電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)

1、電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng) 山東杰訊電氣電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案山東杰訊電氣有限公司山東杰訊電氣有限公司是集科研、生產(chǎn)及銷售為一體的高新科技企業(yè)。主要從事電力電氣設(shè)備，電力測試儀器研發(fā)設(shè)計(jì)，制造以及國內(nèi)外各大電力測試儀器等的代理銷售。山東杰訊電氣有限公司自成立以來，一貫堅(jiān)持以“質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，誠信為本”的原則。公司可持續(xù)價(jià)值觀念，加強(qiáng)科技創(chuàng)新，深化管理創(chuàng)新，以“打造價(jià)值杰訊，創(chuàng)新杰訊，綠色杰訊，幸福杰訊，創(chuàng)造世界一流的高新科技企業(yè)”為目標(biāo)。以雄厚的科技研發(fā)實(shí)力及優(yōu)秀的售后服務(wù)，致力于電力事業(yè)，服務(wù)于電力企業(yè)，努力把公司建設(shè)成為高新科技企業(yè)，為電力系統(tǒng)及電力相關(guān)企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)先進(jìn)的測試設(shè)備及檢測儀器。

2、 以科技為先導(dǎo)，以服務(wù)為宗旨，以優(yōu)質(zhì)為基石，以誠信為使命，鑄就杰訊電氣的企業(yè)精神。山東杰訊電氣有限公司的發(fā)展離不開廣大的信任與直持，愿與新老客戶精誠合作，在以后的發(fā)展中公司將為您們提供的更精良的產(chǎn)品，更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。企業(yè)文化：團(tuán)結(jié)互助，敬業(yè)負(fù)責(zé)，積極進(jìn)取，用于創(chuàng)新。電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)目的和意義隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大。由于土地資源緊張，同時(shí)為了美化環(huán)境，電力線路必須由以往占地多的明線方式改為埋地的電纜方式。因此，電力電纜獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。但由于各種因素的影響，在運(yùn)行中，電力電纜也會(huì)發(fā)生故障。根據(jù)電纜自身構(gòu)成特性和運(yùn)行情況來看，造成電力電纜故障的因素主要有：機(jī)械損傷、絕緣

3、受潮、絕緣老化變質(zhì)、過電壓、設(shè)計(jì)和制作工藝不良、材料缺陷、防護(hù)層腐蝕、電纜絕緣物流失等。同時(shí)，由于電纜應(yīng)用數(shù)量的增多及運(yùn)行時(shí)間和負(fù)荷的不斷增長等原因，電力電纜發(fā)生故障越來越頻繁。由于電纜線路大多敷設(shè)在電纜溝內(nèi)或埋入地下，一旦發(fā)生故障，尋找起來十分困難，往往要花費(fèi)數(shù)小時(shí)，甚至幾天的時(shí)間。這樣不僅浪費(fèi)了大量的人力、物力，而且還會(huì)造成難以估量的停電損失。因此迅速、準(zhǔn)確地確定電力電纜故障點(diǎn)，可以減少停電時(shí)間，提高供電可靠性，減少故障修復(fù)費(fèi)用及停電帶來的損失?？焖偾谐收喜⑴懦收蠈μ岣唠娏ο到y(tǒng)供電可靠性和穩(wěn)定性具有決定性作用。本公司根據(jù)電纜線路中行波的傳輸特性，分析電力電纜一些常規(guī)故障中的暫態(tài)行波的故

4、障信息，在國內(nèi)率先研發(fā)出JXD-3000電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)即單端電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)，能夠根據(jù)采集的電纜的暫態(tài)行波進(jìn)行故障預(yù)警選線自動(dòng)測距。交聯(lián)聚乙烯(XLPE)電纜結(jié)構(gòu)1） 導(dǎo)體。導(dǎo)體為覆蓋的退火單線絞制，緊壓成圓形。為減少導(dǎo)體的集膚效應(yīng)，提高電纜的傳輸容量。2） 內(nèi)半導(dǎo)體屏蔽。導(dǎo)體屏蔽應(yīng)為擠包半導(dǎo)體層，由擠出的交聯(lián)型超光滑半導(dǎo)體材料均勻的包覆在導(dǎo)體上。表面應(yīng)光滑。不能有尖角，顆粒，燒焦或插傷的痕跡。3）交聯(lián)聚乙烯絕緣。電纜的主絕緣由擠出的交聯(lián)聚乙烯組成，采用超精料。4）外半導(dǎo)體屏蔽。亦為擠包半導(dǎo)體層，要求絕緣屏蔽與絕緣層同時(shí)擠出。絕緣屏蔽是不可剝離的交聯(lián)型材料，以確保與絕緣層

5、緊密結(jié)合。其要求同導(dǎo)體屏蔽。5）軟銅帶。一般有疏繞軟銅線組成，外表面用反向銅線或銅帶扎緊。6）包帶。金屬護(hù)套有鉛或鋁擠包成型，或用鋁 銅 不銹鋼板縱向卷包后焊接而成。7）外護(hù)套。外護(hù)套有聚氯乙烯（或由其它材料組成等）組成。交聯(lián)聚乙烯電纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)狀況及分析當(dāng)前，我國的電纜運(yùn)行單位對XIPE電纜大多采用投運(yùn)前或周期性耐壓試驗(yàn)，一些安裝缺陷以及需經(jīng)數(shù)年發(fā)展才能逐步顯現(xiàn)的電纜缺陷難以發(fā)現(xiàn)。近年來，研究人員提出對電纜在運(yùn)行過程中顯現(xiàn)的物理特性(如局部放電、溫度、接地電流、介質(zhì)損耗)等進(jìn)行在線監(jiān)測并基于監(jiān)測結(jié)果推斷電纜的運(yùn)行狀態(tài)。上述方法可及時(shí)獲取電纜狀態(tài)信息，對提早發(fā)現(xiàn)故障隱

6、患，防止運(yùn)行事故十分有效是未來電纜運(yùn)行維護(hù)的重要手段。本文對我國XIPE電力電纜在線監(jiān)測及檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，對各種監(jiān)測手段的優(yōu)、缺點(diǎn)及可行性進(jìn)行討論，提出適合我國高壓XIPE電纜線路的在線監(jiān)測方法。通過在線監(jiān)測或檢測這些信息，能及時(shí)了解電纜系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保障其安全、可靠地運(yùn)行。行討論，提出適合我國高壓XIPE電纜線路的在線監(jiān)測方法。2 XLPE電纜系統(tǒng)中的缺陷電纜運(yùn)行系統(tǒng)由電纜本體和附件共同構(gòu)成。其中，附件又包括中間接頭、終端接頭及交叉互聯(lián)系統(tǒng)。電纜系統(tǒng)在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝和運(yùn)行過程中，均可能因生產(chǎn)工藝不良或人為操作不當(dāng)而引入缺陷。電纜系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的缺陷，在運(yùn)行過程中，上述缺陷受外

7、施電場作用而發(fā)生局部放電、局部溫升、介質(zhì)損耗增大等物理現(xiàn)象，加速電纜系統(tǒng)老化，甚至造成電纜系統(tǒng)事故。研究證明，上述物理現(xiàn)象會(huì)以聲、光、電、熱等形式表現(xiàn)出來。通過在線監(jiān)測或檢測這些信息，能及時(shí)了解電纜系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保障其安全、可靠地運(yùn)行。XLPE電力電纜系統(tǒng)中的缺陷種類及危害性（1）機(jī)械損傷機(jī)械損傷引起的電纜故障占電纜事故很大的比例。有些機(jī)械損傷很輕微，當(dāng)時(shí)并沒有造成故障，但在幾個(gè)月甚至幾年后損傷部位才發(fā)展成故障。造成電纜機(jī)械損傷的主要有以下幾種原因：1）安裝時(shí)損傷：在安裝時(shí)不小心碰傷電纜，機(jī)械牽引力過大而拉傷電纜，或電纜過度彎曲而損傷電纜；2）直接受外力損壞：在安裝后電纜路徑上或電纜附近進(jìn)行

8、城建施工，使電纜受到直接的外力損傷；3）行駛車輛的震動(dòng)或沖擊性負(fù)荷會(huì)造成地下電纜的鉛(鋁)包裂損；4）因自然現(xiàn)象造成的損傷：如中間接頭或終端頭內(nèi)絕緣膠膨脹而脹裂外殼或電纜護(hù)套；因電纜自然行程使裝在管口或支架上的電纜外皮擦傷；因土地沉降引起過大拉力，拉斷中間接頭或?qū)w。（2）絕緣受潮絕緣受潮后引起故障。造成電纜受潮的主要原因有：1）因接頭盒或終端盒結(jié)構(gòu)不密封或安裝不良而導(dǎo)致進(jìn)水；2）電纜制造不良，金屬護(hù)套有小孔或裂縫；3）金屬護(hù)套因被外物刺傷或腐蝕穿孔；（3）絕緣老化變質(zhì)電纜絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣隙在電場作用下產(chǎn)生游離使絕緣下降。當(dāng)絕緣介質(zhì)電離時(shí)，氣隙中產(chǎn)生臭氧、硝酸等化學(xué)生成物，腐蝕絕緣；絕緣中的水分

9、使絕緣纖維產(chǎn)生水解，造成絕緣下降。過熱會(huì)引起絕緣老化變質(zhì)。電纜內(nèi)部氣隙產(chǎn)生電游離造成局部過熱，使絕緣碳化。電纜過負(fù)荷是電纜過熱很重要的因素。安裝于電纜密集地區(qū)、電纜溝及電纜隧道等通風(fēng)不良處的電纜、穿在干燥管中的電纜以及電纜與熱力管道接近的部分等都會(huì)因本身過熱而使絕緣加速損壞。（4）過電壓大氣與內(nèi)部過電壓作用，使電纜絕緣擊穿，形成故障，擊穿點(diǎn)一般是存在缺陷。（5）設(shè)計(jì)和制作工藝不良中間接頭和終端頭的防水、電場分布設(shè)計(jì)不周密，材料選用不當(dāng)，工藝不良、不按規(guī)程要求制作會(huì)造成電纜頭故障。（6）材料缺陷材料缺陷主要表現(xiàn)在三個(gè)方面。一是電纜制造的問題，鉛（鋁）護(hù)層留下的缺陷；在包纏絕緣過程中，紙絕緣上出現(xiàn)

10、褶皺、裂損、破口和重疊間隙等缺陷；二是電纜附件制造上的缺陷，如鑄鐵件有砂眼，瓷件的機(jī)強(qiáng)度不夠，其它零件不符合規(guī)格或組裝時(shí)不密封等；三是對絕緣材料的維護(hù)管理不善，造成電纜絕緣受潮、臟污和老化。（7）護(hù)層的腐蝕由于地下酸堿腐蝕、雜散電流的影響，使電纜鉛包外皮受腐蝕出現(xiàn)麻點(diǎn)、開裂或穿孔，造成故障。（8）電纜的絕緣物流失油浸紙絕緣電纜敷設(shè)時(shí)地溝凸凹不平，或處在電桿上的戶外頭，由于起伏、高低落差懸殊，高處的絕緣油流向低處而使高處電纜絕緣性能下降，導(dǎo)致故障發(fā)生。XLPE電纜系統(tǒng)在線監(jiān)測技術(shù)及方法1）局部放電在線監(jiān)測局部放電指在電場作用下發(fā)生在絕緣中非貫穿性的放電現(xiàn)象。電纜或電纜附件中發(fā)生的局部放電信號幅值

11、可達(dá)20000A，頻帶可達(dá)100MHz-250MHz。電纜局部放電的在線監(jiān)測是指通過傳感器系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集額定運(yùn)行電壓下電纜系統(tǒng)內(nèi)的局部放電信號，并將其傳輸至終端，進(jìn)行后續(xù)的處理和判斷。因此，傳感器系統(tǒng)對能否準(zhǔn)確獲取放電信號舉關(guān)重要。近年來研究人員分別開發(fā)電容耦合、電感耦合及超聲波傳感器。電容耦合傳感器通過在局部放電信號激發(fā)的電場中耦合能量，直接獲取電信號。該傳感器在安裝時(shí)。既可以利用電纜及其接頭中已有的金屬結(jié)構(gòu)，也可安裝金屬薄片構(gòu)成電容性電極從而直接耦合放電信號。電容耦合傳感器按其安裝位最可分為內(nèi)置式和外置式。傳統(tǒng)內(nèi)置式傳感器安裝時(shí)，需將電纜絕緣護(hù)套和金屬護(hù)層割開，將金屬箔纏繞在外半導(dǎo)電層上，之

12、后再將金屬護(hù)層和絕緣護(hù)套分別復(fù)原，將信號線從金屬箔和金屬護(hù)層間引出。該方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是安裝時(shí)工藝要求較嚴(yán)格，必須做好護(hù)套復(fù)原和防水工作。近年來，研究人員提出采用接頭處的外半導(dǎo)電層作為取樣電阻。直接耦合放電信號的方法，該傳感器安裝時(shí)，需先在應(yīng)力錐外側(cè)貼附一層銅網(wǎng)，將信號線的線芯與該銅網(wǎng)相連，信號線的接地網(wǎng)與電纜的金屬護(hù)層連接。該方法的優(yōu)點(diǎn)是安裝簡便，抗干擾能力強(qiáng)，但需要與電纜生產(chǎn)廠家協(xié)商信號線的引出方法。該方法已在英國倫敦的電纜線路上應(yīng)用，并獲得了較好的現(xiàn)場運(yùn)行效果。外置式電容傳感器。該方法將一對金屬薄片分別貼在電纜中間接頭的兩側(cè)，將信號線與金屬薄片相連。通過檢測阻抗測最放電信號。該

13、方法的優(yōu)點(diǎn)是安裝簡單且由于采用了差分接線方法，可有效抑制兩側(cè)本體放電信號的干擾，具有對電纜中間接頭局部放電定位的功能；缺點(diǎn)是易受外界電磁噪聲干擾。此外對于直埋式敷設(shè)的XLPE電纜線路，環(huán)境因素如土壤電導(dǎo)率、濕度等均可能對外置式電容傳感器的測量穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。電感耦合傳感器的基本原理為將線圈纏繞在有放電電流信號流過的導(dǎo)體上，該放電信號可在線圈輸出端產(chǎn)生感應(yīng)電勢，該電勢即反映了局部放電的信息?；陔姼旭詈戏ㄑ兄频膫鞲衅髦?，羅果夫斯基線圈是最有代表性的。該方法將內(nèi)置式羅氏線圈傳感器安裝在電纜接頭內(nèi)部的金屬屏蔽連接線上，其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，受外界電磁干擾小，缺點(diǎn)為電纜接頭施工時(shí)傳感器的安裝工藝較復(fù)雜。外

14、置式羅氏線圈傳感器。該方法將傳感器做成卡鉗型，直接夾在電纜的接地線上。該方法結(jié)構(gòu)簡單、安裝簡便，但易受外部電磁干擾影響。超聲波傳感器在電力電纜局部放電檢測中已獲得廣泛應(yīng)用。電纜中局部放電激發(fā)的聲信號頻帶較寬，可在電纜外部采用加速度或聲發(fā)射傳感器檢測到。聲學(xué)方法是非侵入式的且受外部電磁噪聲影響較小，是比較理想的現(xiàn)場檢測方法。聲信號在電纜中的傳輸速率不高，還可用來對局部放電源進(jìn)行定位。超聲波檢測系統(tǒng)通常采用壓電晶體作傳感器，其工作頻帶通常為60300 kHz研究顯示，電纜絕緣介質(zhì)對聲波的吸收隨著聲波頻率的增大而增加，故聲波信號中的高頻部分衰減很快；另一方面，聲波信號的低頻部分易受外界噪聲干擾而不宜

15、采用。綜合考慮上述兩方面的影響，電纜附件局部放電的超聲波檢測頻帶常設(shè)定在3040 kHz?？紤]到聲音傳播的衰減，能采集到的聲信號很微弱，該方法較適用于對電纜附件進(jìn)行接觸式的測量。超聲波傳感器的優(yōu)點(diǎn)是測量操作簡便。不受電磁噪聲的干擾；缺點(diǎn)是所測聲信號與放電量之間的關(guān)系尚不明確，通常需橫向比較測量結(jié)果來推斷局部放電的情況。2）溫度在線監(jiān)測電纜在運(yùn)行過程中，因線芯流過大電流而發(fā)熱。監(jiān)測電纜的溫度，既可獲取電纜絕緣的工作狀況；也可通過計(jì)算線路的載流量，了解線路運(yùn)行狀態(tài)。目前，應(yīng)用比較廣泛的電纜溫度測量方法是分布式光纖測溫。該方法主要依據(jù)光纖的光時(shí)域反射原理及光纖的背向拉曼散射溫度效應(yīng)?；谒鶞y溫度，可

16、對電纜的載流量進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)一步獲得電纜運(yùn)行信息。測溫光纖既可以敷設(shè)在電纜護(hù)套內(nèi)，即內(nèi)置式；也可沿線敷設(shè)在電纜護(hù)套外，即外置式。雖然該測溫系統(tǒng)具有測量距離長、測溫精度高等優(yōu)點(diǎn)，但存在空間分辨率較低、對因各類缺陷造成的局部溫升不敏感、易受敷設(shè)環(huán)境溫度、濕度影響等缺點(diǎn)。這也是在未來的研究和工程實(shí)踐中，需要解決的問題。紅外熱成像技術(shù)也常被應(yīng)用于電纜附件的在線溫度檢測。該技術(shù)是利用紅外探測器、光學(xué)成像物鏡和光機(jī)掃描系統(tǒng)接收被測目標(biāo)的紅外輻射，將其能量分布圖形反映到紅外探測器的光敏元件上。在光學(xué)系統(tǒng)和紅外探測器之間采用光機(jī)掃描機(jī)構(gòu)對被測物體的紅外熱像進(jìn)行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射

17、能轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)視頻信號通過電視屏或監(jiān)測器顯示。該熱像圖與物體表面的熱分布場相對應(yīng)，與可見光圖像相比，缺少層次感和立體感。為更有效地判斷被測目標(biāo)的紅外熱分布場，常采用一些輔助手段來增加儀器的功能，如圖像亮度、對比度的控制，偽色彩描繪等技術(shù)。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明。電纜附件發(fā)生故障前，缺陷經(jīng)常伴生局部發(fā)熱，采用紅外熱像儀對電纜附件進(jìn)行有針對性的在線檢測，可發(fā)現(xiàn)電纜附件的發(fā)熱性缺陷及時(shí)做出相應(yīng)防范措施，防止電纜故障的發(fā)生。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是測量靈敏度高、結(jié)果直觀、可靠性好；但測量結(jié)果難以對缺陷程度準(zhǔn)確定量。3)接地電流在線監(jiān)測3-35kV及以E電壓等級的電力電纜均為單芯或三芯電纜。因電纜金

18、屬護(hù)層與線芯中交流電流產(chǎn)生的磁力線相鉸鏈，使其出現(xiàn)較高的感應(yīng)電壓，故需采取接地措施。通常，短線路(500M)電纜的金屬護(hù)層采用一端直接接地、另一端經(jīng)間隙或保護(hù)電阻接地的方式；長線路(1000M以上)電纜的金屬護(hù)層則采用方式；長線路(1000M以上)電纜的金屬護(hù)層則采用三相分段交叉互聯(lián)兩端接地的方式。當(dāng)電纜絕緣護(hù)套破損、金屬護(hù)層出現(xiàn)兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大環(huán)流，嚴(yán)重時(shí)可超過負(fù)荷電流的50以上。環(huán)流損耗使金屬護(hù)層發(fā)熱，加速電纜主絕緣的老化，威脅電纜運(yùn)行安全。監(jiān)測電纜的接地電流，可獲取電纜外護(hù)套的完整性信息。此外，當(dāng)電纜主絕緣內(nèi)的水樹枝發(fā)展時(shí)，其電容量發(fā)生變化，使得流經(jīng)主絕緣的容性電流發(fā)生變化。

19、在線監(jiān)測接地電流中容性分量的變化，亦可獲取電纜絕緣老化的信息。目前，該方法通常采用在接地線上安裝工頻電流互感器實(shí)現(xiàn)，無需改變接地線的連接方式，適合1-35kV及以上電壓等級電纜線路。4) tanð在線檢測法。tanð在線監(jiān)介質(zhì)損耗角正切tanð是反映電介質(zhì)材料介電特性的基本參數(shù)，已被廣泛應(yīng)用于變壓器、套管、互感器等電力設(shè)備的絕緣檢測，電力電纜的tanð測量方法與大多電容性設(shè)備的測試方法相同，即分別從電壓互感器和電流互感器獲取電壓、電流信號通過數(shù)字化的測試裝置，測出：時(shí)間的相位差。從而獲得tanð。典型的tanð在線檢測法是檢測兩個(gè)IE

20、弦波過零點(diǎn)的時(shí)間差，再通過頻率和時(shí)間差來計(jì)算相位差。tanð在監(jiān)測系統(tǒng)該方法對過零點(diǎn)的檢測精度要求很高，因此對過零檢測器的穩(wěn)定性有較高要求。此外，該方法對測量信號本身的要求也較高，因?yàn)榀B加在工頻信號過零點(diǎn)附近的一些干擾，常常會(huì)影響過零點(diǎn)檢測的準(zhǔn)確性，諧波對正確檢測過零點(diǎn)也有重要影響此外，由于介質(zhì)損耗僅反映電纜線路絕緣整體性能的優(yōu)劣，而無法刻畫線路局部因老化、受潮等因素引發(fā)的絕緣劣化，因此tanð的在線監(jiān)測并未在電纜運(yùn)行單位中得到推廣。4）終端電暈放電在線檢測紫外成像法是近年來發(fā)展的用于在線檢測外絕緣系統(tǒng)放電狀態(tài)的新技術(shù)。紫外成像檢測系統(tǒng)主要包括：紫外成像物鏡、紫外光濾光鏡、

21、紫外像增強(qiáng)系統(tǒng)、CCD相機(jī)、圖像顯示等。紫外信號源經(jīng)背景光照射，從信號源傳輸?shù)匠上耒R頭的有信號源自身輻射的紫外光，也有信號源反射的背景光。成像光束經(jīng)過紫外成像鏡頭后，有一部分背景光被濾除。另一部分背景光仍存在。其后光束再通過“日盲”濾光片，照紫外像增強(qiáng)器的光電陰極E，經(jīng)過紫外像增強(qiáng)器后，信號被放大并轉(zhuǎn)化為可見光信號輸出。然后，成像光束經(jīng)CCD相機(jī)，經(jīng)信號處理后輸出到觀察記錄設(shè)備。目前，該技術(shù)已在我國幾個(gè)大城市的電力部門得到應(yīng)用，主要進(jìn)行導(dǎo)線外傷探測、高壓設(shè)備污染檢查、絕緣子放電檢測及絕緣缺陷檢測等。該項(xiàng)技術(shù)同樣可用于對1-35kV及以上電壓等級電纜的戶外終端電暈放電情況進(jìn)行在線檢測，為電纜運(yùn)行

22、部門提供更多的電纜系統(tǒng)運(yùn)行信息。行波測距法。5）行波法A型裝置利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波在測量點(diǎn)到故障點(diǎn)間來回往返的時(shí)間與行波波速之積來確定故障位置；B型裝置利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的行波到達(dá)兩端的時(shí)間差與波速之積來確定故障位置； C型裝置是在故障發(fā)生時(shí)于線路的一端施加高壓高頻或直流脈沖信號，根據(jù)脈沖往返時(shí)間來確定故障位置；D型裝置是在 B型裝置的基礎(chǔ)上建立了基于全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）精確對時(shí)的雙端行波法，使得行波故障測距的實(shí)現(xiàn)既簡單又精確穩(wěn)定，并且有良好的適應(yīng)性；E型裝置出現(xiàn)時(shí)間稍晚，它采用單端方式，原理是捕捉線路發(fā)生故障后的斷路器重合閘產(chǎn)生的電流行波進(jìn)行

23、定位，它同樣可以測量永久短路故障、開路故障以及在健全線路中測量線路全長；F型裝置原理（單端測距原理）則利用故障線路在斷路器分閘時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)行波在行波的測量點(diǎn)與產(chǎn)生故障的地點(diǎn)之間往返一次的傳播所用的時(shí)間與行波的速度積計(jì)算發(fā)生故障點(diǎn)的距離。（1）A型行波法原理A型法是一種單端行波測距法，其利用線路故障時(shí)自身產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號實(shí)現(xiàn)故障定位。在XLPE電纜發(fā)生故障時(shí)，故障產(chǎn)生的行波浪涌在故障點(diǎn)及母線之間來回反射，利用故障線路在測量端感受到的第一個(gè)正向行波浪涌與其在故障點(diǎn)反射回的行波信號之間的時(shí)間差，計(jì)算測量點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的距離。單端A型測距原理示意圖設(shè)S端為測量端,波速為v，故障初始行波與故障點(diǎn)反射波

24、到達(dá)本端母線的時(shí)間分別為Ts1,Ts2,則故障距離原理可用公式表示為：當(dāng)故障點(diǎn)在線路中點(diǎn)以內(nèi)時(shí),來自故障線路方向的第二個(gè)同極性行波波頭是故障點(diǎn)反射波,根據(jù)它與故障初始行波的時(shí)間差t,利用上式來實(shí)現(xiàn)測距。當(dāng)故障點(diǎn)在線路中點(diǎn)以外時(shí),來自線路方向的第二個(gè)行波波頭是來自故障線路對端的反射波,雖然電流行波在對端一般產(chǎn)生正反射以及故障點(diǎn)透射系數(shù)為正數(shù),由于向?qū)Χ诉\(yùn)動(dòng)的故障初始行波與向本側(cè)運(yùn)動(dòng)的初始行波反極性,故對端反射波在本側(cè)記錄下的行波波形上與故障初始行波反極性。如下圖所示：故障點(diǎn)在線路中點(diǎn)以外且存在透射時(shí)A型測距原理線路對端母線反射波與故障初始行波的時(shí)間差對應(yīng)行波在故障點(diǎn)與對端母線間往返一次的時(shí)間,據(jù)

25、此可計(jì)算出故障點(diǎn)距對端母線的距離：A型行波故障測距裝置較為簡單、容易實(shí)現(xiàn)，且不需要與傳輸線路的對端進(jìn)行同步的數(shù)據(jù)通信聯(lián)系。但A型測距法中不能消除對端行波折射波的影響，并且存在測距死區(qū)。若測距裝置硬件采樣頻率為1MHz，行波傳播速度取為光速，則約有300m的測距死區(qū)。A型行波測距中故障點(diǎn)反射波識別的最大障礙是區(qū)分出反射波是來自故障點(diǎn)還是線路對端母線。A型行波測距要求行波在母線處有足夠的反射。由于A型法利用線路自身產(chǎn)生的暫態(tài)行波信號，只能實(shí)施一次性測量，對于檢測裝置的精度要求較高，且需檢測不間斷的對線路進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。同時(shí)信號檢測不具有可重復(fù)性，不能進(jìn)行多次檢測后對比分析，對于檢測結(jié)果的可靠性造成了

26、一定的影響。(2)B型法原理B型行波測距是利用線路兩端的行波檢測裝置，檢測故障點(diǎn)產(chǎn)生的電壓、電流行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間差并借助通信聯(lián)系來實(shí)現(xiàn)故障測距的。設(shè)發(fā)生故障后，電壓行波到達(dá)線路兩側(cè)母線M和N的時(shí)間分別是t1和t2，波速為v，故障點(diǎn)到母線M的距離為X，母線M、N之間的線路長度為L，則有：Xm=(t1-t2)*v+l)/2或Xn=(t2-t1)*v+l)/2雙端測距只利用行波第一波頭到達(dá)線路兩端時(shí)刻進(jìn)行測距計(jì)算的，因而只需捕捉行波第一個(gè)波頭，不考慮行波的反射與折射，而且行波幅值大，易于辨識，使得處理結(jié)果較為簡單。由于雙端測距要利用線路兩端的數(shù)據(jù)，因而數(shù)據(jù)量增加了一倍，使得故障的信息量也增加了

27、一倍，從而能夠更加準(zhǔn)確的判斷故障距離。好處是可以不考慮行波的衰減因素、故障的過渡電阻以及母線的反射條件。缺點(diǎn)是需要在故障線路兩端分設(shè)檢測元件，使測距成本增加了近一倍；要求線路兩端測量系統(tǒng)有精確到微秒的同步時(shí)鐘以實(shí)現(xiàn)兩端的時(shí)間同步；要求有通信聯(lián)系的交換對側(cè)數(shù)據(jù)。（3）C型法原理C 型行波法與 A型行波法一樣屬于單端測距定位法，與A 型行波不同的是C型測距法主動(dòng)發(fā)出脈沖信號，根據(jù)脈沖反射行波進(jìn)行測距。其基本原理如圖所示。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，測距裝置啟動(dòng)，向線路發(fā)出高壓脈沖信號，高壓脈沖信號 (速度接近光速)沿線路傳播。到達(dá)故障點(diǎn)時(shí)，由于波阻抗發(fā)生變化，產(chǎn)生反射行波，反射行波信號返回測距裝置，通過檢測

28、發(fā)射的脈沖信號到達(dá)檢測點(diǎn)的時(shí)刻 和故障點(diǎn)反射行波到達(dá)檢測點(diǎn)的時(shí)刻 計(jì)算故障點(diǎn)距離。故障點(diǎn)的計(jì)算公式為：式中：為從開始發(fā)射脈沖波到反射波返回到裝置的時(shí)間。C型行波測距法基本原理C 型行波定位方法在故障發(fā)生后主動(dòng)發(fā)出高壓脈沖信號，然后檢測識別來自故障點(diǎn)的反射波，不需對線路自身的故障信號進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和快速響應(yīng)，對于檢測裝置的要求大大下降。在某些突發(fā)情況下，當(dāng)一次信號檢測失敗時(shí)，C型法也可重復(fù)發(fā)出高壓脈沖信號進(jìn)行多次測量，有效解決單端法一次性測量丟失信號的風(fēng)險(xiǎn)。且運(yùn)用C型法檢測時(shí)不需要在每條線路上分別安裝采集裝置，可極大地節(jié)約裝置成本。但C型法在線路故障檢測應(yīng)用中也具有自身的局限性，如對于有分支線路的

29、故障點(diǎn)檢測，C型法檢測數(shù)據(jù)的分析復(fù)雜，故障點(diǎn)較難確定。圖為C型行波法在帶分支線路中應(yīng)用時(shí)的檢測過程示意圖。C型法在帶分支線路中的應(yīng)用原理圖如圖所示為一條帶有一個(gè)分支的線路。O點(diǎn)為線路起始點(diǎn)，線路在A點(diǎn)分成兩支AB和AC。AB段內(nèi)S點(diǎn)發(fā)生單相接地故障。從O點(diǎn)發(fā)出檢測信號，到達(dá)阻抗不連續(xù)點(diǎn)A后沿三個(gè)路徑傳播：透過A點(diǎn)沿分支AC傳播；透過A點(diǎn)沿分支AB傳播，可以達(dá)到故障點(diǎn)S；在A點(diǎn)發(fā)生反射，直接返回始端O點(diǎn)。到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，遇到開路返回同向信號；返回A點(diǎn)時(shí)又有三個(gè)傳輸路徑，其中透過A點(diǎn)的直接返回O點(diǎn)，另一個(gè)透射A點(diǎn)的沿分支 AB傳播，可以達(dá)到故障點(diǎn)S。與先后到達(dá)S點(diǎn)，遇到接地返回負(fù)向信號，此信號分成和兩

30、股，同時(shí)向A點(diǎn)和B點(diǎn)傳輸。由產(chǎn)生的遇到A點(diǎn)后的透射部分的波頭成為第一個(gè)從S點(diǎn)返回始端的波頭。到達(dá)B點(diǎn)后遇開路反射，其最終透射部分返回檢測點(diǎn)。之后，信號繼續(xù)在線路中往復(fù)傳播，在A、B、C、S、O 點(diǎn)發(fā)生反射和折射，直至衰減到零。從上述過程中，可以看出行波在帶分支線路中有以下傳播特點(diǎn)：(1) 信號遇到帶有 N 個(gè)分支的節(jié)點(diǎn)會(huì)分成 N+1 股，當(dāng)只有一處發(fā)生接地故障時(shí)，只有一股可以到達(dá)故障點(diǎn)；故障點(diǎn)返回的信號遇到該分支節(jié)點(diǎn)又要發(fā)生折反射，只有一股可以回到檢測點(diǎn)，可見分支對信號的衰減很大。這就需要能發(fā)出足夠能量信號的信號源。(2) 由于在分支點(diǎn)返回的信號是與短路故障點(diǎn)返回信號同方向的負(fù)向信號，所以必須

31、加以辨識，區(qū)分分支點(diǎn)和故障點(diǎn)。由以上分析可見，針對復(fù)雜的線路結(jié)構(gòu)，C 型行波定位方法的應(yīng)用具有較大的困難，且對于某些瞬時(shí)性故障，由于故障在線路重合閘后消失。因此，利用C型法進(jìn)行檢測不能發(fā)現(xiàn)瞬時(shí)性故障特征點(diǎn)?；谝陨暇窒扌裕趯?shí)際的工程應(yīng)用中需結(jié)合其它行波法來彌補(bǔ)C型法的缺陷。（4）D型法原理D型行波故障測距利用線路內(nèi)部故障產(chǎn)生的初始行波浪涌到達(dá)線路兩端測量點(diǎn)時(shí)的絕對時(shí)間差計(jì)算故障點(diǎn)到兩端測量點(diǎn)之間的距離，屬于利用線路自身故障暫態(tài)行波的雙端故障測距法。其基本原理如圖所示(a) D型行波測距原理圖 (b)端初始行波波形 (c) 端初始行波波形D型行波法原理圖如圖所示，假設(shè)故障初始行波浪涌以相同的傳

32、播速度、到達(dá)M端和N端母線(形成各端第1個(gè)反向行波浪涌)的絕對時(shí)間分別為和，則存在以下關(guān)系: （2-8）式中：和分別為端和端母線到故障點(diǎn)的距離；為線路的長度。通過求解上述方程組可以獲得端和端母線到故障點(diǎn)的距離，表示為： （2-9）在D型法中，為了準(zhǔn)確標(biāo)定故障初始行波浪涌到達(dá)兩端母線的時(shí)刻，線路兩端必須配備高精度和高穩(wěn)定度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，而且兩端時(shí)鐘必須保持精確同步。另外，需對線路兩端的電氣量進(jìn)行實(shí)時(shí)同步高速采集和對故障暫態(tài)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸。D型行波法早期故障測距裝置采用載波方式實(shí)現(xiàn)線路兩端測距裝置的時(shí)間同步，難以獲得較高的測距精度。現(xiàn)代D型行波故障測距采用內(nèi)置全球定位系統(tǒng)(GPS)接收模塊作

33、為同步時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)精確同步，這使得線路兩端的時(shí)間同步誤差平均不超過 1，由此產(chǎn)生的絕對測距誤差不超過150m。（5）E型法原理E型單端行波測距法是利用故障線路重合閘時(shí)產(chǎn)生的行波浪涌在故障點(diǎn)和測量點(diǎn)的傳播來進(jìn)行測距的。以標(biāo)準(zhǔn)模式為例，它利用在線路測量端感受到的由本端重合閘初始行波浪涌形成的第1個(gè)正向行波浪涌與其在故障點(diǎn)反射波之間的時(shí)延計(jì)算測量點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的距離。其基本原理如圖所示。當(dāng)斷路器重合線路時(shí)，在斷路器觸頭合閘瞬間，由于觸頭間電壓的突變，在線路上將出線暫態(tài)行波過程。設(shè)行波從斷路器到故障點(diǎn)的傳播方向?yàn)檎较颍洺跏夹胁ɡ擞繛?，行波浪涌在故障點(diǎn)的反射波返回測量端時(shí)表現(xiàn)為反向行波浪涌，記為。設(shè)行波

34、浪涌和之間的時(shí)間延遲為，它顯然等于故障暫態(tài)行波在測量點(diǎn)與故障點(diǎn)之間往返一次的傳播時(shí)間，因而測量點(diǎn)到故障點(diǎn)之間的距離可以表示為： （2-10）為實(shí)現(xiàn)這種測距模式，在測量端感受到的第一個(gè)正向行波浪涌必須是本端斷路器某級重合閘時(shí)所產(chǎn)生的初始行波浪涌(此時(shí)測量點(diǎn)不存在反向行波浪涌)。(a) 故障線路重合閘暫態(tài)行波的傳播路線(b) 端的正向和反向暫態(tài)行波波形E型行波測距法原理圖JXD-3000電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，山東杰訊電氣科技有限公司研發(fā)出JXD-3000電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)即單端電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)。根據(jù)行波測距原理，采集故障電纜的暫態(tài)行波（包含電

35、纜故障信息），做出預(yù)警及自動(dòng)判距。系統(tǒng)采用本公司研發(fā)的高頻傳感器采集電纜的暫態(tài)行波，采集器采用ARM加 FPGA的形式，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)前端高頻數(shù)據(jù)采集，ARM以嵌入式Linux操作系統(tǒng)為平臺(tái)，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)通訊及數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)發(fā)，后臺(tái)服務(wù)器（專家系統(tǒng)）采用本公司在小波算法和希波拉特-黃算法基礎(chǔ)研究出的新算法對波形進(jìn)行識別，分析，判斷，對故障電纜做出預(yù)警及自動(dòng)判距。此算法在國內(nèi)具有領(lǐng)先水平。 分布式數(shù)據(jù)采集器通過數(shù)據(jù)線與主機(jī)相連，將采集到的信號傳輸至主機(jī)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測及預(yù)警目的，并通過軟件及顯示屏顯現(xiàn)運(yùn)行狀況。監(jiān)控主機(jī)使用Windows操作系統(tǒng)，運(yùn)行JXD-3000專家系統(tǒng)電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系

36、統(tǒng)后臺(tái)及分析軟件，該軟件主要完成JXD-3000電纜在線監(jiān)測分布式采集器采集的暫態(tài)行波的存儲(chǔ)和分析，電纜運(yùn)行狀態(tài)的顯示，預(yù)警判距及實(shí)時(shí)自動(dòng)預(yù)警并將結(jié)果顯示、上報(bào)，可實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)報(bào)、選線、自動(dòng)判距?？刂浦鳈C(jī)同時(shí)還可以作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，供遠(yuǎn)程讀取監(jiān)測電纜的運(yùn)行信息。數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳支持的通訊方式:支持Modem撥號和局域網(wǎng)及3G方式。預(yù)警及測距結(jié)果也可以通過網(wǎng)絡(luò)通訊、短信等方式報(bào)送生產(chǎn)調(diào)度和生產(chǎn)主管部門。JXD-3000電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)智能電源管理模塊為可擴(kuò)展的24路電源管理模塊，為分布式采集裝置提供12V標(biāo)準(zhǔn)電源，具有電源管理功能，可以監(jiān)測回路電源開斷信息，自動(dòng)或人工復(fù)位，保障裝置及信息的安全可靠。JXD-3000電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)通訊交換機(jī)模塊，由于系統(tǒng)采用全網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)，采用TCP/IP協(xié)議，可擴(kuò)展的分布式監(jiān)測裝置分配獨(dú)立的IP地址，通過交換機(jī)模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通訊。JXD-3000電纜主絕緣實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)通訊機(jī)帶有GSM及3/4G網(wǎng)絡(luò)通訊、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)交換功能，對信息進(jìn)行暫時(shí)存儲(chǔ)，以備調(diào)用。技術(shù)優(yōu)點(diǎn)利用故障產(chǎn)生的暫態(tài)信號，幅值大、可靠性高、靈敏度高不受消弧線圈影響不受不穩(wěn)定電弧影響采用專