一种高压单芯电缆保护层故障精确定位的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压单芯电缆技术领域，具体涉及一种高压单芯电缆保护层故障精确定位的方法。
【背景技术】
[0002]高压单芯电缆广泛运用于城市供电系统中。运用于城市供电系统的高压单芯电缆通常被安装于城市地下电缆隧道中，为适应地下隧道的恶劣环境，高压单芯电缆均有金属和橡胶绝缘层作为保护层。由于金属保护层的存在，高压单芯电缆相当于一个电流互感器，在金属保护层因感应而产生电流，该感应电流的大小与电缆长度、供电电流强弱有关。感应电流的存在会导致耗散功率增加，电缆发热，严重时将引发供电事故。
[0003]采用金属保护层换相连接的办法，可以有效消除和减小高压单芯电缆金属保护层上的感应电流。然而，由于安装过程中的刮碰以及运行过程中的白蚁啃咬、工频振动等原因，会导致电缆保护层逐渐损坏，形成金属保护层对地短路进而引起环流出现。当环流出现并逐渐增加时，就必须及时早出原因并加以解决，避免酿成重大停电事故。
[0004]为实现以上目的，国内外很多相关研究机构都开发出了具有各自特点的高压电缆保护层环流在线监测技术。如中国专利201410311013.0 “分布式高压电缆屏蔽层电流监测系统及其电流检测方法”、中国专利201110254090.3“城市电网电缆环流监测数据采集装置”、中国专利201110200728.5 “电缆护套环流监测系统及其使用方法”这些专利提出了多种高压电缆保护层环流在线监测的方法和装置。在这些装置中，能够有效地监测高压电缆保护层环流，当环流出现异动时，给出报警信号，提醒进行故障检测。
[0005]随着城市建设的加速，城市越来越大，城市电力隧道越来越长，十几数十公里长的电缆隧道已经普遍出现。当出现较高环流，或环流逐渐增加时，目前的普遍做法是利用停止供电的间隙，对整条供电线路进行逐点排查，以确定故障点并加以处理。
[0006]在条件极其恶劣的电缆隧道环境中，在持续供电的条件下逐点检查整条线路，定位故障点，是非常艰苦、危险和十分耗时的工作。
[0007]针对以上问题，申请人于2015年2月6日申请了中国专利201510060644.4 “一种高压单芯电缆保护层故障点定位的方法”用于实现高压单芯电缆保护层故障点的快速定位。在本专利申请中，通过比较整个高压电缆所有子段换相节点电流传感器的电流大小，指出出现电流突变的2个换相节点之间的电缆段即为故障所在的子段，大幅度降低了在整条电缆进行排查故障点的工作量。然而，即使故障定位到了一个子段的范围，但一个子段通常是600米，因此，要迅速将故障定位在准确的位置仍然是一个有待于解决的问题。
[0008]本发明提出了一种高压单芯电缆保护层故障点的精确定位方法。
【发明内容】
[0009]本发明所采用的技术方案是，一种高压单芯电缆保护层故障精确定位的方法，其特征在于，依据以下步骤计算出故障点在故障电缆段中的精确定位信息: 步骤I获取各换相节点电流幅值；
步骤2逐点比较各换相节点电流幅值；
步骤3判别各换相节点是否有电流幅值突变，若换相节点间有电流幅值突变，则表明有故障点存在，转步骤4继续进行故障点精确定位计算，若换相节点间没有电流幅值突变，表明无故障，返回步骤I ;
步骤4判别有电流幅值突变的末节点号是否是3的整数倍，若不是，表明故障点发生于A或C子段，转步骤13继续计算故障点的精确位置；若是，表明故障点发生于B子段，转步骤5继续计算故障点的精确位置；
步骤5获取参考基准信号的波形；
步骤6获取电缆段第I换相节点对地信号的波形计算相对于参考基准信号波形的相位差QDC ；
步骤7获取电缆段第I换相节点信号的波形计算相对于参考基准信号波形的相位差
QCC ；
步骤8计算QDC与QCC的差值dK = DQC-QCC ；
步骤9获取电缆段第I换相节点信号波形与参考基准信号波形的相位差dQl ；
步骤10计算电缆段第I换相节点信号波形与参考基准信号波形的相位差dQl与dk的差值 Cz= dQl - dk ；
步骤11依据公式X = -14.774cz2 + 215.51cz - 80.486计算子电缆段为600米时故障点距离电缆段第I换相节点的距离X;
步骤12输出故障点距离电缆段第I换相节点的距离X，计算结束；
步骤13获取电流幅值突变前一节点的电流幅值Al ；
步骤14获取电流幅值突变后一节点的电流幅值A2 ；
步骤15计算比值BZ = (Al-A2)/A2 ;
步骤16依据公式X = -835.65BZ + 759.61计算子电缆段长度为600米时，故障点距离电缆段第I换相节点的距离X ;
步骤17输出故障点距离电缆段第I换相节点的距离X。
[0010]与现有技术相比，采用本发明，不仅不需要停止供电，外挂专用测试仪来定位高压电缆保护层的故障点，还可以在保持供电的同时准确定位高压电缆保护层的故障点，极大地减轻巡回工作量，确保检修人员的安全，提高工作效率，实现快速故障排除。
【附图说明】
[0011]图1为现有技术高压单芯电缆保护层的换相连接原理示意图。
[0012]图2为本发明的高压单芯电缆保护层故障精确定位的方法模型原理图。
[0013]图3为应用本发明高压单芯电缆保护层故障定位方法进行故障精确定位的具体实例原理图。
[0014]图4为本发明的高压单芯电缆保护层故障精确定位的方法步骤流程框图。
[0015]图5为实施例运行电流波形、第I换相节点电流传感器相对于信号地的波形，以及两个波形相位关系仿真图。
[0016]图6为实施例运行电流波形、第I换相节点电流传感器电流信号的波形，以及两个波形的相位关系仿真图。
[0017]图7为实施例出现电缆B相子段靠近第I换相节点的近端出现搭接短路故障时，运行电流波形、B相子段第I换相节点电流传感器的信号波形以及两个波形相位关系仿真图。
[0018]图8为实施例出现电缆B相子段中间端出现搭接短路故障时，运行电流波形、B相子段第I换相节点电流传感器的信号波形以及两个波形相位关系仿真图。
[0019]图9为实施例出现电缆B相子段远离第I换相节点的远端出现搭接短路故障时，运行电流波形、B相子段第I换相节点电流传感器的信号波形以及两个波形香味关系仿真图。
[0020]图10为实施例在电缆A相子段中间点出现搭接短路故障时，第I换相节点和第2换相节点电流幅值出现突变的仿真图。
[0021]图11为实施例在电缆A相子段距离第I换相节点远端点出现搭接短路故障时，第I换相节点和第2换相节点电流幅值出现突变的仿真图。
【具体实施方式】
[0022]如图1所示是现有技术的高压单芯电缆保护层换相连接的示意图，三相单芯电缆A、B、C以并排或三角形堆叠方式安装于地下电缆隧道中的金属支架上，在规定的每段长度小于600米的A、B、C各子段的两端，保护套的金属层相互交叉连接。如图所示交叉换相连接的顺序是A-B-C-A-B-C。图1中仅仅示意了 2个大段共计6个子段的交叉换相连接顺序。在实际环境中，电缆保护层交叉换相互联的长度往往由很多大段构成，每个大段中又包含了三个子段，每个子段为600米长。经过以上保护层的交叉换相连接后，在理想A、B、C每个子段等长条件下，由于三相相位差120°，幅值相等，因此，在金属保护层上的感应总电流矢量和为零。在但在实际应用中，由于空间位置等原因，A、B、C每个子段的长度很难做到完全相同，因此，总会有少量电流经保护层、两端接地线与大地构成单一回路的环流。只要金属保护层与接地之间的电压低于50V，就符合国家相关的规定。
[0023]在实际情况下，由于安装时可能发生的碰刮、磨损以及在运行期间的持续振动、白蚁啃咬、施工等原因，会使高压单芯电缆的橡胶绝缘保护层遭受损坏，导致金属保护层与安装和固定电缆的金属支架相接触而发生对地短路，进而造成加大环流的故障出现，保护层损坏导致的环流逐步加剧的情况发生后，会引起更大事故的发生，当电缆环