一种基于护套接地电流的中压电缆瞬时性故障检测方法与流程

本发明涉及一种基于护套接地电流的中压电缆瞬时性故障检测方法。

背景技术：

1、针对中压电力电缆状态感知和故障预警是近年来业界关注的焦点问题。现有方法主要利用预防性试验、局放监测、温度监测、护层电流监测等手段实现电缆状态监测。但预防性试验需停电进行，影响供电连续性，而局放和温度需专用传感器就地进行监测，安装、运维成本较高，该种监测手段广泛应用于高压输电电缆，然而中压电缆点多面广，且存在直埋或污水浸泡等问题，基于就地监测的状态感知手段应用受限，研究基于远端监测实现中压电力电缆状态监测的方法成为实际应用的迫切需要。

2、对于瞬时性故障触发检测算法，目前的方法有利用电能质量监测仪中基于电压暂降触发检测到的波形数据进行了瞬时性故障的检测分析，有基于零序电压幅值越限记录瞬时性故障扰动，虽然基于这些特征检测到了部分瞬时性故障扰动，然而分析发现，由于所选特征量不能与所有类型的接地型瞬时性故障特征匹配，现有波形记录装置中的算法并不能保证对瞬

3、时性故障的灵敏检测，极有可能存在漏检。近年来，相继提出了基于波形分布特性、相似度计算等高灵敏的扰动检测算法，但该类算法对于硬件要求较高，在实际中应用较少。由于受现场监测装置硬件计算能力的约束，因此检测算法需充分考虑瞬时性故障特征，并在快速性和灵敏性之间取得平衡。对于瞬时性故障检测算法，可以分为基于波形特征、基于模型以及基于机器学习的方法，但这些方法均是针对中性点直接接地系统，主要利用了瞬时性故障期间故障电流瞬时增大的特征，然而针对我国发达地区城市中压配电网主要采用小电阻接地，针对该类系统，文献提出了基于类人概念学习的瞬时性故障检测算法，该方法鲁棒性强，但对数据样本依赖性大，且未对小电流接地系统的瞬时性故障表现模式和特征进行系统分析。

4、目前对于电缆瞬时性故障的检测主要采用基于芯线导体波形特征来实现，且都是针对国外中性点直接接地配电网系统，并不适用于我国发达城市中中性点经小电阻接地的中压配电网络。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术存在问题，提供一种基于护套接地电流的中压电缆瞬时性故障检测方法，通过对电缆瞬时性故障检测现状的研究，以中压三芯电缆为研究对象，提出从双端电缆护套接地电流特征出发，根据中性点经小电阻接地配电网中护套接地电流瞬时性故障特征，提出了一种瞬时性故障发生后检测的新方案，即基于中压配电网系统的电缆结构及其功能特点，从典型电缆护套接地方式出发，根据中压电缆线路的结构特征，建立中压电缆瞬时性故障动态仿真模型，分析瞬时性故障时的扰动波形特征以及电缆护套接地电流故障特征；然后，根据瞬时性故障发生时，电缆护套接地电流的方向、矢量与连零序电流有效值特征，实现瞬时性故障电缆的检测与判断；证明了瞬时性故障馈线段与健康馈线段之间护套接地电流的区别。还提出了一种结合固定阈值与全区域馈线相比较的新判据，将有助于对瞬时性故障的判定。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于护套接地电流的中压电缆瞬时性故障检测方法，提出一种瞬时性故障发生后检测方案，即基于中压配电网系统的电缆结构及其功能特点，从中压三芯电缆护套接地方式出发，根据中压三芯电缆线路的结构特征，建立中压三芯电缆瞬时性故障动态仿真模型，分析瞬时性故障时的扰动波形特征以及电缆护套接地电流故障特征；然后，根据瞬时性故障发生时，电缆护套接地电流的方向、矢量与连零序电流有效值特征，实现瞬时性故障电缆的检测与判断。

3、在本发明一实施中，还提出一种结合固定阈值与全区域馈线相比较的判据，实现对瞬时性故障的判定。

4、在本发明一实施中，所述中压三芯电缆瞬时性故障动态仿真模型，采用基于pscad仿真软件搭建。

5、在本发明一实施中，该方法具体实现如下：

6、(1)基于护套接地电流的有效值幅值或突变量的触发检测

7、首先，给出首端护套接地电流有效值计算公式如下，

8、

9、其中，nb表示半波信号的总采样点数，ii,h表示区段i首端护套接地电流采样信号，n和m分别表示采样序列及当前采样点；

10、触发检测判据1：

11、当护套接地电流有效值幅值越限时，即：

12、irmsi,h(m)＞iindex1

13、其中iindex1为护套接地电流有效值幅值触发阈值；

14、触发检测判据2：

15、当护套接地电流有效值突变量越限时，即：

16、irmsi,h(m)-irmsi,h(m-1)＞iindex2

17、其中iindex2为护套接地电流有效值突变量触发阈值；

18、(2)判断瞬时性故障持续时间

19、当故障为瞬时性故障时，会存在“自清除”的情况，即故障消除后，电流运行状态将回归正常，因此故障除了有起始时间以外，一定会有故障结束时刻；

20、a.故障起始采样点判据

21、irms,h(nstart-1)＜ith2&&irms,h(nstart)＞ith2

22、其中nstart为故障起始采样点，irms,h为护套接地电流的有效值，故障采样点nstart对应的时刻计为故障起始时刻tstart；

23、b.故障结束采样点判据

24、irms,h(nend-1)＞ith2&&irms,h(nend)＜ith2

25、其中nend为故障结束采样点，irms,h为护套接地电流有效值，故障采样点nend对应的时刻计为故障结束时刻tend；

26、c.计算故障持续时间δtbreak

27、δtbreak＝tend-tstart

28、nbreak＝nend-nstrart

29、(3)基于双端护套接地电流矢量特性的瞬时性击穿故障判断

30、通过对中性点接地系统接地电流的特征进行分析，得出健全区段和瞬时性故障区段的护套接地电流存在不同特性；即故障段由于护套中存在故障击穿电流，因此在两端电流都会存在相同方向，而当护套中的电流仅仅为感应电流时，两端接地电流的方向则是呈现相反方向；最终通过对护套接地电流的电流方向进行判别，来判断相应故障是否存在击穿性的故障；

31、通过判别双端接地电流信号的差异度，来实现方向是否相反的判决；当方向相同时两端信号差异度较小，方向相反时差异度较大；均方误差是反映估计量与被估计量之间差异程度的一种度量；均方误差公式表示如下：

32、

33、其中，ii,h表示首端护套接地电流采样信号，ii,e表示尾端护套接地电流采样信号，n表示采样序列，nbreak表示故障电流采样点数；

34、击穿故障判断判据：

35、当双端护套接地电流均方误差mse大于设定的阈值时，即：

36、mse≥mseindex

37、其中mseindex为双端护套接地电流均方误差量阈值。

38、相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：通过本发明的实施，将形成中压电缆“主动保护”技术路线，为促进保护由“事后保护”向“事前预警”转变，为实现中压电缆的“预防性保护”提供重要理论和实践支撑，同时对于提升供电可靠性、避免因电缆故障造成重大事故有重要理论价值和工程意义。提高中压电缆状态感知效率，减少中压电缆故障，减少其诱发的重大事故，提高供电可靠性：本项目基于瞬时性故障的灵敏检测和识别，将实现对中压电缆瞬时性故障的灵敏和快速感知，及时实现故障预警，减少电缆永久性故障，减少电缆的非计划性停电，避免因非计划停电带来的经济损失，提高供电可靠性；发明成果能够满足中压电缆瞬时性故障检测的技术需求，主要应用于中压电缆线路的监测中，提升对中压电缆瞬时性故障的感知能力和故障管控能力，可推广应用于电缆状态监测、高可靠供电、精益化运维管理等场景。