配電網線路絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測分析

摘 要：隨著社會經濟的發(fā)展與城市化進程的不斷加快，電能在社會各個方面發(fā)揮的作用越來越突出，社會經濟建設對于電力的依賴程度不斷加深。因此，人們對配電網供電的穩(wěn)定性與安全性提出了更高的要求。配電網線路絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測能夠進一步確保電力線路供電的安全性，其重要性不言而喻。基于此，本文筆者結合相關工作經驗，通過建立各類數學模型，對配電網線路絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測展開詳細論述與分析，望借此為實際工作提供參考的依據，并為配電網線路的安全供電提供有力保障。

關鍵詞：配電網線路；絕緣狀態(tài)；在線監(jiān)測；分析

中圖分類號：TM855.2 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）35-0074-02

1 引 言

就當前實際狀況而言，大多數工業(yè)、礦業(yè)都需要通過電纜實現長距離供電；因此，其往往都需要面臨極其惡劣的運行環(huán)境，極易出現接地故障，從而導致電纜線路絕緣被嚴重破壞，誘發(fā)單相接地故障；不僅阻礙了企業(yè)的正常生產活動，而且給施工人員帶來了極大的安全隱患，情節(jié)嚴重者會誘發(fā)安全事故。因此，深入研究配電網線路絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測具有重要的現實意義。就目前來看，配電網線路的對地絕緣參數測量的主要方法有兩種：①離線監(jiān)測；②在線監(jiān)測。但是由于離線監(jiān)測通常需要在停電的狀態(tài)下進行，從而影響企業(yè)的正常生產與發(fā)展，因此頻率較低。

而在線監(jiān)測是近些年來新興發(fā)展起來的一種用于配電網線路絕緣狀態(tài)監(jiān)測的方法，其能夠對不同線路絕緣存在的各種問題與狀況進行實時監(jiān)測，在保證配電網安全運行的基礎上，強化了線路的絕緣預警功能。當前配電網線路絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測主要使用到的方法有直流疊加法與直流分量法。這些監(jiān)測方法的主要對象通常是交聯聚乙烯110kV及其以上的高壓電力電纜，無法對低壓配網特別是電壓等級不超過35kV的配電網線路絕緣狀況進行檢測。因此，相關部門需要就此進行不斷完善與創(chuàng)新。

2 配電網電纜絕緣參數測的基本原理

以中性點經消弧線圈接地的系統(tǒng)為例來看，若是配電網眾多饋線支路中的某一條出現單相接地故障，則整個系統(tǒng)都會出現零序電壓。整個配電網包括三條支路，各支路中的三相對地電容完全相同，依次用分布參數C1、C2、C3進行表示；同時，各支路中的三相絕緣電阻也完成相同，依次用分布參數r1、r2、r3進行表示。若是其中的一條支路（本次研究假設N1支路的A相出現單項接地故障）出現單相接地故障，通過戴維南等效電理就能夠計算出系統(tǒng)對地總的零序阻抗以及單相接地故障后線路產生的零序電壓。

在零序電壓的影響下，系統(tǒng)會隨之出現零序電流，故障支路N1的的零序電流會流過該支路的絕緣電阻以及對地電容，從而形成閉合回路；而通過故障支路的零序電流互感器能夠獲取全部非故障支路、流經中性點消弧線圈的零序電流。

基于此，對于非故障線路來說，在線路出現單相接地故障后測得的相關線路以及中性點的零序電流，使用相關的數學公式模型，就能夠較為精確的計算出其余非故障支路的具體絕緣電阻以及對地電容。但是，因為故障支路零序電流互感器不具備檢測該條支護零序電流的功能，所以，無法直接獲得故障支路的絕緣參數。

為了能夠獲得故障支路的絕緣參數，就需要重新在剩余兩條支路中進行單項接地故障實驗，即假設支路N2或者N3發(fā)生單項接地故障，則使用前文論述的零序電流獲取方法，就能夠計算出N1支路的絕緣參數。

3 調制信號基頻分量的主要提取措施

過去調制信號基頻分量的提取方法主要以DFT采樣方法為主；這種采樣方法具有明顯的弊端，如：為了避免頻譜泄漏，必須進行同步采樣；獲得的相位存在較大的誤差。因此，本文筆者強化了半波傅里葉算法對諧波分量與非周期分量抑制能力的前提下，實行基于調制技術的基頻提取方法。為了解決卡爾曼濾波算法中難以精確估計較為復雜的噪聲參數問題，加入了具有較窄過渡帶的切比雪夫低通濾波器。因此，本文收據數據的主要對象是線路出現單相接地故障后電流以及零序電壓的穩(wěn)態(tài)信號，所以說通過相關數學模型計算出的基頻相位以及幅值從某種意義上來說等同于零序電壓與不同支路零序電流的基頻信號。如此這樣，就能夠精確計算出目標線路的實際對地絕緣參數。

4 測試過程中電壓與時間的確定

4.1 測試電壓

對絕緣電阻進行測試的過程中，必須對施加的直流電壓進行合理控制。直流電壓過低，則會降低測試的靈敏度以及測試結果的精確性；直流電壓過高，則會使絕緣內部形成局部放電，不僅會破壞配電網線路的絕緣，而且會大幅降低測試的精確性。通常來說，35kV及其以下的電力電纜，其在測試過程中電壓一般維持在100～3000V之間，具體數值需要視實際狀況而定。

4.2 測試順序

為了快速找到電力電纜在進行耐壓試驗的時候可能出現但卻沒有具體表現出現的各種缺陷，絕緣電阻測試應當盡可能安排在耐壓試驗之后。

4.3 測試中的讀數時間

測試線路在施加相應等級的電壓之后，線路絕緣會出現三種隨著時間延長而不斷減小的電流；基于此，從理論上來看，應當等到三種電流全部消失之后，才對導電電流的實際數值進行收集，從而精確計算出線路絕緣電阻的實際數值。但是，如果等待三種電流全部消失，就需要較長時間，會間接提高相關工作的量，同時還會帶來各種不確定因素，從而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最終影響測量的準確性。基于此，本次研究結合相關規(guī)范要求，在線路接通電流后1min進行讀數；提高讀數可比性與重復性的基礎上，進一步提高測試結果的精確性與測試的效率。

5 試驗結果討論與性能評價

接下來，本文筆者將實施人工單相接地實驗，為了最大限度模擬真實狀況，使用隔離變壓器代替系統(tǒng)電源，使用中性點經消弧線圈接地的方法，實際模擬的饋線僅有三條，具體長度分別為：14、12、10km。使用集中參數來代替線路對地分布參數，變壓器二次電壓為660V、一次電壓為380V，通過Labview搜集卡記錄四個不同檢測點的電磁傳感器實際發(fā)出的信號，每一個工頻周期通常為128個點。

5.1 仿真算例1

第一次試驗的時候把模擬饋線N2與變壓器之間的距離擬定為10km，合閘角為90°；第二次試驗的時候把模擬饋線N3與變壓器之間的距離擬定為8km，合閘角同樣是90°。兩次試驗測量接地電阻所得的絕緣參數誤差不超過1%，但對地電容誤差偏高；分析其原因，是由于低通濾波器設置參數錯誤引起的。基于此，筆者重新設計了低通濾波器的通帶，從而盡可能降低測量誤差。

5.2 仿真算例2

以仿真算例1位基礎，讓模擬饋線N2與N3分別在距離變壓器10km的方位進行單項接地故障，其余基本參數與仿真算例1保持一致，只增大接地電阻。雖然絕緣參數實際誤差略大，但仍在允許的范圍之內，因此不會影響到最終的試驗結果。

5.3 仿真算例3

以仿真算例1為基礎，保持單項接地故障的接地電阻與初始相位與仿真算例1中對應的數值保持一直；區(qū)別在于第一次試驗N2和變壓器之間的距離調整為8km，而第二次試驗N3與變壓器之間的距離調整為12km。實驗結果表明，隨著故障距離的不斷增加，同樣會增加測量的誤差，但是不會對最終的實驗結果產生影響。

綜上所述，在實際監(jiān)測過程中無需考慮故障距離、接地電阻以及故障出相角等相關因素。

6 結束語

通過本文的論述，現場單相接地故障的關鍵信息數據實施記錄以及單相接地實驗的穩(wěn)態(tài)測量方法在不同種類的中性點接地方式中都能夠實際應用，同時測量結果更為精確。不僅如此，這種方式還可以為配電網線路絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測提供指導，但實際操作需進一步深入研究。

參考文獻

[1]張 磊.智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設及運行研究[D].山東大學，2017.

[2]張 然.XLPE電纜的絕緣狀態(tài)評價、預測和可靠性評估[D].華南理工大學，2017.

[3]梁 睿，趙國棟，王崇林，張棟梁.配電網線路絕緣狀態(tài)在線監(jiān)測研究[J].電工技術學報，2013，28（S2）：331～336.

收稿日期：2018-11-3

作者簡介：鄧淑雄（1985-），男，工程師，碩士，主要從事配網運行檢修和供電服務工作。