本发明涉及高压电缆线路的技术领域，更具体地，涉及一种交叉互联高压电缆护层保护器故障诊断及定位方法。
背景技术：
高压电缆线路是城市电网的重要组成部分，由于城市美观及供电质量的要求，高压电缆线路的规模迅速增长。高压电缆通过金属护层接地为其运行提供稳定的零电位参考点及可靠屏蔽。交叉互联接地既能使线路在正常运行时通过三相护层感应电压的相互抵消降低护层电流损耗，又能为高压电缆故障提供故障电流回路，因此被广泛采用。为保护高压电缆外护套绝缘及金属护层免受雷击或操作过电压的伤害，在高压电缆交叉互联处会安装护层保护器。
护层保护器通过其优越的伏安特性以保障高压电缆护层安全，具有重要作用。但由于护层电流电压理论计算失误，保护器参数选择不当等原因，在实际线路运行过程中，护层保护器常常出现故障。一旦保护器出现故障，不但高压电缆护层失去保护，且其通过的电流可能引起高温，甚至引发火灾，影响高压电缆线路安全。因此判断护层保护器是否已故障，对高压电缆安全稳定运行十分重要。但目前，针对护层保护器故障的检测手段缺乏，现有针对高压电缆的状态检测手段难以准确诊断和定位护层保护器故障。
目前对高压电缆护层保护器是否发生故障的诊断，主要通过两种方式。一种为在线巡视方式：高压电缆巡检人员进行电缆线路巡视时，打开交叉互联箱，观察护层保护器外观是否存在烧毁、开裂等痕迹来判断保护器是否发生故障。但由于视觉观察容易存在盲区，且并非所有护层保护器发生故障后，都会在其表面留下明显的痕迹。因此巡视观察方法并不能完全有效地发现护层保护器故障。另一种方式为离线检测方式：在进行预防性测试时，运维人员将对各保护器的绝缘电阻进行检测，从而判断保护器是否存在缺陷。但停电检测往往费时费力，耗费大量资源。这两种方式都难以满足运维人员对保护器故障的诊断需求。
当高压电缆护层保护器发生故障后，高压电缆护层回路上流经的电流发生变化，因此可以通过护层电流表征护层保护器故障。现有的高压电缆护层电流检测手段包括护层电流在线监测及高压电缆巡检中的护层电流带电检测，但由于目前针对高压电缆护层保护器故障后护层电流变化的研究不够深入，目前尚未有针对性的诊断方法。且目前的检测手段均主要关注护层电流的幅值大小变化情况，但当护层保护器故障后，其等效阻抗仍然较大，因此其幅值变化幅度较小，仅通过幅值变化难以判断保护器是否发生故障。因此目前对护层保护器故障故障的诊断方法尚未完善，有待研发。
技术实现要素：
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种交叉互联高压电缆护层保护器故障诊断及定位方法，通过对高压电缆护层电流进行带电检测，并比较不同检测电流的相位差，实现护层保护器故障的诊断和定位，从而解决目前护层保护器故障诊断和定位困难的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种交叉互联高压电缆护层保护器故障诊断及定位方法，其中，包括以下步骤：
步骤1：获取高压电缆护层电流信号；
步骤2：根据预设标准和诊断方法进行护层保护器故障诊断和定位。
进一步的，所述的步骤1中，包括以下步骤，
步骤1.1：应用工频电流钳对高压电缆护层电流逐个箱体逐相进行获取；
步骤1.2：工频电流钳获取各相检测电流后，其电流信号进入数据采集处理单元；
步骤1.3：将所采集电流按护层回路分组，分别计算其相应相位差。
进一步的，所述的步骤1.1中，针对每个交叉互联大段，对四个箱体，每个箱体三相护层电流，共十二相护层电流进行获取；利用工频电流钳对一个或者多个周期的护层电流进行检测，分别记十二个检测点的检测电流为im11、im12、im13、im21、im22、im23、im31、im32、im33、im41、im42、im43；检测得到的电流输入数据采集处理单元进行处理。
所述的步骤1.2中，数据采集处理单元具有计时功能，用输入的检测电流信号与时间进行比对，采集获取各相电流信号的幅值和相角(差)。
所述的步骤1.3中，具体包括，
a)护层回路a1-b2-c3，对应检测电流im11、im21、im32、im43；以第一个接地箱的检测电流im11作为参考电流，计算电流相角差∠(im21-im11)、∠(im32-im11)、∠(im43-im11)；
b)护层回路b1-c2-a3，对应检测电流im12、im22、im33、im41；以第一个接地箱的检测电流im12作为参考电流，计算电流相角差∠(im22-im12)、∠(im33-im12)、∠(im41-im12)；
c)护层回路c1-a2-b3，对应检测电流im13、im23、im31、im42；以第一个接地箱的检测电流im13作为参考电流，计算电流相角差∠(im23-im13)、∠(im31-im13)、∠(im42-im13)。
进一步的，所述的步骤2中，具体包括：
经过数据采集处理单元处理后，得到三个护层回路检测电流与每个回路中参考电流之间的相位差；将电流相位差作为保护器故障诊断单元的输入进行诊断；
故障诊断单元中预先设有电流相角差数据库；根据待诊断交叉互联线路从数据库中导出相应电流相角差诊断标准；电流相角差的参考标准可以根据电缆电压等级、电缆线路敷设方式、敷设长度、负荷情况由运行经验确定；
利用数据库给出的电流相角差作为标准，与数据采集处理单元输入的检测电流相角差进行比对；当该护层回路的检测电流相角差超过设定的标准时，判断该回路的保护器存在故障；根据该回路中，异常电流所在的具体位置，以及异常电流相位变化情况，确定故障保护器故障所处的位置。
与现有技术相比，有益效果是：本发明通过检测高压电缆护层电流，计算电流相位差进行诊断的方法诊断和定位护层保护器故障。应用本发明技术方案，可以在高压电缆护层电流巡检中，有效利用检测电流数据，及时发现并定位护层保护器的故障，以便于后续对故障保护器进行更换，从而有效保护高压电缆护层及绝缘的安全，保障电缆线路的安全运行。本发明技术方案克服了目前护层电流检测中数据在保护器故障诊断中应用的困难，解决了目前护层保护器故障检测依赖于人工观察和离线检测的问题。
附图说明
图1为本发明诊断方法流程图。
图2为本发明交叉互联高压电缆示意图。
图3为本发明交叉互联回路简化示意图。
图4为本发明直接接地箱gb1示意图。
图5为本发明交叉互联箱cb1示意图。
图6为本发明交叉互联箱cb2示意图。
图7为本发明直接接地箱gb2示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
一种基于护层电流相位差的交叉互联高压电缆护层保护器故障诊断及定位方法，其主要流程如图1所示。
一个高压电缆交叉互联大段示意图如图2所示，其护层回路简化示意图如图3所示。记交叉互联箱中待诊断的护层保护器为svl1、svl2、svl3、svl4、svl5、svl6,见图5、图6。
具体包含如下步骤：
(1)获取高压电缆护层电流信号
对高压电缆护层电流逐个箱体逐相进行获取。利用工频电流钳对一个或多个周期的护层电流进行检测(检测电流频率一般为工频50hz,对应时间周期为0.02s)，第一个箱体(接地箱)的检测电流为im11、im12、im13；第二个箱体(交叉互联箱)的检测电流为im21、im22、im23；第三个箱体(交叉互联箱)的检测电流为im31、im32、im33；第四个箱体(直接接地箱)的检测电流记为im41、im42、im43。
以某个时间点作为时间原点，记录各箱体中各相护层电流的采集时刻，工频电流钳获取各相检测电流后，其电流信号进入数据采集处理单元，计算并记录该电流信号的过零点，根据电流采集时刻，电流过零点与时间原点，确定该电流的相位。同理，根据其他位置电流的过零点位置及电流变化周期并进行记录，采集获取各相电流信号的幅值和相角(差)。
随后将所采集电流按护层回路分组，并计算其相应相位差：
护层回路a1-b2-c3，对应检测电流im11、im21、im32、im43。以第一个接地箱的检测电流im11作为参考电流，计算电流相角差∠(im21-im11)、∠(im32-im11)、∠(im43-im11)。
护层回路b1-c2-a3，对应检测电流im12、im22、im33、im41。以第一个接地箱的检测电流im12作为参考电流，计算电流相角差∠(im22-im12)、∠(im33-im12)、∠(im41-im12)。
护层回路c1-a2-b3，对应检测电流im13、im23、im31、im42。以第一个接地箱的检测电流im13作为参考电流，计算电流相角差∠(im23-im13)、∠(im31-im13)、∠(im42-im13)。
(2)根据预设诊断方法进行护层保护器故障诊断和定位
从电流数据库中导出相应电流相角差诊断标准。根据线路特征及实际线路运行状况，给出电流相位差的标准值p1、p21、p22、p31、p32(p21<p22,p31<p32)，作为每一护层回路中的三个电流相角差的判定标准。
具体判定诊断及定位标准如下：
①对于护层回路a1-b2-c3，有以下诊断标准：
若“∠(im21-im11)<p1，且∠(im32-im11)<p21，且∠(im43-im11)<p31”，则诊断为“护层回路a1-b2-c3中不存在护层保护器故障”；
若“∠(im21-im11)>p1，且p21<∠(im32-im11)<p22，且p31<∠(im43-im11)<p32”，则诊断为“护层回路a1-b2-c3中，svl1(即a1-b2处保护器)发生故障”；
若“∠(im21-im11)<p1，且p21<∠(im32-im11)<p22，且p31<∠(im43-im11)<p32”，则诊断为“护层回路a1-b2-c3中，svl5(即b2-c3处保护器)发生故障”；
若“∠(im21-im11)>p1，且∠(im32-im11)>p22，且∠(im43-im11)>p32”，则诊断为“护层回路a1-b2-c3中，svl1(即a1-b2处保护器)及svl5(即b2-c3处保护器)均发生故障”；
②对于护层回路b1-c2-a3，有以下诊断标准：
若“∠(im22-im12)<p1，且∠(im33-im12)<p2，且∠(im41-im12)<p31”，则诊断为“护层回路b1-c2-a3中不存在护层保护器故障”；
若“∠(im22-im12)>p1，且p21<∠(im33-im12)<p22，且p31<∠(im41-im12)<p32”，则诊断为“护层回路b1-c2-a3中，svl2(即b1-c2处保护器)发生故障”；
若“∠(im22-im12)<p1，且p21<∠(im33-im12)<p22，且p31<∠(im41-im12)<p32，则诊断为“护层回路b1-c2-a3中，svl6(即c2-a3处保护器)发生故障”；
若“∠(im22-im12)>p1，且∠(im33-im12)>p22，且∠(im41-im12)>p32”，则诊断为“护层回路b1-c2-a3中，svl2(即b1-c2处保护器)及svl6(即c2-a3处保护器)均发生故障”；
③对于护层回路c1-a2-b3，有以下诊断标准：
若“∠(im23-im13)<p1，且∠(im31-im13)<p2，且∠(im42-im13)<p31”，则诊断为“护层回路c1-a2-b3中不存在护层保护器故障”；
若“∠(im23-im13)>p1，且p21<∠(im31-im13)<p22，且p31<∠(im42-im13)<p32”，则诊断为“护层回路c1-a2-b3中,svl3(即c1-a2处保护器)发生故障”；
若“∠(im23-im13)<p1，且p21<∠(im31-im13)<p22，且p31<∠(im42-im13)<p32”，则诊断为“护层回路c1-a2-b3中,svl4(即a2-b3处保护器)发生故障”；
若“∠(im23-im13)>p1，且∠(im31-im13)>p22，且∠(im42-im13)>p32”，则诊断为“护层回路c1-a2-b3中,svl3(即c1-a2处保护器)及svl4(即a2-b3处保护器)均发生故障”；
作为实施的参考，以某220kv平行敷设高压电缆线路为例，根据其线路敷设方式、敷设长度、负荷情况等各类因素，确定电流相位差诊断标准为：p1＝18°，p21＝18°，p22＝30°，p31＝10°，p32＝22°。
对所采集得到的电流信号，根据上述诊断方法可以对交叉互联高压电缆线路的护层保护器故障进行诊断和定位。
本发明中，利用高压电缆护层电流相角(差)对护层保护器故障故障进行诊断；将检测电流按护层回路分组，以其中一处电流作为相角参考，计算其他位置电流与参考电流的相角差作为诊断依据。通过同一护层回路中，不同处位置检测电流相角差的变化情况，对保护器故障位置进行定位。以上所述的高压电缆各箱体护层电流相位差的确定方法，基于检测护层电流相位差的保护器故障诊断方法和定位方法均为本发明的欲保护点。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
1.一种交叉互联高压电缆护层保护器故障诊断及定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取高压电缆护层电流信号；
步骤2：根据预设标准和诊断方法进行护层保护器故障诊断和定位。
2.根据权利要求1所述的一种交叉互联高压电缆护层保护器故障诊断及定位方法，其特征在于：所述的步骤1中，包括以下步骤，
步骤1.1：应用工频电流钳对高压电缆护层电流逐个箱体逐相进行获取；
步骤1.2：工频电流钳获取各相检测电流后，其电流信号进入数据采集处理单元；
步骤1.3：将所采集电流按护层回路分组，分别计算其相应相位差。
3.根据权利要求2所述的一种交叉互联高压电缆护层保护器故障诊断及定位方法，其特征在于：所述的步骤1.1中，针对每个交叉互联大段，对四个箱体，每个箱体三相护层电流，共十二相护层电流进行获取；利用工频电流钳对一个或者多个周期的护层电流进行检测，分别记十二个检测点的检测电流为im11、im12、im13、im21、im22、im23、im31、im32、im33、im41、im42、im43；检测得到的电流输入数据采集处理单元进行处理。
4.根据权利要求3所述的一种交叉互联高压电缆护层保护器故障诊断及定位方法，其特征在于：所述的步骤1.2中，数据采集处理单元具有计时功能，用输入的检测电流信号与时间进行比对，采集获取各相电流信号的幅值和相角(差)。
5.根据权利要求4所述的一种交叉互联高压电缆护层保护器故障诊断及定位方法，其特征在于：所述的步骤1.3中，具体包括，
a)护层回路a1-b2-c3，对应检测电流im11、im21、im32、im43；以第一个接地箱的检测电流im11作为参考电流，计算电流相角差∠(im21-im11)、∠(im32-im11)、∠(im43-im11)；
b)护层回路b1-c2-a3，对应检测电流im12、im22、im33、im41；以第一个接地箱的检测电流im12作为参考电流，计算电流相角差∠(im22-im12)、∠(im33-im12)、∠(im41-im12)；
c)护层回路c1-a2-b3，对应检测电流im13、im23、im31、im42；以第一个接地箱的检测电流im13作为参考电流，计算电流相角差∠(im23-im13)、∠(im31-im13)、∠(im42-im13)。
6.根据权利要求5所述的一种交叉互联高压电缆护层保护器故障诊断及定位方法，其特征在于，所述的步骤2中，具体包括：
经过数据采集处理单元处理后，得到三个护层回路检测电流与每个回路中参考电流之间的相位差；将电流相位差作为保护器故障诊断单元的输入进行诊断；
故障诊断单元中预先设有电流相角差数据库；根据待诊断交叉互联线路从数据库中导出相应电流相角差诊断标准；电流相角差的参考标准可以根据电缆电压等级、电缆线路敷设方式、敷设长度、负荷情况由运行经验确定；
利用数据库给出的电流相角差作为标准，与数据采集处理单元输入的检测电流相角差进行比对；当该护层回路的检测电流相角差超过设定的标准时，判断该回路的保护器存在故障；根据该回路中，异常电流所在的具体位置，以及异常电流相位变化情况，确定故障保护器故障所处的位置。
技术总结