浅析配电网线路绝缘状态在线监测

赵军兴 杨晓峰 / .陕西省宝鸡岐山县供电分公司 .陕西省宝鸡供电分公司

浅析配电网线路绝缘状态在线监测

赵军兴1杨晓峰2/ 1.陕西省宝鸡岐山县供电分公司 2.陕西省宝鸡供电分公司

本文主要对当前我国配电网线路绝缘状态下的监测现状进行了分析，在当前的监测过程当中很容易出现线路绝缘参数有较大误差，测量的信号非常弱并且容易被外界电磁所干扰，为此笔者提出了一种能够对现场单相接地故障信息数据进行记录或者人为单相接地试验来对电缆绝缘参数进行测量的方法。采用这种方法并不需要增设信号设施，被测量变化非常显著，在调制技术的基频信号提取的前提上，与过渡带比较窄的切比雪夫低通滤波器配合使用，从而实现对故障信号当中的非周期分量以及谐波分量的有效抑制，也无须在线估计噪声参数并能将每一条馈线的对地参数进行精确计算。实验结果显示，故障接地电阻、故障距离和故障相初始相位角都不会给测量结果带来较大影响，因此该方法能够在多种接地方式下进行配电网馈线绝缘状态的在线监测。

配电网线路；绝缘状态；在线监测

1.引言

许多工业矿业用电都是电缆供电，其线路运行的环境非常恶劣，很容易发生接地故障，所以电缆线路绝缘受到破坏而导致的单相接地故障会对企业的安全生产带来非常大的安全隐患，甚至威胁到人民群众的生命安全。当前针对多条馈线支路的配电网并未研究出可行性较强的方法。所以，借助绝缘监视方法就显得非常重要。当前在配电网对地绝缘参数测量的方法上主要有在线监测以及离线监测两种，但离线监测过程中往往需要中断供电，定期进行测试和维护工作，显然，这种方法会给企业的生产带来非常大的影响，经济损失较大。

在线监测方法是这几年才被提出来的，它可以实时估算每一条支路绝缘存在的故障的和其他问题，确保电网安全运行的同时能有效实现绝缘预警功能。直流分量法、直流叠加法等是当前应用较为广泛的电缆绝缘在线监测方法，不过这些方法大都是针对交联聚乙烯 110kV及以上的高压电力电缆绝缘进行监测的，像中低压配电网尤其是电压等级低于35kV的，是很难采用上述方法来实现在线监测的，许多都还在进行理论研究当中。

2.配电网电缆绝缘参数测量的工作原理

中性点经消弧线圈接地的系统，一旦电网的某一条馈线支路（设支路号为 1）出现单相接地故障的时候，整个系统都会发生零序电压。当中是一个包含三条支路的配电网，架设每一条线路的三相对地电容都是一样的，并使用分布参数 C1、C2、C3来表示，每一条线路三相的绝缘电阻也是相同的，分别用r1、r2、r3表示。一旦某一条线路发生单相接地故障（将 N1支路 A 相作为举例说明）的时候，笔者使用戴维南等效电理并计算出系统对地总的零序阻抗。

对于非故障线路来说，一次单相接地故障时候所获得的中性点的零序电压以及相对应的零序电流，利用算式能够求得各个非故障支路的绝缘电阻以及对地电容。因为故障支路零序电流互感器并不会监测到本支路的零序电流，所以这一条支路的绝缘参数还不能通过一次性检测计算就能获取到。为求得N1故障线路的绝缘参数，笔者还须对另外一条线路进行单相接地试验或是等着下一次非N1的线路出现单相接地故障，以蝴蝶零序电压以及非故障支路的零序电流，再将数字带入到上述公式当中进行计算，从而获得第二次实验当中非故障支路的绝缘参数，这里包括了上次故障线路 N1支路的绝缘参数，就此笔者就获得了全部出线路的绝缘参数。

3.调制信号的基频分量提取方式

过去经常使用的 DFT 采样方式当中，为避免频谱发生泄漏，一般都要求同步进行采样，但所获得的相位存在较大误差。本论文使用的是基于调制技术的基频提取方式，并在其中引进了过渡带比较狭窄的切比雪夫低通滤波器本文所采集到的信号是故障后零序电压及电流的稳态信号，所以笔者能够求得基频幅值A1以及相位就等于是提取出了零序电压和各个线路零序电压的基频信号。从而对相应线路的对地绝缘参数进行准确计算。

4.测试中电压与时间的选择

（1）测试电压：测试绝缘电阻时所施加的直流电压不能太高，否则会导致绝缘内部放电，既影响测试正确性又易造成绝缘损坏；也不能太低，以致影响测试的灵敏度和准确性。对于35kV及以下的电力电缆，一般最低电压不低于100V，最高电压不超过3000V。

（2）测试顺序：为了检查电缆在耐压试验过程中可能产生而并未暴露(即未击穿)的缺陷，因此绝缘电阻的测试应在耐压试验之后。

（3）测试中的读数时间：由于加上电压后，绝缘中存在着三种随时间而衰减的电流，因此理论上应该等这三种电流全部衰减完后，才读到导电电流(即泄漏电流)的数值，以计算绝缘电阻。但时间太长测试工作量大以及考虑到测量系统长时间的稳定性，因此在测试方法的标准中明确规定在接通电流后1分钟(即正到达1分钟时即读数)。1分钟读数既保证了非电导电流大部分己经消失，又使测试时间有了统一，使读数具有重复性和可比性，以及提高测试效率。

5.实验结果分析和性能评价

下面笔者将进行人工单相接地试验。系统电源这一部分使用隔离变压器来替代，通过中性点经消弧线圈接地的方法，所模拟的馈线有三条，其长度分别如下：10、12和14千米。线路对地分布参数使用集中参数来替代，变压器一次为380V，二次为 660V，Labview 采集卡对4个检测点的电磁传感器所输出的信号进行了记录，每一个工频周期使用了128个点。每公里型模块零序参数为以 6km 长为例的型模块连接线路图（如果需要加长线路，只需要在线路的末端串联更多模块就可以了。）

5.1 仿真算例 1

第一次试验时将模拟馈线 N2和变压器之间的距离设置为10km 处接地，合闸角是 90°；第二次试验时 N3和变压器是在8km 处进行接地，合闸角是 90°；这两回的接地电阻测量所获得的绝缘参数误差都低于 1%，而地电容误差稍微有点偏高，究其原因主要是因为低通滤波器的参数所导致的，为此笔者对 LP 滤波器的通带进行重新设计变得更窄，以缩小测量误差，或是选择灵敏度更好的电流互感器。

5.2 仿真算例 2

在算例 1 的前提上，使 N2与N3在分别距离变压器 10km 的位置发生了单相接地故障，故障距离和合闸角与算例1相同，只有接地电阻扩大成为了，笔者可以看到，扩大接地电阻所测得的绝缘参数误差也是稍微有点偏高，不过误差是在实验允许范围内，所以，接地电阻的变化不会对测量结果产生影响。

表1 算例 2 的各条出线绝缘参数测量结果

5.3 仿真算例3

在算例 1 的前提上，故障相初始相位合闸角以及接地电阻都与算例1相同，但第一次实验模拟 N2与变压器接地距离变成8km；第二次实验N3与变压器接地距离变成12km。结果笔者发现，故障距离扩大之后所测量到的误差也会扩大，不过还是在实验允许的误差范围之内。

表2 算例 3 的各条出线绝缘参数测量结果

由此可见，使用该方法测量时其测量结果并不会受到接地电阻、故障距离以及故障初始角这三大因素的影响。

6.结束语

本文通过实验研究证明，在两次认为单相接地实验的稳态测量方式或者对现场单相接地故障的相关数据信息进行记录的方法在各种类型的中性点接地方式当中都很适用，而且还具备测量精度高，被检测信号较显著且实现方案比较容易等优势，继而为电缆在线绝缘监测开辟了新的思路，值得进一步研究和开发运用。

[1]巩固,殷晓杰,古锋,侯涛.浅谈高压电气设备绝缘在线监测技术[J].煤矿现代化.2012(04) ：34-35.

[2]林林,金震.配电网单相接地故障定位研究[J].中国科技信息.2012(23) ：78-79.