低通道依賴的變電站動(dòng)力電纜漏電流監(jiān)測(cè)方法

陳 昊，沙浩源，錢其隆，任旭超，劉懷宇，徐偉倫

（1. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司超高壓分公司，江蘇南京 211102；2. 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司，江蘇南京 210019）

0 引言

“十四五”電力行業(yè)工作要求將電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行擺在了至關(guān)重要的位置，其中超高壓變電站作為電網(wǎng)的樞紐節(jié)點(diǎn)，其變電運(yùn)維水平是安全工作提質(zhì)增效的關(guān)鍵。在變電站的日常運(yùn)維過(guò)程中，站內(nèi)設(shè)備的漏電狀態(tài)監(jiān)測(cè)是最重要的工作之一［1-4］。跨接交流室和開關(guān)場(chǎng)的長(zhǎng)段動(dòng)力電纜是變電站站用負(fù)荷的主要電力傳輸媒介，其長(zhǎng)度長(zhǎng)、易發(fā)生絕緣損壞的環(huán)節(jié)多，是漏電安全保護(hù)的重點(diǎn)對(duì)象，因此，亟需對(duì)長(zhǎng)段動(dòng)力電纜進(jìn)行漏電流監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確分析相關(guān)數(shù)據(jù)，及時(shí)有效地排查漏電故障隱患，以避免安全事故的發(fā)生。

在已有研究中，對(duì)于漏電故障的判斷大多基于對(duì)漏電流的監(jiān)測(cè)與分析［5-6］。文獻(xiàn)［7-8］闡述了漏電流監(jiān)測(cè)技術(shù)在低壓配電網(wǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，并對(duì)漏電流監(jiān)測(cè)過(guò)程中的誤差產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)［9］分析了脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation，PWM）電機(jī)系統(tǒng)因絕緣老化而出現(xiàn)的漏電故障點(diǎn)及故障電流特征，并通過(guò)模擬老化實(shí)驗(yàn)對(duì)故障點(diǎn)處的剩余電流特征進(jìn)行了分析驗(yàn)證。文獻(xiàn)［10］以交聯(lián)聚乙烯電纜為分析對(duì)象，與文獻(xiàn)［9］類似，該文獻(xiàn)模擬了電纜線路絕緣老化、表面劃傷損壞等局部缺陷，分析了電纜線路漏電故障下剩余電流的特征。上述研究較好地分析了配電網(wǎng)、電氣設(shè)備在絕緣缺陷情況下的漏電特性，但并未針對(duì)長(zhǎng)段動(dòng)力電纜的漏電狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析提供思路，缺少對(duì)漏電流計(jì)算誤差影響因素及相應(yīng)處理方法的研究。

另外，在漏電流監(jiān)測(cè)信息通信的研究中，文獻(xiàn)［11］提出了基于電力載波通信的方法向遠(yuǎn)端傳輸漏電流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，該方法在裝設(shè)中需要用到載波器、耦合電容等設(shè)備，安裝工作量大，實(shí)施難度較高。為解決該問(wèn)題，文獻(xiàn)［12］采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了低壓配電網(wǎng)中的多個(gè)漏電流監(jiān)測(cè)終端的互聯(lián)互通。在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)［13］基于Zig Bee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了礦井高壓電網(wǎng)漏電定位系統(tǒng)，在提高數(shù)據(jù)傳輸精度的同時(shí)，有效降低了傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)造成的通信延遲。以上方法較好地實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)信息的遠(yuǎn)端通信，但并未討論當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)信號(hào)丟失的極端通信情況時(shí)，漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)如何維持正常的漏電故障判斷。事實(shí)上，在變電站實(shí)際運(yùn)行中，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，電磁干擾嚴(yán)重［14-15］，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)易出現(xiàn)信道不穩(wěn)定或信號(hào)丟失的情況，已有的變電站電纜漏電分析方法僅能夠在理想通信情況下分析電纜的漏電狀態(tài)，而對(duì)于兩端信號(hào)存在不同延時(shí)，甚至一端信號(hào)或兩端信號(hào)丟失的惡劣通信情況缺乏有效的應(yīng)對(duì)機(jī)制，為變電站的安全運(yùn)行埋下了嚴(yán)重的故障隱患。

基于此，本文提出了一種低通道依賴的變電站動(dòng)力電纜漏電流監(jiān)測(cè)方法。首先，在信號(hào)同步方法的研究中，對(duì)傳統(tǒng)的參考相量法進(jìn)行改進(jìn)，解決負(fù)荷波動(dòng)問(wèn)題對(duì)雙端信號(hào)同步對(duì)比基準(zhǔn)計(jì)算造成誤差的問(wèn)題。然后，針對(duì)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的未采集到對(duì)比基準(zhǔn)的情況，本文提出基于電流差動(dòng)原理的復(fù)合漏電流判據(jù)，以提高系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)信息完整情況下漏電判斷的準(zhǔn)確性。同時(shí)，考慮變電站實(shí)際運(yùn)行中漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的非理想通信情況，對(duì)正常、首端信號(hào)丟失、末端信號(hào)丟失及雙端信號(hào)均丟失這4 種狀態(tài)進(jìn)行了討論，建立了對(duì)應(yīng)的漏電判斷模式及相應(yīng)的漏電判斷方法，實(shí)現(xiàn)了在監(jiān)測(cè)信息不全情況下的動(dòng)力電纜漏電狀態(tài)監(jiān)測(cè)，有效提高了監(jiān)測(cè)算法的準(zhǔn)確性及可靠性。通過(guò)仿真及江蘇某500 kV 變電站實(shí)際案例驗(yàn)證了本文所提方法的有效性與優(yōu)越性，該方法可為變電站中動(dòng)力電纜漏電狀態(tài)的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)與分析提供有益借鑒。

1 變電站動(dòng)力電纜漏電流監(jiān)測(cè)及布點(diǎn)

1.1 基于剩余電流的電纜漏電流監(jiān)測(cè)原理

對(duì)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中剩余電流大小進(jìn)行監(jiān)測(cè)是判斷設(shè)備漏電狀態(tài)的主要手段［16-17］，剩余電流的采集原理如圖1 所示。圖中，A、B、C 相電纜芯和三相四線制中心線（N）的電纜芯穿過(guò)漏電流互感器（residual current transformer，RCT），剩余電流的大小為4 根電纜芯中的電流相量和的有效值［18-19］。

圖1 剩余電流采集示意圖Fig.1 Schematic diagram of residual current collection

當(dāng)該交流支路處于正常情況時(shí)，穿過(guò)剩余電流監(jiān)測(cè)回路的電流相量和與磁芯中的磁通矢量和均為0，即：

式中：IA、IB、IC為三相電流相量；IN為三相四線制中性線電流相量；?A、?B、?C、?N分別為IA、IB、IC、IN產(chǎn)生的磁通矢量。由于穿過(guò)RCT 中的電流與磁通均為0且不變，因此RCT線圈不產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

若線路中出現(xiàn)漏電流，則穿過(guò)剩余電流監(jiān)測(cè)回路的電流相量IRCT通過(guò)對(duì)地等效電阻進(jìn)入大地，此時(shí)穿過(guò)剩余電流監(jiān)測(cè)回路的電流相量和與磁芯中的磁通矢量和均不為0，即：

式中：?RCT為穿過(guò)剩余電流監(jiān)測(cè)回路的磁通矢量。由于穿過(guò)剩余電流監(jiān)測(cè)回路的電流與磁通發(fā)生了變化，因此RCT 線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，當(dāng)其超過(guò)漏電告警閾值時(shí)，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)裝置會(huì)報(bào)警、動(dòng)作。

1.2 變電站動(dòng)力電纜漏電流監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

為不失一般性，考慮變電站內(nèi)的典型長(zhǎng)段動(dòng)力電纜（從交流室到開關(guān)場(chǎng)）的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位設(shè)置情況如圖2 所示。長(zhǎng)段動(dòng)力電纜M端和N端分別靠近交流室側(cè)（電源側(cè)）和開關(guān)場(chǎng)側(cè)（負(fù)載側(cè)）。監(jiān)測(cè)所需的電氣量采集單元包括電流互感器和電壓互感器。在M端的A、B、C、N 四線整體安裝漏電流互感器RCT1，在M端的A 相首端加裝電流互感器TA1，通過(guò)RCT1和TA1分別采集長(zhǎng)段動(dòng)力電纜M端的剩余電流和A相負(fù)荷電流；在M端安裝電壓互感器TV1，通過(guò)TV1采集長(zhǎng)段動(dòng)力電纜的首端母線電壓。在N端的A、B、C、N四線整體安裝漏電流互感器RCT2，在N端的A 相末端加裝電流互感器TA2，通過(guò)RCT2和TA2分別采集長(zhǎng)段動(dòng)力電纜N端的剩余電流和A 相負(fù)荷電流；在N端安裝電壓互感器TV2，通過(guò)TV2采集長(zhǎng)段動(dòng)力電纜的末端負(fù)荷側(cè)電壓。

圖2 電氣量采集布點(diǎn)示意圖Fig.2 Schematic diagram of electrical quantity collection point layout

最終將長(zhǎng)段動(dòng)力電纜兩端的電氣量信息同時(shí)輸入漏電判斷計(jì)算終端，基于漏電判據(jù)輸出結(jié)果得到相應(yīng)的運(yùn)檢策略。

2 變電站動(dòng)力電纜漏電判斷方法

2.1 基于改進(jìn)參考相量的漏電流監(jiān)測(cè)信號(hào)同步法

在實(shí)際漏電監(jiān)測(cè)處理中，基于圖2 中兩端RCT測(cè)量的剩余電流進(jìn)行差流計(jì)算往往會(huì)因?yàn)閮啥诵盘?hào)間的相位不同步而產(chǎn)生較大的誤差，輕則造成監(jiān)測(cè)到的差流過(guò)大，重則造成誤報(bào)警，從而影響變電站的正常運(yùn)行。因此，為減少相位不同步對(duì)差流計(jì)算結(jié)果的影響，可考慮采用參考相量法對(duì)信號(hào)進(jìn)行修正，其原理是將電源側(cè)的電壓折算到負(fù)荷側(cè)，并與負(fù)荷側(cè)的測(cè)量電壓進(jìn)行比較后得到相位差，該相位差對(duì)應(yīng)于兩端采樣時(shí)刻的延時(shí)。根據(jù)該相位差建立動(dòng)力電纜兩端的對(duì)比基準(zhǔn)，調(diào)整采樣延時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)兩端電氣量信號(hào)同步。

參考相量同步修正原理如圖3 所示。圖中：Us為電源電壓；Zs為電源內(nèi)阻抗；ILM為流過(guò)節(jié)點(diǎn)M的線路電流；Z1為線路阻抗；C1為線路對(duì)地等效電容；ILN為流過(guò)N端（負(fù)荷側(cè)）的線路電流；ZL為負(fù)載等效阻抗。電源側(cè)（M端）的電壓采樣序列為｛uM(m1)，uM(m2)，…，uM(mk)｝，通過(guò)離散傅里葉變換（discrete Fourier transform，DFT）得到對(duì)應(yīng)的電壓相量序列為｛UM(m1)，UM(m2)，…，UM(mk)｝。同理可得，N端（負(fù)荷側(cè)）電壓相量序列為｛UN(n1)，UN(n2)，…，UN(nk)｝，則mk對(duì)應(yīng)時(shí)刻的負(fù)荷側(cè)電壓相量UN(mk)為：

圖3 參考相量同步修正原理Fig.3 Principle of reference vector synchronization correction

利用mk、nk對(duì)應(yīng)時(shí)刻的負(fù)荷側(cè)電壓相位差，可計(jì)算得到兩端采樣延時(shí)產(chǎn)生的相位差Δφ為：

利用Δφ修正后的負(fù)荷側(cè)剩余電流相量I′LN為：

由此可知，上述傳統(tǒng)的參考相量法所取的相位差為兩端監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓相位差，然而當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，負(fù)荷側(cè)電壓的相位差不僅受到兩端信號(hào)采樣延時(shí)的影響，也會(huì)受到負(fù)荷波動(dòng)的影響。基于此，本文對(duì)傳統(tǒng)的參考相量法進(jìn)行改進(jìn)，利用mk、nk對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電源相位差代替兩端監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相位差，電源相位Us(mk)、Us(nk)如式（8）所示。

由于理想電源的相位差僅與采樣時(shí)刻差有關(guān)，與負(fù)荷波動(dòng)無(wú)關(guān)，因此該方法可避免因負(fù)荷波動(dòng)帶來(lái)的同步對(duì)時(shí)誤差。計(jì)算mk和nk對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電源相位差即可得到2 次采樣時(shí)間對(duì)應(yīng)的相位差，如（9）所示。

利用比對(duì)基準(zhǔn)，對(duì)M、N端的電氣量信號(hào)進(jìn)行修正，即可大幅降低電纜漏電狀態(tài)分析中因監(jiān)測(cè)信號(hào)相位差導(dǎo)致的計(jì)算誤差。

2.2 基于電流差動(dòng)原理的復(fù)合漏電流判據(jù)

在實(shí)際的電氣量采集過(guò)程中，可能出現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無(wú)法采集到對(duì)比基準(zhǔn)的情況。因此，本文對(duì)采集到對(duì)比基準(zhǔn)和未采集到對(duì)比基準(zhǔn)的2 種情況分別進(jìn)行討論，并提出相應(yīng)的漏電判斷方法。

2.2.1 采集到對(duì)比基準(zhǔn)情況下的漏電判斷方法

當(dāng)系統(tǒng)采集到對(duì)比基準(zhǔn)時(shí)，兩端信號(hào)可根據(jù)對(duì)比基準(zhǔn)進(jìn)行相位調(diào)整，以獲得準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。將圖2 中M端的剩余電流（固有剩余電流補(bǔ)償后）記為IM，N端的剩余電流記為IN，根據(jù)對(duì)比基準(zhǔn)調(diào)整后的IN記為I′N，則基于差動(dòng)原理的電纜漏電狀態(tài)判據(jù)如式（10）所示。

式中：IT為漏電判斷門檻值，理想情況下取值為10 mA。當(dāng)剩余電流差流超過(guò)門檻值時(shí)，即可判斷為動(dòng)力電纜漏電。

2.2.2 未采集到對(duì)比基準(zhǔn)情況下的漏電判斷方法

當(dāng)系統(tǒng)未采集到對(duì)比基準(zhǔn)時(shí)，為保證變電站中漏電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有足夠的魯棒性和可靠性，需及時(shí)采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施來(lái)輔助系統(tǒng)對(duì)漏電情況的判斷。

本文采取對(duì)通道要求和相位差敏感度相對(duì)較低的電流幅值差動(dòng)方法對(duì)兩端剩余電流進(jìn)行分析，則基于剩余電流幅值差動(dòng)原理的電纜漏電狀態(tài)判據(jù)如式（11）所示。

本文將上述2 種情況下的漏電狀態(tài)判據(jù)進(jìn)行結(jié)合，構(gòu)成復(fù)合差流漏電判據(jù)，以該判據(jù)的計(jì)算結(jié)果作為漏電監(jiān)測(cè)信息完整的情況下，長(zhǎng)段動(dòng)力電纜漏電告警的動(dòng)作依據(jù)。

3 低通道依賴的動(dòng)力電纜漏電判斷機(jī)制

針對(duì)變電站內(nèi)動(dòng)力電纜漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的通信信號(hào)丟失問(wèn)題，本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)不同的實(shí)際情況劃分為4 種狀態(tài)，如圖4 所示。圖中，對(duì)于可正常獲取的漏電流信號(hào)進(jìn)行高亮表示（例如狀態(tài)1中的“IM正常”和“IN正?！保粚?duì)于丟失的信號(hào)，采用暗紋填充的方式對(duì)該信號(hào)位進(jìn)行隱藏（例如狀態(tài)2中的“IM正?！保Ｏ旅娣謩e對(duì)狀態(tài)1—4 進(jìn)行具體說(shuō)明。

圖4 長(zhǎng)段動(dòng)力電纜漏電判斷機(jī)制框圖Fig.4 Block diagram of current leakage judgment mechanism for long power cable

1）狀態(tài)1為首、末端監(jiān)測(cè)點(diǎn)均正常運(yùn)行，IM、IN均可正常獲取。在該狀態(tài)下，長(zhǎng)段動(dòng)力電纜監(jiān)測(cè)模式切換為測(cè)量模式，電纜漏電情況可依據(jù)2.2節(jié)提出的復(fù)合差動(dòng)判據(jù)來(lái)進(jìn)行判斷。

2）狀態(tài)2 為長(zhǎng)段動(dòng)力電纜首端監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)異常，無(wú)法正常獲取IM。在該狀態(tài)下，發(fā)出首端電流互感器異常報(bào)警信號(hào)后，長(zhǎng)段動(dòng)力電纜監(jiān)測(cè)模式切換為負(fù)荷漏電模式，通過(guò)比較電纜末端剩余電流與預(yù)設(shè)的末端剩余電流閾值判斷交流負(fù)荷是否發(fā)生漏電，若電纜末端剩余電流超過(guò)閾值，則長(zhǎng)段動(dòng)力電纜發(fā)生漏電。

3）狀態(tài)3 為長(zhǎng)段動(dòng)力電纜末端監(jiān)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)異常，無(wú)法正常獲取IN。在該狀態(tài)下，發(fā)出末端電流互感器異常報(bào)警信號(hào)后，長(zhǎng)段動(dòng)力電纜監(jiān)測(cè)模式切換為全支路漏電模式，通過(guò)比較電纜首端剩余電流與預(yù)設(shè)的首端剩余電流閾值判斷包含電纜和負(fù)荷的全支路是否發(fā)生漏電，若電纜首端漏電流超過(guò)閾值時(shí)，則該支路發(fā)生漏電。

狀態(tài)2、3 下的判斷方法均為閾值比較法，其作為本文所提復(fù)合差動(dòng)判據(jù)的補(bǔ)充方法，可應(yīng)對(duì)監(jiān)測(cè)電氣量丟失的惡劣實(shí)際情況。

4）狀態(tài)4 為在漏電流判斷過(guò)程中首、末端電氣量均未能夠有效獲取，該狀態(tài)下系統(tǒng)判斷為動(dòng)力電纜監(jiān)測(cè)出現(xiàn)異常，需安排二次運(yùn)檢人員處理故障。

由圖4 可見，整體的動(dòng)力電纜漏電判斷機(jī)制共分為3 個(gè)層次：第1 層是對(duì)電氣量采集狀態(tài)的劃分；第2層是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)第1層顯示的不同狀態(tài)，切換與之相對(duì)應(yīng)的判斷模式；第3 層則根據(jù)判斷模式進(jìn)行判據(jù)計(jì)算，以得到最終的執(zhí)行決策。上述整體漏電判斷機(jī)制充分考慮了實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的信息監(jiān)測(cè)條件，解決了工程實(shí)際中長(zhǎng)段動(dòng)力電纜漏電判斷對(duì)兩端信道完整性高度依賴的問(wèn)題，有效提高了長(zhǎng)段動(dòng)力電纜漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性。

4 仿真分析

針對(duì)500 kV 變電站中對(duì)主變冷卻系統(tǒng)供電的長(zhǎng)段動(dòng)力電纜搭建了仿真模型，如附錄A圖A1所示。所用變0.4 kV 低壓側(cè)負(fù)載短路損耗Pd=18.1 kW，短路電壓百分比Ud%=6%，所用變低壓側(cè)進(jìn)線母線銅排（纜）參數(shù)為RL0=21.42 mΩ，XL0=19.62 mΩ，動(dòng)力電纜型號(hào)為ZC-YJV22-0.6 kV／1 kV 四芯鎧裝電纜，長(zhǎng)度設(shè)為250 m。主變運(yùn)行時(shí)，各冷卻器的工作狀態(tài)可分為工作、輔助、備用3 種，以750 MV·A 主變?yōu)槔?，其一般配?0 kW 的強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)［20-21］，包括6 組冷卻器，每組冷卻器包含1 臺(tái)潛油泵以及3臺(tái)風(fēng)扇，工作狀態(tài)一般設(shè)置為：2 組投入工作，2 組投入輔助，2 組投入備用（其他冷卻器故障時(shí)投入）。冷卻器的投入與切除根據(jù)主變油溫和負(fù)荷電流的監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，具體控制模式可分為油溫控制、負(fù)荷過(guò)流控制、繞組溫度控制和故障控制，當(dāng)溫度超過(guò)某個(gè)定值時(shí)可分階段進(jìn)行冷卻器投切控制，本文將投切控制分為3 個(gè)階段：階段1 為2 組投入，階段2 為3 組投入，階段3 為4 組投入。每個(gè)階段的功率因數(shù)均控制在0.9以上。參考文獻(xiàn)［22］，本文以A 相高阻接地故障模擬電纜A 相漏電，電源相位設(shè)置為29.40°。假設(shè)以M端信號(hào)為時(shí)間基準(zhǔn)，N端信號(hào)接收延時(shí)設(shè)為5 ms，且監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到對(duì)比基準(zhǔn)。為模擬現(xiàn)場(chǎng)剩余電流計(jì)算情況，本文在M、N端的剩余電流信號(hào)中均加入了35 dB 的高斯白噪聲。電源側(cè)、M端、N端的A相電壓相位差如附錄A圖A2—A4所示，具體的A相電壓相位測(cè)量結(jié)果如表1所示。

由表1 可見，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)時(shí)，M、N端的A 相電壓相位均發(fā)生了變化，而電源側(cè)A 相電壓相位保持不變；由于M端與電源側(cè)電氣距離較近，其A相電壓相位也更接近電源側(cè)；由于N端信號(hào)接收延時(shí)的緣故，N端相位需在原相位的基礎(chǔ)上增加90°（對(duì)應(yīng)5 ms）的相位延遲。

表1 不同階段下的A相電壓相位Table 1 Phase angle of phase-A voltage at different stages

在延時(shí)過(guò)程中發(fā)生負(fù)荷波動(dòng)的條件下，分別基于無(wú)對(duì)時(shí)修正法（方法1）、傳統(tǒng)參考相量法（方法2）和本文所提方法（方法3）對(duì)階段1 至階段2、階段2至階段3 這2 種負(fù)荷波動(dòng)情況下的M、N端剩余電流差值進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如附錄A 圖A5 所示，剩余電流差值的最大值如圖5所示，圖5中的理論結(jié)果為漏電流的幅值。

圖5 M、N端剩余電流最大差值Fig.5 Maximum difference between residual current on Terminal M and N

由計(jì)算結(jié)果可知：方法1 未進(jìn)行信號(hào)同步，其差流計(jì)算結(jié)果與理論結(jié)果相差最大；方法2 中由于未考慮負(fù)荷波動(dòng)的影響，其差流計(jì)算誤差高于方法3；方法3 的剩余電流差值計(jì)算結(jié)果與理論結(jié)果最為接近。由此可知，本文所提方法能夠很好地解決采集延時(shí)及負(fù)荷波形影響下的雙端信號(hào)同步問(wèn)題，其所得結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果之間的誤差主要來(lái)自于噪聲影響。

5 應(yīng)用實(shí)例

5.1 500 kV變電站的漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況

自2019 年起，為結(jié)合變電站智能運(yùn)維建設(shè)，江蘇省內(nèi)多座500 kV 變電站安裝了漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文以2021 年12 月某500 kV 變電站2 條長(zhǎng)段動(dòng)力電纜的漏電流監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例對(duì)本文所提方法進(jìn)行有效性分析。變電站長(zhǎng)段動(dòng)力電纜的漏電監(jiān)測(cè)拓?fù)淙绺戒汚 圖A6 所示。針對(duì)圖中的測(cè)試支路1 的漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)誤告警情況對(duì)比如表2所示。

由表2可見：由于方法1未考慮兩端電氣量存在的相位差，其剩余電流的計(jì)算結(jié)果誤差較大，共發(fā)生誤告警14次；方法2糾正了兩端信號(hào)的相位差，實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)修正，計(jì)算精度相對(duì)方法1 有了大幅的提高，但該方法易受到負(fù)荷波動(dòng)的影響，無(wú)法滿足單相漏電判斷對(duì)于差流計(jì)算精確度的要求，最終出現(xiàn)了2次單相漏電誤告警；本文所提改進(jìn)參考相量同步法建立了更為準(zhǔn)確的對(duì)比基準(zhǔn)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)參考相量同步方法的缺陷，降低了交流負(fù)荷波動(dòng)對(duì)同步相位差計(jì)算的影響，3 種誤告警的發(fā)生次數(shù)均為0，修正效果達(dá)到最佳。

表2 漏電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的誤告警情況結(jié)果對(duì)比Table 2 Comparison of false alert of leakage current monitoring system

需要指出的是，為保證漏電判斷具有足夠的靈敏性，本文將IT設(shè)置得較小，這也使得在此門檻值下，系統(tǒng)并未發(fā)生漏告警的情況。

5.2 具體案例分析

進(jìn)一步地，對(duì)圖A6 中測(cè)試支路1 的一段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及差流計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，相關(guān)數(shù)據(jù)見附錄A 表A1，表中Questionable表示“兩端電流信號(hào)存在，對(duì)比基準(zhǔn)異?！薄Ｓ杀砜梢?，通道狀態(tài)為Questionable，因相位差導(dǎo)致兩端差流增大，在該情況下，傳統(tǒng)無(wú)對(duì)時(shí)修正方法將判斷為兩端剩余電流差值越界而誤發(fā)告警，而采用本文方法進(jìn)行修正后，判斷端剩余電流差值數(shù)值正常，從而避免了誤告警。

最后，對(duì)測(cè)試支路1、2 在一個(gè)月內(nèi)漏電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)執(zhí)行的模式切換及漏電判斷情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表3 所示，表中給出了在圖4 所示的4 種狀態(tài)下的漏電判斷模式切換情況。

表3 測(cè)試支路的模式切換及漏電判斷情況Table 3 Mode switching and leakage current judgment of two test branches

對(duì)表3進(jìn)行分析，可得到以下結(jié)論。

1）2 條測(cè)試支路由于通信延時(shí)、通信信號(hào)丟失等原因，在測(cè)試期內(nèi)分別發(fā)生十余次模式切換。

2）由方法1 的潛在告警次數(shù)可知，本文所提方法在測(cè)試支路1、2 上分別減少了漏電流越限的誤報(bào)警11、12次。

3）在測(cè)試期內(nèi)分別發(fā)生了8 次單端信號(hào)丟失，其中4 次為負(fù)荷側(cè)信號(hào)丟失，4 次為電源側(cè)信號(hào)丟失。針對(duì)以上8 次信號(hào)丟失的情況，漏電判斷系統(tǒng)均相應(yīng)地進(jìn)行了監(jiān)測(cè)模式切換，并通過(guò)閾值補(bǔ)充判據(jù)完成了漏電情況的判斷，有效緩解了由單端信號(hào)丟失導(dǎo)致的漏電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)失效的問(wèn)題。

4）對(duì)于監(jiān)測(cè)異常的情況，系統(tǒng)也及時(shí)發(fā)出了告警提示，為二次運(yùn)檢人員的檢修工作提供了明確的指導(dǎo)方向。

6 結(jié)論

本文提出了一種低通道依賴的漏電流監(jiān)測(cè)方法。該方法在信號(hào)同步計(jì)算中減輕了負(fù)荷波動(dòng)對(duì)對(duì)比基準(zhǔn)計(jì)算的影響，提高了剩余電流差值計(jì)算的準(zhǔn)確性。同時(shí)，對(duì)于變電站內(nèi)漏電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的非理想監(jiān)測(cè)狀態(tài)，如單端信號(hào)丟失或雙端信號(hào)均丟失的情況，該方法能夠根據(jù)不同的信號(hào)接收狀態(tài)，切換對(duì)應(yīng)的漏電判斷模式，即常規(guī)測(cè)量模式、負(fù)荷漏電模式、全支路漏電模式、故障處理模式，并給出準(zhǔn)確的漏電狀態(tài)判斷結(jié)果。

通過(guò)仿真算例及江蘇某500 kV 變電站漏電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析對(duì)本文所提方法的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，本文所提方法的判斷準(zhǔn)確度相比傳統(tǒng)方法有了較大的提高，可有效避免三相、單相及其他漏電故障誤報(bào)，解決了工程實(shí)際中電纜漏電判斷對(duì)監(jiān)測(cè)信息完整性高度依賴的問(wèn)題，有效提高了長(zhǎng)段動(dòng)力電纜漏電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性，提升了變電站長(zhǎng)段動(dòng)力電纜絕緣狀況的監(jiān)測(cè)水平。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版（http：//www.epae.cn）。