一种基于接地电流的交叉互联箱内故障诊断方法与流程

本发明涉及电力电缆金属护套交叉互联接地线路中故障检测领域，具体是一种基于接地电流的交叉互联箱内故障诊断方法。

背景技术：

随着我国城市化建设步伐的加快，对电力负需求急剧增加，地下电网敷设电力电缆线路越来越多，电缆线路变的越来越长，为有效减小护套环流，目前长电缆线路均采用交叉互联接地系统。

线路中交叉互联箱易遭遇自然或人为因素导致故障，据广州地区故障案例统计表明，每年交叉互联箱内故障占到交叉互联线路故障总数一半以上，诸如，交叉互联箱内接线错误、同轴电缆断裂、箱内进水等，此类故障发生后，整个交叉互联大段内线路等效电路发生改变，导致经金属护套流向大地接地电流出现异常，如不及时采取措施则可能引发严重事故。例如，某供电所所辖一条110kV单芯电缆线路，投运两年后发生了故障，随即检查电缆线路，发现电缆主廊道520m处，交叉互联箱内护层保护器击穿烧毁，故障点处击穿且周围严重烧焦。事后分析表明，此条电缆线路配置的主保护：限流速断；后背保护：复合电压过流。据运行经验和故障案例表明，传统保护未能有效提前避免事故发生，通常情况只能针对故障做出相应保护动作。

随着此类故障发生率越来越高，故障诊断在系统中越来越被广泛应用，围绕诊断技术的研究也越来越多。目前较多研究侧重在线监测系统，通过在线监测环流、感应电压等，提出了一套掌握整个交叉互联线路运行情况的措施，但是，环流大小受接地电阻、负荷电流、敷设方式等因素影响，在线监测装置可靠性不稳定，易受外界干扰，且整个线路安装整套装置稍显复杂，线路成本较高。因此，研究一套具有避免外界环境干扰、杜绝不同工况变化造成影响、降低线路成本特点的诊断方法具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于接地电流的交叉互联箱内故障诊断方法，实现了有效诊断交叉互联箱内三种典型故障的目的，外界干扰小，成本低、能够较好适用于不同电压等级线路，可推广到多回路长线路。

本发明采取的技术方案为；

一种基于接地电流的交叉互联箱内故障诊断方法，包括数据采集单元、电流系数K计算单元、不平衡系数J计算单元、诊断参数K、J综合获取故障类型单元。

所述数据采集单元由接地电流采集单元、接地电流带通滤波单元、信息记录单元组成。

所述电流系数K计算单元由电流数据信息存储单元、计算电流系数单元组成。

所述不平衡系数J计算单元由电流系数存储单元、计算不平衡系数单元组成。

所述诊断参数K、J综合获取故障类型单元由诊断参数K、J正常工况值、故障值组成的参数表单元、综合评判具体故障类型单元组成。

诊断步骤如下：

步骤1：接地电流采集单元采集接地线上接地电流信息，接地电流带通滤波单元负责滤除其他谐波分量，只留下基波分量；信息记录单元记录具体线路信息及三相电流数据信息；步骤2：电流数据信息存储单元接收来自信息记录单元的电流数据；计算电流系数单元计算电流系数；电流系数计算公式为K_AB＝I_A/I_B、K_BC＝I_B/I_C、K_CA＝I_C/I_A，I_A、I_B、I_C为三相接地电流基波值；

步骤3：电流系数存储单元除了接收来自计算电流系数单元得到的三个电流系数以外，另外可提前输入标准电流系数K_标准(K_标准＝1)和不平衡系数J_标准(J_标准＝0)，计算不平衡系数单元计算不平衡系数，不平衡系数计算公式为J_AB＝(K_AB-K_标准)/K_标准、J_BC＝(K_BC-K_标准)/K_标准、J_CA＝(K_CA-K_标准)/K_标准；标准值就是参考值，相当于采集的数据计算了和这个标准值比较。

步骤4：电流系数存储单元除了接收来自计算电流系数单元得到的三个电流系数以外，另外可提前输入标准电流系数K_标准(K_标准＝1)和不平衡系数J_标准(J_标准＝0)，计算不平衡系数单元3.2计算不平衡系数；

步骤5：诊断参数K、J正常工况值、故障值组成的参数表单元整合了计算电流系数单元和计算不平衡系数单元得到的诊断参数K、J，以及正常情况下的K、J值，将正常值与故障值进行比较，进行诊断参数的评估比较；

步骤6：整合形成诊断参数K、J正常值、故障值组成参数表，并评判故障类型；

步骤7：根据具体故障情况获知具体故障类型。

本发明一种基于接地电流的交叉互联箱内故障诊断方法，通过直接测量交叉互联线路两端直接接地线上接地电流评判故障类型，该诊断方法提出的诊断参数可避免由负载电流、接地电阻等因素变化造成的影响，诊断方法简单、可操作性强、准确度高，可推广至长线路，且避免传统在线监测受外界干扰大、成本高昂的问题，有较强的工程实际指导意义。

本发明一种基于接地电流的交叉互联箱内故障诊断方法，实现了有效诊断交叉互联箱内三种典型故障的目的，外界干扰小，成本低、能够较好适用于不同电压等级线路，可推广到多回路长线路。

附图说明

图1是本发明的流程示意图。

图2是实施例中所述双回路110kV线路设计图。

具体实施方式

本发明的原理是：直接测量交叉互联线路两端直接接地线上接地电流，计算诊断方法中提出的电流系数和不平衡系数两个评判参数，诊断参数有效避免了负荷电流、接地电阻等不同工况变化对评判准确性的影响，计算结果与正常工况值进行比较，最后综合评判具体故障类型。

一种基于接地电流的交叉互联箱内故障诊断方法，包括数据采集单元1、电流系数K计算单元2、不平衡系数J计算单元3、诊断参数K、J综合获取故障类型单元4。

所述数据采集单元1由接地电流采集单元1.1、接地电流带通滤波单元1.2、信息记录单元1.3组成。其中接地电流采集单元1.1由型号为LZCT2-10零序电流互感器构成，接地电流带通滤波单元1.2由Pasternack射频低通滤波器构成，信息记录单元1.3即信息存储单元，由型号为ZLKCFM100数据存储模块构成。

所述电流系数K计算单元2由电流数据信息存储单元2.1、计算电流系数单元2.2组成。电流数据信息存储单元2.1由型号为ZLKCFM100数据存储模块构成，计算电流系数单元2.2为电脑内置的处理电流数据的excel表格。

所述不平衡系数J计算单元3由电流系数存储单元3.1、计算不平衡系数单元3.2组成。电流系数存储单元3.1采用同信息记录单元1.3的数据存储模块构成，型号为ZLKCFM100，计算不平衡系数单元3.2为电脑内置的处理电流数据的excel表格

所述诊断参数K、J综合获取故障类型单元4由诊断参数K、J正常工况值、故障值组成的参数表单元4.1、综合评判具体故障类型单元4.2组成。诊断参数K、J正常工况值、故障值组成的参数表单元4.1由数据存储模块构成，型号为ZLKCFM100，综合评判具体故障类型单元4.2可由Simulink编写数据大小比较模块，将实测数据的计算值与标准值进行比较，判断故障类型。

如图1所示，一种基于接地电流的交叉互联箱内故障诊断方法，包括以下步骤：

B1中接地电流采集单元1.1采集接地线上接地电流信息。

B2中接地电流带通滤波单元1.2负责滤除其他谐波分量，只留下基波分量和信息记录单元1.3记录具体线路信息及三相电流数据信息。

B3中电流数据信息存储单元2.1接收来自信息记录单元1.3的电流数据和计算电流系数单元2.2计算电流系数。

B4中电流系数存储单元3.1除了接收来自计算电流系数单元2.2得到的三个电流系数以外，另外可提前输入标准电流系数K_标准(K_标准＝1)和不平衡系数J_标准(J_标准＝0)，计算不平衡系数单元3.2计算不平衡系数。

B5中诊断参数K、J正常工况值、故障值组成的参数表单元4.1整合了计算电流系数单元2.2和计算不平衡系数单元3.2得到的诊断参数K、J，以及正常情况下的K、J值，将正常值与故障值进行比较，进行诊断参数的评估比较。

B6中整合形成诊断参数K、J正常值、故障值组成参数表，并评判故障类型。

B7中根据具体故障情况获知具体故障类型。

步骤B1接地电流采集单元1.1采集接地线上接地电流信息；接地电流带通滤波单元1.2负责滤除其他谐波分量，只留下基波分量；信息记录单元1.3记录具体线路信息及三相电流数据信息。

步骤B2电流数据信息存储单元2.1接收来自信息记录单元1.3的电流数据；计算电流系数单元2.2计算电流系数，电流系数计算公式为K_AB＝I_A/I_B、K_BC＝I_B/I_C、K_CA＝I_C/I_A，I_A、I_B、I_C为三相接地电流基波值。

步骤B3电流系数存储单元3.1除了接收来自计算电流系数单元2.2得到的三个电流系数以外，另外可提前输入标准电流系数K_标准(K_标准＝1)；计算不平衡系数单元3.2计算不平衡系数J，不平衡系数计算公式为J_AB＝(K_AB-K_标准)/K_标准、J_BC＝(K_BC-K_标准)/K_标准、J_CA＝(K_CA-K_标准)/K_标准。

步骤B4中电流系数存储单元3.1除了接收来自计算电流系数单元2.2得到的三个电流系数以外，另外可提前输入标准电流系数K_标准(K_标准＝1)和不平衡系数J_标准(J_标准＝0)，计算不平衡系数单元3.2计算不平衡系数。

B5中诊断参数K、J正常工况值、故障值组成的参数表单元4.1整合了计算电流系数单元2.2和计算不平衡系数单元3.2得到的诊断参数K、J，以及正常情况下的K、J值，将正常值与故障值进行比较，进行诊断参数的评估比较。

B6整合形成诊断参数K、J正常值、故障值组成参数表，并评判故障类型。

B7根据具体故障情况获知具体故障类型。

表1

通过表1可知，电流系数K能够有效判别同轴电缆断裂故障，并确定故障相，故障相电流系数为0；换位失败，表现出三相电流系数差别较大，两相电流系数较小，且小于1，一相电流系数较大，大于2；箱内进水，电流系数均在1左右，一箱进水故障的三个电流系数差值较两箱进水故障大。鉴于电流系数不一定能够有效细致区分交叉互联箱进水情况，以K标准为基准，提出不平衡系数对故障类型进行诊断。由表1中的不平衡系数J发现，一箱进水的J大于两箱进水，J值相差较大。通过不平衡系数能够有效细致区分交叉互联箱内进水。建立的评判标准能够评判箱内三种故障。

下面结合某供电局实际运行双回路110kV线路为例，线路情况如图2所示。结合上面具体实施步骤1-7详细进行说明。

整个线路情况如下：中间部分共安装四个交叉互联箱，线路两端直接接地，通过PMS状态监测单元监测A1、A2、A3、A4接头井内四个交叉互联箱接地线接地电流。表2给出部分监测数据。

表2实测接地电流

整个南方地区5月份持续大量降雨，各个地区大面积受灾严重，输电线路状态监测中心值班人员通过PMS状态监测单元发现110kV线路A3井电缆护层环流在线监测装置告警。经实地勘察发现，该井内互联箱大部分已被水浸没，箱体外部存在明显锈迹，其他井内处于正常情况。采用钳形电表现场监测出现故障的线路两端接地线电流，数据如表3。

表3实测接地电流

由表2、表3得知，正常工况下电流基本维持在5A左右，电流系数和不平衡系数分别为1和0。一旦箱内出现故障，诸如本实例中一箱全部进水，此时三个电流系数大小均在1左右，而不平衡系数均在20％以上，不平衡系数差别较大。通过本发明提出的以电流系数和不平衡系数为准则的诊断方法可及时通过首端接地电流判断该故障。