電纜主絕緣實時監(jiān)測系統(tǒng)

1、電纜主絕緣實時監(jiān)測系統(tǒng)山東杰訊電氣 電纜主絕緣實時監(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，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，一貫堅持以“質(zhì)優(yōu)價廉，誠 信為本”的原則。公司可持續(xù)價值觀念，加強科技創(chuàng)新，深化管理創(chuàng) 新，以“打造價值杰訊，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。以雄厚的科技研發(fā)實力及優(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)先進的測試

2、設(shè)備及檢 測儀器。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：團結(jié)互助，敬業(yè)負責，積極進取，用于創(chuàng)新。電纜主絕緣實時監(jiān)測系統(tǒng)目的和意義隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大。由于土地資源緊張， 同時為了美化環(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，在運行中，電力電纜也會發(fā)生故障。根據(jù)電纜自身構(gòu)成 特性和運行情況來看，造成電力電纜

3、故障的因素主要有：機械損傷、 絕緣受潮、絕緣老化變質(zhì)、過電壓、設(shè)計和制作工藝不良、材料缺陷、 防護層腐蝕、電纜絕緣物流失等。同時，由于電纜應(yīng)用數(shù)量的增多及 運行時間和負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，往往要花費數(shù)小時，甚至幾天的時間。這樣不僅浪費 了大量的人力、物力，而且還會造成難以估量的停電損失。因此迅速、 準確地確定電力電纜故障點，可以減少停電時間，提高供電可靠性， 減少故障修復(fù)費用及停電帶來的損失?？焖偾谐收喜⑴懦收蠈μ?高電力系統(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

4、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 故障信息，在國內(nèi)率先研發(fā)出JXD-3000電纜主絕緣實時監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng) 即單端電纜主絕緣實時監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)，能夠根據(jù)采集的電纜的暫態(tài)行 波進行故障預(yù)警選線自動測距。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

5、絕緣層同時擠出。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）外護套。外護套有聚氯乙烯（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)電纜主絕緣實時監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)狀況及分析當前，我國的電纜運行單位對XIPE電纜大多采用投運前或周期性耐壓 試驗，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）等進行在線監(jiān)測并基于監(jiān)測

6、 結(jié)果推斷電纜的運行狀態(tài)。上述方法可及時獲取電纜狀態(tài)信息， 對提 早發(fā)現(xiàn)故障隱患，防止運行事故十分有效.是未來電纜運行維護的重 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 行綜述，對各種監(jiān)測手段的優(yōu)、缺點及可行性進行討論，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，能及時了解電纜系統(tǒng)的運行狀態(tài)，保障其安全、可靠地運行。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)、運輸、安裝和運行 過程中，均

7、可能因生產(chǎn)工藝不良或人為操作不當而引入缺陷。電纜系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的缺陷，在運行過程中，上述缺陷受外施電場作用而發(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，能及時了解 電纜系統(tǒng)的運行狀態(tài)，保障其安全、可靠地運行。XLP曲力電纜系統(tǒng)中的缺陷種類及危害性（1）機械損傷機械損傷引起的電纜故障占電纜事故很大的比例。 有些機械損傷很輕 微，當時并沒有造成故障，但在幾個月甚至幾年后損傷部位才發(fā)展成 故障。造成電纜機械損傷的主要有以下幾種原因：1）安裝時損傷：在安裝時不小心碰傷電

8、纜，機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行城建施工，使電纜受到直接的外力損傷；3）行駛車輛的震動或沖擊性負荷會造成地下電纜的鉛 （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)致進水；2)電纜制造不良，金屬護套有小孔或裂縫；3)金屬護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

9、質(zhì)內(nèi)部氣隙在電場作用下產(chǎn)生游離使絕緣下降。當絕緣介質(zhì)電離時，氣隙中產(chǎn)生臭氧、硝酸等化學(xué)生成物，腐蝕絕緣；絕緣中 的水分使絕緣纖維產(chǎn)生水解，造成絕緣下降。過熱會引起絕緣老化變 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 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，擊穿點一般是 存在缺陷。(5)設(shè)計和制作工藝不良中間接頭和終端頭的防水、電場分布設(shè)計不周密，材料選用不當，工 藝不良、不按規(guī)程要求制作會造

10、成電纜頭故障。(6)材料缺陷材料缺陷主要表現(xiàn)在三個方面。一是電纜制造的問題，鉛(鋁)護層 留下的缺陷；在包纏絕緣過程中，紙絕緣上出現(xiàn)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 件的機強度不夠，其它零件不符合規(guī)格或組裝時不密封等； 三是對絕 緣材料的維護管理不善，造成電纜絕緣受潮、臟污和老化。(7)護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、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

11、。XLP曲纜系統(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可達20000A,頻帶可達 100MHz-250MHz電纜局部放電的在線監(jiān)測是指通過傳感器系統(tǒng)實時 采集額定運行電壓下電纜系統(tǒng)內(nèi)的局部放電信號，并將其傳輸至終 端，進行后續(xù)的處理和判斷。因此，傳感器系統(tǒng)對能否準確獲取放電信 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。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

12、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，需將電纜絕緣護套和金屬護層割開， 將金屬箔纏 繞在外半導(dǎo)電層上，之后再將金屬護層和絕緣護套分別復(fù)原， 將信號 線從金屬箔和金屬護層間引出。該方法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是安 裝時工藝要求較嚴格，必須做好護套復(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，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)與電纜的金屬護層連接。 該 方法的優(yōu)點是安裝簡便，抗干擾能力強，但需要與電纜生產(chǎn)廠家協(xié)商 信號線的引出方

13、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。該方法的優(yōu)點是安裝簡單.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；缺點是易受外界電磁噪聲干擾。此外.對于直 埋式敷設(shè)的XLP曲纜線路，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

14、息?；陔姼旭詈戏ㄑ兄频膫鞲衅髦校_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，具優(yōu)點是靈敏度高，受外界電磁干擾 小，缺點為電纜接頭施工時傳感器的安裝工藝較復(fù)雜。 外置式羅氏線 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

15、電源進行定位。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 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行接觸式的測量。 超聲波傳 感器的優(yōu)點是測量操作簡便。不受電磁噪聲的干擾；缺點是所測聲信 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)測電纜在運行過

16、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；也可通過計算線路的載流量，了解線路 運行狀態(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)光纖的光時域反射原理及光纖的背向拉曼散射溫 度效應(yīng)。基于所測溫度，可對電纜的載流量進行計算，進一步獲得電 纜運行信息。測溫光纖既可以敷設(shè)在電纜護套內(nèi)，即內(nèi)置式；也可沿 線敷設(shè)在電纜護套外，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，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。這也是在未來 的研究和工程實踐中，需要解決的問題。紅外熱成像技術(shù)也常被

17、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)成像物鏡和光機掃描系統(tǒng)接收被測目標的 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.采用光機掃描機構(gòu)對被測物體的紅外熱像 進行掃描，并聚焦在單元或分光探測器上，由探測器將紅外輻射能轉(zhuǎn) 換成電信號，經(jīng)放大處理、轉(zhuǎn)換成標準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)。運行經(jīng)驗表明。電纜附件發(fā)生故障前，缺陷經(jīng)常 伴生局

18、部發(fā)熱，采用紅外熱像儀對電纜附件進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。因電纜金屬 護層與線芯中交流電流產(chǎn)生的磁力線相較鏈，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）電纜的金屬護層采用一 端直接接地、另一端經(jīng)間隙或保護電阻接地的方式；長線路 （1000M 以上）電纜的金屬護層則采用方式；長線路（1000M以上）電纜的金屬護 層則采用三相分段交叉互聯(lián)兩端接地

19、的方式。當電纜絕緣護套破損、 金屬護層出現(xiàn)兩點或多點接地時， 會產(chǎn)生較大環(huán)流，嚴重時可超過負 荷電流的50%以上。環(huán)流損耗使金屬護層發(fā)熱，加速電纜主絕緣的老 化，威脅電纜運行安全。監(jiān)測電纜的接地電流，可獲取電纜外護套的 完整性信息。止匕外，當電纜主絕緣內(nèi)的水樹枝發(fā)展時，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。 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） tan e在線檢測法。tan e在線監(jiān)介質(zhì)損耗角正切tan e是反映電介質(zhì) 材料

20、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tane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：時間的相位差。從而獲得tane。典型的tane在線檢測法是檢測兩個IE弦波過零點的時間差，再通過頻 率和時間差來計算相位差。tan e在監(jiān)測系統(tǒng)該方法對過零點的檢測精 度要求很高，因此對過零檢測器的穩(wěn)定性有較高要求。止匕外，該方法 對測量信號本身的要求也較高，因為疊加在工頻信號過零點附近的一 些干擾，常常會影響過零點檢測的準確性， 諧波對正確檢測過零點也 有重要影響此外，由于介質(zhì)損

21、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 tan e的在線監(jiān)測并未在電纜運行單位中得到推廣。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、 紫外像增強系統(tǒng)、CCD6機、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 外像增強器的光電陰極E,經(jīng)過紫外像增強器后，信號被放大并轉(zhuǎn)

22、化 為可見光信號輸出。然后，成像光束經(jīng) CCD機，經(jīng)信號處理后輸出 到觀察記錄設(shè)備。目前，該技術(shù)已在我國幾個大城市的電力部門得到 應(yīng)用，主要進行導(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。該項技術(shù)同1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行在線檢測， 為電纜運行部門提供更多 的電纜系統(tǒng)運行信息。行波測距法5）行波法A型裝置利用故障點產(chǎn)生的行波在測量點到故障點間來回往返的時間 與行波波速之積來確定故障位置；B型裝置利用故障點產(chǎn)生的行波到達兩端的時間差與波速之積來確定 故障位置；C型裝置是在故障發(fā)生時于線路的一端施加高壓高頻或直流脈沖信 號，根據(jù)脈沖

23、往返時間來確定故障位置；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精確對時的雙端行波法，使得行波故障 測距的實現(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)生的電流行波進行定位，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產(chǎn)生 的暫態(tài)行波在行波的測量點與產(chǎn)生故障的地點之間往返一次的傳播 所用的時間與行波的速度積計算發(fā)生故障點的距離。（1） A型行波法原理A型法是一種單端行

24、波測距法，其利用線路故障時自身產(chǎn)生的暫 態(tài)行波信號實現(xiàn)故障定位。在XLPE電纜發(fā)生故障時，故障產(chǎn)生的行 波浪涌在故障點及母線之間來回反射，利用故障線路在測量端感受到 的第一個正向行波浪涌與其在故障點反射回的行波信號之間的時間 差，計算測量點到故障點之間的距離。聲故埠時的行源傳播7/Tx37j）線路S端的電流行波波形單端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反射波到達 本端母線的時間分別為Ts1,Ts2,則故障距離原理可用公式表示為：當故障點在線路中點以內(nèi)時，來自故障線路方向的第二個同極性 行波波頭是故障點反射波，根據(jù)它與故障初始行波的時間差 t,利用 上式來實現(xiàn)測距。

25、當故障點在線路中點以外時，來自線路方向的第二 個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透射系數(shù)為正數(shù)，由于向?qū)Χ诉\動的故障初始 行波與向本側(cè)運動的初始行波反極性，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：二二二二二二二叩.冬M極障仃波化播UO S處電;前行濃濃唯故障點在線路中點以外且存在透射時 A型測距原理- 一-一.、.- -、4、一線路對端母線反射波與故障初始行波的時間差似對應(yīng)行波在故 障點與對端母線間往返一次的時間，據(jù)此可計算出故障點距對端母線的距離:=0 力 A1=y-y( - TS1)(2)A型行波故障測距裝置較

26、為簡單、容易實現(xiàn)，且不需要與傳輸線 路的對端進行同步的數(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反射波識別的最大障礙是區(qū)分出反射波是來自故障點還是線路對端母線。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行 實時檢測。同時信號檢測不具有可重復(fù)性，不能進行多次檢測后對比 分析，對于檢測結(jié)果的可靠性造成了一定的影響。(2)B型法原理B型行波測距是

27、利用線路兩端的行波檢測裝置，檢測故障點產(chǎn)生 的電壓、電流行波到達線路兩端的時間差并借助通信聯(lián)系來實現(xiàn)故障 測距的。設(shè)發(fā)生故障后，電壓行波到達線路兩側(cè)母線 M和N的時間分 別是t1和t2 ,波速為V,故障點到母線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線路兩端時刻進行測距計算的，因而只需捕捉行波第一個波頭，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一 倍，從而能夠

28、更加準確的判斷故障距離。 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鐘以實現(xiàn)兩端的時間同步；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型測距法主動發(fā)出脈沖信號，根據(jù)脈沖反射行波進行測距。 其基本原理如圖所示。當線路發(fā)生故障時，測距裝置啟動，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 故障點F時，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

29、檢測發(fā)射的脈沖信號到達檢測點的時刻ti和故障點反射行波到達檢測點的時刻t2計算故障點距離。故障點的計算公式為:-V ,1 .S = 2 t2 -匕=2 t v式中：工為從開始發(fā)射脈沖波到反射波返回到裝置的時間NC型行波測距法基本原理C型行波定位方法在故障發(fā)生后主動發(fā)出高壓脈沖信號， 然后檢測識 別來自故障點的反射波，不需對線路自身的故障信號進行實時監(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，當一 次信號檢測失敗時，C型法也可重復(fù)發(fā)出高壓脈沖信號進行多次測量， 有效解決單端法一次性測量丟失信號的風險。且運用C型法檢測時不 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

30、。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 的故障點檢測，C型法檢測數(shù)據(jù)的分析復(fù)雜，故障點較難確定。圖為 C型行波法在帶分支線路中應(yīng)用時的檢測過程示意圖。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分支的線路。 O點為線路起始點，線路在 A 點分成兩支AB和AG AB段內(nèi)S點發(fā)生單相接地故障。從O點發(fā)出檢 測信號W , W1到達阻抗不連續(xù)點A后沿三個路徑傳播：W11透過A點 沿分支AC傳播；W12透過A點沿分支AB傳播，可以達到故障點S; W13 在A點發(fā)生反射，直接返回始端 。點。皿1到達C點時，遇到開路返 回同向信號叫；也返回A點時又有三個傳輸路徑，其中

31、透過A點的W21 直接返回。點，另一個透射A點的2沿分支AB傳播，可以達到故 障點So Wi2與她2先后到達S點，遇到接地返回負向信號，此信號分 成W32和W31兩股，同時向A點和B點傳輸。由Wi2產(chǎn)生的W32遇到A點 后的透射部分 限3的波頭成為第一個從S點返回始端的波頭。W31到達 B點后遇開路反射，其最終透射部分W4i返回檢測點。之后，信號繼續(xù) 在線路中往復(fù)傳播，在 A B、C S、O點發(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：（1）信號遇到帶有N個分支的節(jié)點會分成N+1股，當只有一處發(fā)生接地 故障時，只有一股可以到達故障點；故障點返回的信號

32、遇到該分支節(jié) 點又要發(fā)生折反射，只有一股可以回到檢測點，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 返回的信號是與短路故障點返回信號同方向的負向信號，所以必須加以辨識，區(qū)分分支點和故障點。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，且對于某些瞬時性故障，由于故障在線路重合閘后消 失。因此，利用C型法進行檢測不能發(fā)現(xiàn)瞬時性故障特征點?；谝?上局限性，在實際的工程應(yīng)用中需結(jié)合其它行波法來彌補 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線路兩端測量點時的絕對時間差計算故障點到兩端測

33、量點之間的距離， 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1 MM端初始行波波形(b)(c) N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播速度、到達M端和N 端母線(形成各端第1個反向行波浪涌)的絕對時間分別為tm和tn,則 存在以下關(guān)系：SmfSnf.=tm -tnv v v(2-8)Smf . Snf = L式中：SMF和Snf分別為M端和N端母線到故障點的距離；L為線路MN 的長度。通過求解上述方程組可以獲得 M端和N端母線到故障點的距 離，表示為：Smf =gv（tm tn）+L】 _1 r.一 iSnf =- V（tn -tm

34、）+L】 、2（2-9）在D型法中，為了準確標定故障初始行波浪涌到達兩端母線的時刻， 線路兩端必須配備高精度和高穩(wěn)定度的實時時鐘，而且兩端時鐘必須保持精確同步。另外，需對線路兩端的電氣量進行實時同步高速采集 和對故障暫態(tài)波形數(shù)據(jù)進行存儲和傳輸。D型行波法早期故障測距裝置采用載波方式實現(xiàn)線路兩端測距裝置的時間同步，難以獲得較高的測距精度?，F(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 模塊作為同步時鐘實現(xiàn)精確同步，這使得線路兩端的時間同步誤差平 均不超過1內(nèi)，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產(chǎn)生的行波浪涌在 故障點和測量點的

35、傳播來進行測距的。 以標準模式為例，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個正向行波浪涌與其在故障點反射波之間的時延計算測量點到故障點之間的 距離。其基本原理如圖所示。當斷路器重合線路時，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的 傳播方向為正方向，記初始行波浪涌為 :，行波浪涌 :飛）在故障點 的反射波返回測量端時表現(xiàn)為反向行波浪涌， 記為iFR（t設(shè)行波浪涌）和iFR（t）之間的時間延遲為Z ,它顯然等于故障暫態(tài)行波在測量點 與故障點之間往返一次的傳播時間，因而測量點到故障點之間的距離 可以表示為：1 .S t

36、.v(2-10)2為實現(xiàn)這種測距模式，在測量端感受到的第一個正向行波浪涌必須是本端斷路器某級重合閘時所產(chǎn)生的初始行波浪涌(此時測量點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) m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電纜主絕緣實時監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，山東杰訊電氣科技有限公 司研發(fā)出JXD-3000電纜主絕緣實時監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)即單端電纜主絕緣 實時監(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 含電纜故障信息)，做出預(yù)警及自動判距。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ARMffl FPG

37、A的形式，F(xiàn)PGA 負責前端高頻數(shù)據(jù)采集，ARMyA嵌入式Linux操作系統(tǒng)為平臺，負責 網(wǎng)絡(luò)通訊及數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)發(fā)，后臺服務(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行識別， 分析，判斷，對故障電纜做出預(yù)警及自動判距。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)線與主機相連， 將采集到的信號傳輸 至主機，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)在線監(jiān)測及預(yù)警目的， 并通過軟件及顯示 屏顯現(xiàn)運行狀況。監(jiān)控主機使用 Windows操作系統(tǒng)，運行JXD-3000專家系統(tǒng)電纜主絕緣實時監(jiān)測系統(tǒng)后臺及分析軟件，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

38、儲和分析，電纜運行狀態(tài)的顯示，預(yù)警判距及實時自動預(yù)警并將結(jié)果顯示、上報，可實現(xiàn)故 障的預(yù)報、選線、自動判距?？刂浦鳈C同時還可以作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，供遠程讀取監(jiān)測電纜的運 行信息。數(shù)據(jù)遠傳支持的通訊方式：支持Modems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、短信等方式報送生產(chǎn)調(diào)度 和生產(chǎn)主管部門。JXD-3000電纜主絕緣實時監(jiān)測系統(tǒng)智能電源管理模塊為可擴展的24路電源管理模塊，為分布式采集裝置提供 12V標準電源，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電纜主絕緣實時監(jiān)測系統(tǒng)通訊交換機模塊，由于系統(tǒng)采用全網(wǎng)絡(luò)化設(shè)

39、計，采用TCP/IP協(xié)議，可擴展的分布式監(jiān)測裝置分 配獨立的IP地址，通過交換機模塊進行實時數(shù)據(jù)通訊。JXD-3000電纜主絕緣實時監(jiān)測系統(tǒng)通訊機帶有 GShM 3/4G網(wǎng)絡(luò) 通訊、存儲、數(shù)據(jù)交換功能，對信息進行暫時存儲，以備調(diào)用。技術(shù)優(yōu)點利用故障產(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)定電弧影響采用專用高頻電流傳感器報警方式：當?shù)貓缶?、短信報警故障?shù)據(jù)和處理信息可當?shù)仫@示，也可遠傳供異地分析，實現(xiàn)遠程服務(wù)自動分析波形，自動做出故障波形預(yù)警，選線及判距主要功能提前預(yù)警故障隱患選定故障電纜線路判定故障距離防止電力電纜由于長期帶故障運行而發(fā)生升溫造成火災(zāi)根據(jù)歷史記錄，針對性安排檢修預(yù)警方式：黃色預(yù)警：當電纜發(fā)生異常后，裝置會在第一時間內(nèi)采集到波形 并會以黃色預(yù)警狀態(tài)出現(xiàn)。表示該相電纜有燃弧現(xiàn)象，應(yīng)密切關(guān)注。橙色預(yù)警：當每天有幾十次波形觸發(fā)時，此時系統(tǒng)會以橙色預(yù)警 的方式報警并自動報出故障距離。此時對用戶來說應(yīng)盡快合理安排檢 修。紅色預(yù)警：觸發(fā)頻率越來越快，電纜很快（24小時內(nèi)）就會發(fā)生故障，此時系統(tǒng)進入紅色預(yù)警狀態(tài)，用戶應(yīng)立刻進行停電檢修系統(tǒng)