJ两端 的电压UJ=U加—30IA（此时应使用直流阻抗计算）。

如图所示，根据超低频微电流传感器测试结果，得出通过RJ的超低频电流为IJ。则RJ=UJ/IJ。

通过理论计算与实际挂网测试，测试结果与理论基本一致，既验证了本方案的可行性。

参考文献

陈志强，宋凡峰，刘畅.一种新颖的直流系统在线绝缘检测方法[J].电工电气，2009，（6）.40-42.

鲍谚，姜久春，张维戈，等.新型直流系统绝缘在线监测方法[J].高电压技术，2011，（2）.333-337.