淺析配電網(wǎng)線路絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測

趙軍興+楊曉峰

【摘 要】本文主要對當前我國配電網(wǎng)線路絕緣狀態(tài)下的監(jiān)測現(xiàn)狀進行了分析，在當前的監(jiān)測過程當中很容易出現(xiàn)線路絕緣參數(shù)有較大誤差，測量的信號非常弱并且容易被外界電磁所干擾，為此筆者提出了一種能夠對現(xiàn)場單相接地故障信息數(shù)據(jù)進行記錄或者人為單相接地試驗來對電纜絕緣參數(shù)進行測量的方法。采用這種方法并不需要增設信號設施，被測量變化非常顯著，在調(diào)制技術的基頻信號提取的前提上，與過渡帶比較窄的切比雪夫低通濾波器配合使用，從而實現(xiàn)對故障信號當中的非周期分量以及諧波分量的有效抑制，也無須在線估計噪聲參數(shù)并能將每一條饋線的對地參數(shù)進行精確計算。實驗結果顯示，故障接地電阻、故障距離和故障相初始相位角都不會給測量結果帶來較大影響，因此該方法能夠在多種接地方式下進行配電網(wǎng)饋線絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測。

【關鍵詞】配電網(wǎng)線路；絕緣狀態(tài)；在線監(jiān)測

1.引言

許多工業(yè)礦業(yè)用電都是電纜供電，其線路運行的環(huán)境非常惡劣，很容易發(fā)生接地故障，所以電纜線路絕緣受到破壞而導致的單相接地故障會對企業(yè)的安全生產(chǎn)帶來非常大的安全隱患，甚至威脅到人民群眾的生命安全。當前針對多條饋線支路的配電網(wǎng)并未研究出可行性較強的方法。所以，借助絕緣監(jiān)視方法就顯得非常重要。當前在配電網(wǎng)對地絕緣參數(shù)測量的方法上主要有在線監(jiān)測以及離線監(jiān)測兩種，但離線監(jiān)測過程中往往需要中斷供電，定期進行測試和維護工作，顯然，這種方法會給企業(yè)的生產(chǎn)帶來非常大的影響，經(jīng)濟損失較大。

在線監(jiān)測方法是這幾年才被提出來的，它可以實時估算每一條支路絕緣存在的故障的和其他問題，確保電網(wǎng)安全運行的同時能有效實現(xiàn)絕緣預警功能。直流分量法、直流疊加法等是當前應用較為廣泛的電纜絕緣在線監(jiān)測方法，不過這些方法大都是針對交聯(lián)聚乙烯 110kV及以上的高壓電力電纜絕緣進行監(jiān)測的，像中低壓配電網(wǎng)尤其是電壓等級低于35kV的，是很難采用上述方法來實現(xiàn)在線監(jiān)測的，許多都還在進行理論研究當中。

2. 配電網(wǎng)電纜絕緣參數(shù)測量的工作原理

中性點經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，一旦電網(wǎng)的某一條饋線支路（設支路號為 1）出現(xiàn)單相接地故障的時候，整個系統(tǒng)都會發(fā)生零序電壓。當中是一個包含三條支路的配電網(wǎng)，架設每一條線路的三相對地電容都是一樣的，并使用分布參數(shù) C1、C2、C3來表示，每一條線路三相的絕緣電阻也是相同的，分別用r1、r2、r3表示。一旦某一條線路發(fā)生單相接地故障（將 N1支路 A 相作為舉例說明）的時候，筆者使用戴維南等效電理并計算出系統(tǒng)對地總的零序阻抗。

對于非故障線路來說，一次單相接地故障時候所獲得的中性點的零序電壓以及相對應的零序電流，利用算式能夠求得各個非故障支路的絕緣電阻以及對地電容。因為故障支路零序電流互感器并不會監(jiān)測到本支路的零序電流，所以這一條支路的絕緣參數(shù)還不能通過一次性檢測計算就能獲取到。為求得N1故障線路的絕緣參數(shù)，筆者還須對另外一條線路進行單相接地試驗或是等著下一次非N1的線路出現(xiàn)單相接地故障，以蝴蝶零序電壓以及非故障支路的零序電流，再將數(shù)字帶入到上述公式當中進行計算，從而獲得第二次實驗當中非故障支路的絕緣參數(shù)，這里包括了上次故障線路 N1支路的絕緣參數(shù)，就此筆者就獲得了全部出線路的絕緣參數(shù)。

3.調(diào)制信號的基頻分量提取方式

過去經(jīng)常使用的 DFT 采樣方式當中，為避免頻譜發(fā)生泄漏，一般都要求同步進行采樣，但所獲得的相位存在較大誤差。本論文使用的是基于調(diào)制技術的基頻提取方式，并在其中引進了過渡帶比較狹窄的切比雪夫低通濾波器本文所采集到的信號是故障后零序電壓及電流的穩(wěn)態(tài)信號，所以筆者能夠求得基頻幅值A1以及相位就等于是提取出了零序電壓和各個線路零序電壓的基頻信號。從而對相應線路的對地絕緣參數(shù)進行準確計算。

4. 測試中電壓與時間的選擇

（1）測試電壓：測試絕緣電阻時所施加的直流電壓不能太高，否則會導致絕緣內(nèi)部放電，既影響測試正確性又易造成絕緣損壞；也不能太低，以致影響測試的靈敏度和準確性。對于35kV及以下的電力電纜，一般最低電壓不低于100V，最高電壓不超過3000V。

（2）測試順序：為了檢查電纜在耐壓試驗過程中可能產(chǎn)生而并未暴露（即未擊穿）的缺陷，因此絕緣電阻的測試應在耐壓試驗之后。

（3）測試中的讀數(shù)時間：由于加上電壓后，絕緣中存在著三種隨時間而衰減的電流，因此理論上應該等這三種電流全部衰減完后，才讀到導電電流（即泄漏電流）的數(shù)值，以計算絕緣電阻。但時間太長測試工作量大以及考慮到測量系統(tǒng)長時間的穩(wěn)定性，因此在測試方法的標準中明確規(guī)定在接通電流后1分鐘（即正到達1分鐘時即讀數(shù)）。1分鐘讀數(shù)既保證了非電導電流大部分己經(jīng)消失，又使測試時間有了統(tǒng)一，使讀數(shù)具有重復性和可比性，以及提高測試效率。

5.實驗結果分析和性能評價

下面筆者將進行人工單相接地試驗。系統(tǒng)電源這一部分使用隔離變壓器來替代，通過中性點經(jīng)消弧線圈接地的方法，所模擬的饋線有三條，其長度分別如下：10、12和14千米。線路對地分布參數(shù)使用集中參數(shù)來替代，變壓器一次為380V，二次為 660V，Labview 采集卡對4個檢測點的電磁傳感器所輸出的信號進行了記錄，每一個工頻周期使用了128個點。每公里型模塊零序參數(shù)為以 6km 長為例的型模塊連接線路圖（如果需要加長線路，只需要在線路的末端串聯(lián)更多模塊就可以了。）

5.1仿真算例 1

第一次試驗時將模擬饋線 N2和變壓器之間的距離設置為10km 處接地，合閘角是 90°；第二次試驗時 N3和變壓器是在 8km 處進行接地，合閘角是 90°；這兩回的接地電阻測量所獲得的絕緣參數(shù)誤差都低于 1%，而地電容誤差稍微有點偏高，究其原因主要是因為低通濾波器的參數(shù)所導致的，為此筆者對 LP 濾波器的通帶進行重新設計變得更窄，以縮小測量誤差，或是選擇靈敏度更好的電流互感器。

5.2仿真算例 2

在算例 1 的前提上，使 N2與N3在分別距離變壓器 10km 的位置發(fā)生了單相接地故障，故障距離和合閘角與算例1相同，只有接地電阻擴大成為了，筆者可以看到，擴大接地電阻所測得的絕緣參數(shù)誤差也是稍微有點偏高，不過誤差是在實驗允許范圍內(nèi)，所以，接地電阻的變化不會對測量結果產(chǎn)生影響。

5.3仿真算例3

在算例 1 的前提上，故障相初始相位合閘角以及接地電阻都與算例1相同，但第一次實驗模擬 N2與變壓器接地距離變成8km；第二次實驗N3與變壓器接地距離變成12km。結果筆者發(fā)現(xiàn)，故障距離擴大之后所測量到的誤差也會擴大，不過還是在實驗允許的誤差范圍之內(nèi)。

由此可見，使用該方法測量時其測量結果并不會受到接地電阻、故障距離以及故障初始角這三大因素的影響。

6.結束語

本文通過實驗研究證明，在兩次認為單相接地實驗的穩(wěn)態(tài)測量方式或者對現(xiàn)場單相接地故障的相關數(shù)據(jù)信息進行記錄的方法在各種類型的中性點接地方式當中都很適用，而且還具備測量精度高，被檢測信號較顯著且實現(xiàn)方案比較容易等優(yōu)勢，繼而為電纜在線絕緣監(jiān)測開辟了新的思路，值得進一步研究和開發(fā)運用。

參考文獻

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