專利名稱：一種電力電纜護層接地電流故障分析方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種電カ電纜護層接地電流監(jiān)控領域，尤其涉及護層接地電流的故障分析方法。
背景技術：
隨著經濟持續(xù)增長、城市電網迅猛發(fā)展，現(xiàn)代城市生活和生產對電力的依賴越來越大，現(xiàn)代化的城市建設對電カ輸送的無故障運行提出了更高的要求，城市架空線路送電正在被地下高壓電纜所取代，地下高壓電纜的數(shù)量正急劇上升，因此對地下高壓電纜的運行監(jiān)控變得尤為重要。傳統(tǒng)的在線監(jiān)控方式一般采用電纜接地電流監(jiān)測的方式對地下電カ隧道電纜的運行狀況進行在線監(jiān)測，這種方式需要有經驗的值班人員定期對接地電流歷史曲線進行分析總結，一方面，值班人員對接地電流歷史曲線的分析不具備實時性，往往只能等電纜故障發(fā)生后，分析故障原因及故障發(fā)生過程接地電流的變化規(guī)律；另ー方面，需要有 經驗的值班人員參與接地電流分析，造成了人力資源的浪費。因此，電カ系統(tǒng)迫切要求建立電纜故障專家分析系統(tǒng)，對電纜故障進行分類建模分析，提高電纜故障發(fā)生前的預警，降低電纜運行過程中的故障率。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供ー種電カ電纜護層接地電流分析方法。該方法通過對電カ電纜護層接地電流的實時在線分析，對電纜本體的運行狀態(tài)做出評估，并將接地電流分析所得出的電纜運行狀態(tài)及時通知給值班人員。該方法在原有接地電流在線監(jiān)測的基礎上，對接地電流的突變和緩慢變化進行分析過濾，當電力電纜運行出現(xiàn)異常波動或出現(xiàn)故障前，可及時自動做出預警，進ー步提高了電カ電纜的安全運行等級。本發(fā)明為了達到以上目的，提供了ー種電カ電纜護層接地電流的故障分析方法，包括以下步驟步驟I在監(jiān)控平臺中設定參數(shù)信息，包括正向變化率閥值、反向變化率閥值、零漂分析電流閥值、零漂分析次數(shù)閥值、計數(shù)器初值、定時時間、電流值的最小有效個數(shù)和波動閥值；步驟2在監(jiān)控平臺中加載各個監(jiān)控終端的編號、名稱信息；步驟3監(jiān)控平臺通過網絡的方式實時的接收由各個監(jiān)控終端采集的當前電流值和采集時間；該電流值用于步驟(4)、步驟(5)、步驟(6)的實時在線分析；步驟4每接收一次當前電流值，監(jiān)控平臺就分別對各個監(jiān)控終端采集的接地電流進行一次跳變分析，所述的跳變分析利用采集的電流值與正向變化率閥值、反向變化率閥值進行比較分析；步驟5每接收一次當前電流值，監(jiān)控平臺就分別對各個監(jiān)控終端采集的接地電流進行一次零漂分析，所述的零漂分析利用采集的電流值與零漂分析電流閥值、零漂分析次數(shù)閥值進行分析；
步驟6監(jiān)控平臺定時對各個監(jiān)控終端采集的接地電流值進行波動分析，所述的波動分析是利用計算后的電流值與波動閥值進行比較分析；步驟7在監(jiān)控平臺中輸出各個監(jiān)控終端的分析結果。所述步驟4接地電流跳變分析步驟如下(I)判斷是否是第一次電流值，若是，分析結束，若否，轉到第(2)歩；(2)判斷上次電流值是否為零；若是，分析結束，若否，轉到第(3)歩；(3)判斷跳變類型，若是正向跳變，轉到步驟(4)進行正向跳變分析；若是反向跳變，轉到步驟(5)進行反向跳變分析；(4)計算電流值的變化率，判斷變化率是否超過正向變化率閥值，若是，發(fā)送正向跳變故障告警，分析結束；若否，分析結束； (5)計算電流值的變化率，判斷變化率是否超過反向變化率閥值，若是，發(fā)送反向跳變故障告警，分析結束；若否，分析結束；步驟(3)所述的跳變類型的判斷方法是接地電流當前電流值，大于接地電流上一次采集的電流值是正向跳變；接地電流當前電流值，小于或等于接地電流上一次采集的電流值是反向跳變；步驟(4)或步驟(5)所述的電流值的變化率的計算公式為R= (III- IOI ) /10(I)式中，R :電流值的變化率；10 :接地電流采集終端上一次采集的電流值；11 :接地電流采集終端本次采集的電流值；所述步驟5接地電流零漂分析分析的步驟如下(I)判斷電流值是否小于零漂分析電流閥值，若是，計數(shù)器加1，轉到步驟(2);若否，計算器清零，分析結束；(2)判斷計數(shù)器是否大于零漂分析次數(shù)閥值，若是，發(fā)送零漂分析故障告警，分析結束；若否，分析結束；所述步驟6接地電流波動分析具體的步驟如下(I)啟動監(jiān)控平臺的波動分析定時器，判斷定時器是否到達定時時間，若是，轉到步驟(2);若否，分析結束；(2)判斷當前周期電流值個數(shù)是否超過最小有效個數(shù)，若是，轉到步驟(3)，若否，分析結束；(3)判斷上一周期電流值個數(shù)是否超過最小有效個數(shù)，若是，轉到步驟(4，);若否，分析結束；(4)當前周期對電流值和時間進行積分運算，計算結果為f (a), f (a)為當前周期的積分值；(5)上一周期對電流值和時間進行積分運算，計算結果為f (b)，f (b)為上一周期的積分值；(6)計算結果值a ;所述的a的技術公式如公式(2)所示a= (I f (a) - f (b) |) /f (b)(2)(7)判斷結果值a是否大于設定的波動閥值，若是，發(fā)動波動分析故障告警，分析結束；若否，分析結束。
步驟(4)或步驟(5)所述的對電流值和時間進行積分運算的計算公式如(3)所示f(I)= / (Il-I0)/2*dt(3)式中f (I)為積分運算結果；10 :接地電流采集終端上一次采集的電流值；11 :接地電流采集終端本次采集的電流值；，dt為接地電流采集終端本次采集電流值與上次采集電流值的時間差。所述步驟7分析結果輸出，指通過跳變分析、零漂分析、波動分析后，如果監(jiān)測到接地電流值異常變化，會立刻將故障分析結果發(fā)送給值班人員。ー種電カ電纜護層接地電流的故障分析方法，是在由監(jiān)控平臺、監(jiān)控主機、監(jiān)控終端組成的架構中實現(xiàn)的。監(jiān)控終端將采集的數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控主機，監(jiān)控主機將收到的數(shù)據(jù)通過網絡通信方式傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺，監(jiān)控平臺中所設有的服務器實時對采集的監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析處理，將分析結果顯示在監(jiān)控平臺上，以便于為管理人員提供有效監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析故障原因或者前期預警。 所述監(jiān)控終端是一種采用高集成度及超低功耗設計的硬件設備，該設備安裝于電力隧道內，對電カ隧道中各種環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集，然后將數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控主機；所述監(jiān)控主機是連接監(jiān)控平臺和監(jiān)控終端的設備，它采集監(jiān)控終端采集到的設備數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)封裝后傳送到監(jiān)控平臺。監(jiān)控主機將收到的數(shù)據(jù)以TCP/IP以太網接ロ的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺。所述監(jiān)控平臺具備數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)處理、告警產生、實時監(jiān)視、歷史查看的功能。監(jiān)控平臺支持多種常用設備的接入，能夠快速對所監(jiān)控的設備進行控制與數(shù)據(jù)響應，且擁有開放式的架構，便于擴展功能及第三方平臺的接入。該平臺能夠根據(jù)用戶的需求進行模塊的增減，滿足用戶不同層次的需求。所述的正向跳變，指接地電流當前值，大于接地電流上一次采集的電流值；反向跳變，指接地電流當前值，小于或等于接地電流上一次采集的電流值。所述的正向跳變分析，當接地電流發(fā)生正向跳變時，變化率超過設定的閾值時，分析模塊認為發(fā)生正向接地電流跳變。所述的反向跳變分析，當接地電流發(fā)生反向跳變時，變化率大于零，并且小于設定的閾值時，分析模塊認為發(fā)生反向接地電流跳變。所述步驟5接地電流零漂分析，一方面，電纜護層接地線上可能出現(xiàn)感應電流 ’另一方面，電纜護層接地電流采集終端可能存在采集誤差。因此，當電纜護層接地電流實際為OA吋，電纜護層接地電流采集終端采集到的電流值可能為0A，也可能是稍大于OA的ー個值。所以，當護層接地電流連續(xù)數(shù)次小于某ー接地電流閾值時，可認為該電纜護層接地出現(xiàn)故障，即零漂分析。所述步驟6接地電流波動分析，是指電纜護層接地電流每天會隨著城市用電高峰和用電低谷的周期性變化而進行周期性變化。因此，如果以當前接地電流采集時間為結束時間，對24小時內的接地電流和采集時間間隔進行積分運算，則該積分運算結果，與前一天的積分運算結果的差值，應小于某ー閾值。如果積分結果差值大于或等于某ー閾值，則該電纜護層接地電流發(fā)生了較大的波動，即接地電流波動分析異常。本發(fā)明的有益效果電カ電纜護層接地電流故障分析方法通過對電力隧道接地電流的實時在線分析，可以在第一時間內發(fā)現(xiàn)電纜運行過程中的隱患和故障。該分析方法通過對電纜故障發(fā)生前和故障發(fā)生時的接地電流變化規(guī)律進行歸納總結，可以對不良接地、局部短路、局部斷路、雷擊、電流的緩慢變化、負載持續(xù)上升、負載持續(xù)下降的情況及時給出預警；可以對跳閘、短路的情況及時給出告警。該分析方法的實施，既提高了電纜隱患和電纜故障處置的實時性，又避免了人力物力的浪費，在很大程度上提高了電纜的安全運行，有效防止了隱患和故障的進ー步擴大，最大限度的減小了損失。本系統(tǒng)實時性強，兼容性好，操作簡單，實現(xiàn)了電纜運行狀態(tài)的智能化分析處理，為電力電纜的安全運行提供了保障。


圖I為電カ電纜護層接地電流故障分析方法系統(tǒng)結構示意2電纜護層接地電流分析過程示意圖；圖3為電纜護層接地電流跳變分析示意圖；
圖4為電纜護層接地電流零漂分析示意圖；圖5為電纜護層接地電流波動分析示意圖。圖中，I.設定參數(shù)信息，2.加載監(jiān)控終端信息，3.接收接地電流當前值，4.接地電流跳變分析，5.接地電流零漂分析，6.接地電流波動分析，7.接地電流分析結果輸出，8.監(jiān)控平臺，9.監(jiān)控主機，10.監(jiān)控終端。下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進ー步說明。如圖1，電カ電纜護層接地電流故障分析方法系統(tǒng)結構示意圖，它包含監(jiān)控平臺8，以及與監(jiān)控平臺8依次連接的監(jiān)控主機9和監(jiān)控終端10。監(jiān)控主機9安裝在變電站內，作為監(jiān)控平臺8與監(jiān)控終端10之間的媒介，實現(xiàn)監(jiān)控平臺8網絡通信與監(jiān)控終端10的通信協(xié)議的轉換，實現(xiàn)對監(jiān)控終端10的遠程供電，通訊巡檢等一系列功能。監(jiān)控終端10可以對電纜護層接地電流及故障電流進行檢測，監(jiān)控終端10采用超低功耗設計，實現(xiàn)了常規(guī)功耗下無法實現(xiàn)的實時監(jiān)測和采集。監(jiān)控終端10與監(jiān)控主機9之間采用總線連接，由監(jiān)控主機9遠程供電，通信采用輪詢方式。如圖2，電纜護層接地電流分析過程，首先，接地電流分析模塊設定參數(shù)信息I和加載加載監(jiān)控終端信息2 ;然后，分析模塊實時接收接地電流的當前值3，每接收一次電流當前值，觸發(fā)一次接地電流跳變分析4和接地電流零漂分析5。分析模塊定時對接地電流進行波動分析；最后，分析模塊將分析后的故障輸出，通知值班人員進行處置。接地電流跳變分析4，可有效判斷接地電流的突變；接地電流零漂分析5可對跳閘、斷線故障做出有效判斷；接地電流波動分析6可對接地電流的緩慢變化、負載持續(xù)上升或負載持續(xù)下降的情況，做出較好的分析判斷。接地電流跳變分析4和接地電流波動分析6，可做到電纜故障前的及時預警；接地電流零漂分析5可實現(xiàn)電纜故障后的及時報警。三種分析方法有機結合，可大大提高電纜的安全運行。如圖3，電纜護層接地電流跳變分析4，接收到電纜護層接地采集終端采集的接地電流觸發(fā)該分析流程。正向變化率閾值和反向變化率閾值，通過值班人員進行手動設定。
進行正向跳變分析和反向跳變分析時，根據(jù)以下公式計算電流變化的變化率。其中，R :接地電流變化率；10 :接地電流采集終端上一次采集的電流值；11 :接地電流采集終端本次采集的電流值R= ( + I Il - 10| ) /10(I)如果是第一次接收采集終端的電流值，由于沒有上一次采集的電流值，因此，無法完成電流值的比較，分析結束。根據(jù)接地電流變化率計算公式，上一次電流值IO作為除數(shù)，如果上一次電流值為零，則該計算公式無法完成，因此，分析結束。跳變類型判斷，即判斷本次跳變?yōu)檎蛱冞€是反向跳變。如果是正向跳變，則計算變化率，并判斷變化率是否超過正向變化率閾值，變化率超過正向變化率閾值，則發(fā)送正向跳變故障告警，通知值班人員，分析結束；如果是反向跳變，則計算變化率，并判斷變化率 是否超過反向變化率閾值，變化率超過反向變化率閾值，則發(fā)送反向跳變故障告警，通知值班人員，分析結束。接地電流跳變分析4，可有效判斷接地電流的突變。接地電流突變，通常是由不良接地、局部短路、局部斷路、雷擊造成的，通過接地電流跳變分析4，可有效發(fā)現(xiàn)電纜運行過程中的隱患，并及時采取有效措施，避免隱患和事故的進ー步擴散。如圖4，電纜護層接地電流零漂分析5，接收到電纜護層接地采集終端采集的接地電流觸發(fā)該分析流程。零漂分析5電流閾值和零漂分析5次數(shù)閾值，通過值班人員進行手動設定。零漂分析5次數(shù)閾值，主要用來過濾采集終端偶爾未采集到電流值(未采集到電流值時，上報0A)的情況，降低分析模塊的誤報。計數(shù)器用來對電流值小于零漂分析5電流閾值的情況進行累加計數(shù)。電流值如果大于或等于零漂分析5電流閾值，則計數(shù)器清零，分析結束。電流值小于零漂分析5電流閾值，則計數(shù)器加一。如果該計數(shù)器的值小于或等于零漂分析5次數(shù)閾值，則分析結束；如果該計數(shù)器的值大于零漂分析5次數(shù)閾值，則認為發(fā)生零漂分析5故障告警，分析模塊發(fā)送零漂分析5故障告警信息，通知值班人員。由于雷擊、短路造成的跳閘或斷線，接地電流零漂分析5可做出及時有效的判斷，并及時將故障告警通知給值班人員。通過接地電流零漂分析5可大大縮短發(fā)現(xiàn)電纜運行故障和解決電纜運行故障的時間，降低了斷電帶來的損失。如圖5，電纜護層接地電流波動分析6，由波動分析6定時器進行定時觸發(fā)分析。采用定時方式進行波動分析6主要因為一方面，波動分析6對一天的電流值進行積分運算，計算量較大，如果采用接收電流值觸發(fā)運行方式，對計算機的性能要求較高；另ー方面，接地電流波動分析6，主要用來分析波形的緩慢變化，一次接地電流的異常跳變，不會導致波動分析告警，因此，采用定時器定時分析更為合理。波動分析6閾值和波動分析6最小有效個數(shù)，通過值班人員進行手動設定。電纜護層接地電流積分運算公式如下，f (I)為積分運算結果；10 :接地電流采集終端上一次采集的電流值；11 :接地電流采集終端本次采集的電流值；dt為接地電流采集終端本次采集電流值與上次采集電流值的時間差f(I)= / (Il-I0)/2*dt(3)
定時器到達定時時間，開始波動分析，通常每間隔I小時進行一次波動分析。當前周期和上ー個周期，如果電流值個數(shù)小于或等于波動分析6最小有效個數(shù)，分析結束。通過以上判斷，可降低由于電流值太少導致的當前周期和上一周期曲線波形差異較大，造成分析誤報。根據(jù)上述積分運算公式，分別計算當前周期的積分值f (a)和上一周期的積分值f (b)，并根據(jù)以下公式計算結果值a a= (I f (a) - f (b) |) /f (b)(2)如果結果值a大于波動分析6閾值，則發(fā)送波動分析6故障告警，通知值班人員。波動分析6可對接地電流的緩慢變化、負載持續(xù)上升或負載持續(xù)下降的情況，做出較好的分析判斷，并及時做出預警，值班人員可根據(jù)波動分析6結果，及時采取措施，避 免隱患的進ー步擴大。上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做 出的各種修改仍在本發(fā)明的保護范圍以內。
權利要求
1.電カ電纜護層接地電流的故障分析方法，包括以下步驟，其特征在于 步驟I在監(jiān)控平臺中設定參數(shù)信息，包括正向變化率閥值、反向變化率閥值、零漂分析電流閥值、零漂分析次數(shù)閥值、計數(shù)器初值、定時時間、電流值的最小有效個數(shù)和波動閥值； 步驟2在監(jiān)控平臺中加載各個監(jiān)控終端的編號、名稱信息； 步驟3監(jiān)控平臺通過網絡的方式實時的接收由各個監(jiān)控終端采集的當前電流值和采集時間；該電流值用于步驟(4)、步驟(5)、步驟(6)的實時在線分析； 步驟4每接收一次當前電流值，監(jiān)控平臺就分別對各個監(jiān)控終端采集的接地電流進行一次跳變分析，所述的跳變分析利用采集的電流值與正向變化率閥值、反向變化率閥值進行比較分析； 步驟5每接收一次當前電流值，監(jiān)控平臺就分別對各個監(jiān)控終端采集的接地電流進行一次零漂分析，所述的零漂分析利用采集的電流值與零漂分析電流閥值、零漂分析次數(shù)閥值進行分析； 步驟6監(jiān)控平臺定時對各個監(jiān)控終端采集的接地電流值進行波動分析，利用計算后的接地電流值與波動閥值進行比較分析； 步驟7在監(jiān)控平臺中輸出各個監(jiān)控終端的分析結果。
2.如權利要求I所述的電カ電纜護層接地電流的故障分析方法，其特征在于所述步驟4接地電流跳變分析步驟如下 (1)判斷是否是第一次電流值，若是，分析結束；若否，轉到第(2)步； (2)判斷上次電流值是否為零，若是，分析結束；若否，轉到第(3)歩； (3)判斷跳變類型，若是正向跳變，轉到步驟(4)進行正向跳變分析；若是反向跳變，轉到步驟(5)進行反向跳變分析； (4)計算電流值的變化率，判斷變化率是否超過正向變化率閥值，若是，發(fā)送正向跳變故障告警，分析結束；若否，分析結束； (5)計算電流值的變化率，判斷變化率是否超過反向變化率閥值，若是，發(fā)送反向跳變故障告警，分析結束；若否，分析結束。
3.如權利要求I所述的電カ電纜護層接地電流的故障分析方法，其特征在于所述步驟5接地電流零漂分析分析的步驟如下 (1)判斷當前電流值是否小于零漂分析電流閥值，若是，計數(shù)器加1，轉到步驟(2);若否，計算器清零，分析結束； (2)判斷計數(shù)器是否大于零漂分析次數(shù)閥值，若是，發(fā)送零漂分析故障告警，分析結束；若否，分析結束。
4.如權利要求I所述的電カ電纜護層接地電流的故障分析方法，其特征在于所述步驟6接地電流波動分析具體的步驟如下 (1)啟動監(jiān)控平臺的波動分析定時器，判斷定時器是否到達定時時間，若是，轉到步驟(2);若否，分析結束； (2)判斷當前周期電流值個數(shù)是否超過最小有效個數(shù)，若是，轉到步驟(3);若否，分析結束； (3)判斷上一周期電流值個數(shù)是否超過最小有效個數(shù)，若是，轉到步驟(4，);若否，分析結束； (4)當前周期對電流值和時間進行積分運算，計算結果為f(a), f (a)為當前周期的積分值； (5)上一周期對電流值和時間進行積分運算，計算結果為f(b)，f (b)為上一周期的積分值； (6)計算結果值a;所述的a的如公式(2)所示 a= (I f (a) - f (b) I) /f (b)(2) (7)判斷結果值a是否大于設定的波動閥值，若是，發(fā)動波動分析故障告警，分析結束；若否，分析結束。
5.如權利要求I所述的電カ電纜護層接地電流的故障分析方法，其特征在于所述步驟7分析結果輸出，指通過跳變分析、零漂分析、波動分析后，如果監(jiān)測到接地電流值異常變化，會立刻將故障分析結果發(fā)送給值班人員。
6.如權利要求2所述的電カ電纜護層接地電流的故障分析方法，其特征在于步驟(3)所述的跳變類型的判斷方法是接地電流當前電流值，大于接地電流上一次采集的電流值是正向跳變；接地電流當前電流值，小于或等于接地電流上一次采集的電流值是反向跳變。
7.如權利要求2所述的電カ電纜護層接地電流的故障分析方法，其特征在于步驟(4)或步驟(5)所述的電流值的變化率的計算公式為 R= (|Il-IO I)/10(I) 式中，R :電流值的變化率；10 :接地電流采集終端上一次采集的電流值；11 :接地電流采集終端本次采集的電流值。
8.如權利要求4所述的電カ電纜護層接地電流的故障分析方法，其特征在于步驟(4)或步驟(5 )所述的對電流值和時間進行積分運算的計算公式如(3 )所示 f (I)= / (II - I0)/2*dt (3) 式中f (I)為積分運算結果；10為接地電流采集終端上一次采集的電流值；11為接地電流采集終端本次采集的電流值；dt為接地電流采集終端本次采集電流值與上次采集電流值的時間差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力電纜護層接地電流的故障分析方法，包括步驟1在監(jiān)控平臺中設定參數(shù)信息；步驟2在監(jiān)控平臺中加載各個監(jiān)控終端的編號、名稱信息；步驟3監(jiān)控平臺通過網絡的方式實時的接收由各個監(jiān)控終端采集的當前電流值和采集時間；步驟4每接收一次當前電流值，監(jiān)控平臺就分別對各個監(jiān)控終端采集的接地電流進行一次跳變分析；步驟5每接收一次當前電流值，監(jiān)控平臺就分別對各個監(jiān)控終端采集的接地電流進行一次零漂分析；步驟6監(jiān)控平臺定時對各個監(jiān)控終端采集的接地電流值進行波動分析；步驟7在監(jiān)控平臺中輸出各個監(jiān)控終端的分析結果。
文檔編號G01R31/02GK102866289SQ201210326329
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權日2012年9月5日
發(fā)明者高波, 吳建冬, 楊震威 申請人:山東康威通信技術股份有限公司