一种牵引供电27.5kV电缆接头故障识别方法与流程

一种牵引供电27.5kv电缆接头故障识别方法
技术领域
1.本发明属于牵引供电系统电缆故障检测技术，尤其涉及一种牵引供电27.5kv电缆接头故障识别方法。


背景技术：

2.电气化铁路的27.5kv电缆直接埋于地下或沿着电缆沟敷设，运行环境差，沿线供电负荷点众多，电力电缆线路被分为若干段，导致电缆分支接头使用频繁、数量众多，使电缆接头成为了27.5kv电缆的薄弱环节。此外，随着电力电缆运行时间和负荷的不断增长，电力电缆的故障也越来越频繁。由于电缆线路埋于地下，故障时无法通过直观法直接发现故障点，若未能及时确定故障点并恢复供电，将带来额外的停电损失。因此，对电缆接头进行在线信息采集、监测以及故障发生后快速的定位研究，对缩短故障修复时间，尽快恢复供电，保证铁路系统不间断的安全运行具有非常重要的意义。
3.目前，铁路27.5kv电缆中通过逐个区间试拉合远动开关或隔离开关，然后再徒步巡视查找故障位置的方法具有无法回避的弊端：
4.(1)拉合开关找故障区段有很大的盲目性。非电力远动区段靠人工拉合，费时、费力；远动区段虽然可通过远动拉合开关，但仍依靠逐段试送判断故障区间，需一定时间，更不利的是，逐段试送使系统电力设备多次承受故障大电流冲击，易损伤设备，如大电流冲击可降低调压器使用寿命，严重时造成调压器烧坏，损失严重。
5.(2)对软性故障或瞬时性故障引起的不明原因跳闸的查找，更是无从查起，目前只能在一个供电臂的范围内(10～20ks)靠人力进行大海捞针式的查找，往往又很难发现故障点，隐患难以排除。


技术实现要素：

6.为能够给牵引供电系统电缆接头故障提供快速的识别技术，从而提高牵引供电系统供电的安全性和经济性，并且可以有效降低电气化铁路停电时间和检修查找时间。本发明提供一种牵引供电27.5kv电缆接头故障识别方法。
7.本发明的一种牵引供电27.5kv电缆接头故障识别方法，包括以下步骤：
8.步骤1：电缆接头数据采集。
9.将牵引供电27.5kv电缆中s个电缆接头进行编号，从电缆顶端开始编号为1,2,3,
…
,s，在每个电缆接头两侧以10khz的采样频率实时采集电流信号；k时刻，每个电缆接头右侧采集的电流为i
r1
(k)、i
r2
(k)、i
r3
(k)、
…
、i
rs
(k)，每个电缆接头左侧采集的电流为i
l1
(k)、i
l2
(k)、i
l3
(k)、
…
、i
ls
(k)。
10.步骤2：电流信号处理。
11.s21：将i
r1
(k)、i
r2
(k)、i
r3
(k)、
…
、i
rs
(k)进行滤波处理，得到处理后的电流i
r1
′
(k)、i
r2
′
(k)、i
r3
′
(k)、
…
、i
rs
′
(k)；将i
l1
(k)、i
l2
(k)、i
l3
(k)、
…
、i
ls
(k)进行滤波处理，得到处理后的电流i
l1
′
(k)、i
l2
′
(k)、i
l3
′
(k)、
…
、i
ls
′
(k)。
12.s22：将滤波处理后的电缆接头左右侧电流信号相减，得到每个电缆接头的电流差值δi1(k)、δi2(k)、δi3(k)、
…
、δis(k)。
13.步骤3：电缆接头故障识别。
14.s31：将计算的每个电缆接头的电流差值δi1(k)、δi2(k)、δi3(k)、
…
、δis(k)与阈值δi
set
进行比较，判断第n个电缆接头的电流差值δin(k)》δi
set
是否成立，其中n＝1,2,3,
…
,s；若成立，继续判断第n个电缆接头起连续w个采样点的电流差值δi
n 1
(k)、δi
n 2
(k)、
…
、δi
n w
(k)是否大于阈值δi
set
，若依然满足则判断第n个电缆接头发生故障；反之，则判断第n个电缆接头没有发生故障。
15.s32：将判断的第n个电缆接头故障或不故障的信息通过gprs无线传输至牵引变电所终端，牵引变电所终端接收s个电缆接头的编号信息和是否故障的信息。
16.进一步的，阈值δi
set
取为0.02pu，其中pu是电缆电流的标幺值。
17.进一步的，连续采样点个数w取为5。
18.本发明的有益技术效果为：
19.(1)能够识别电缆接头的高阻接地故障。现有电缆故障检测一般聚焦于整条电缆线路，且由于在高阻接地故障时电气特征比较微弱，导致高阻接地故障无法识别，同时由于电缆分支众多导致电缆接头是整个电缆线路的薄弱环节，电缆接头容易发生局放，其故障率高，因此，本发明利用电缆接头两侧电气量信息可以准确识别电缆接头故障。
20.(2)能够直观实时显示电缆接头位置和是否故障的状态信息。本发明将每个电缆接头是否故障信息发送至牵引变电所终端，牵引变电所终端将接收的电缆编号信息和是否故障状态信息，以供运维检修人员直观监测电缆接头状态。
附图说明
21.图1为本发明牵引供电27.5kv电缆接头故障识别方法流程图。
22.图2为本发明仿真实验中工况1中3号电缆接头的三相电流波形。
23.图3为本发明仿真实验中工况2中5号电缆接头的三相电流波形。
24.图4为本发明仿真实验中工况3中6号电缆接头的三相电流波形。
25.图5为本发明仿真实验中工况3中6号电缆接头的c相电流波形放大图。
具体实施方式
26.下面结合具体实施方法和仿真实验对本发明做进一步详细说明。
27.本发明的一种牵引供电27.5kv电缆接头故障识别方法如图1所示，包括以下步骤：
28.步骤1：电缆接头数据采集。
29.将牵引供电27.5kv电缆中s个电缆接头进行编号，从电缆顶端开始编号为1,2,3,
…
,s，在每个电缆接头两侧以10khz的采样频率实时采集电流信号；k时刻，每个电缆接头右侧采集的电流为i
r1
(k)、i
r2
(k)、i
r3
(k)、
…
、i
rs
(k)，每个电缆接头左侧采集的电流为i
l1
(k)、i
l2
(k)、i
l3
(k)、
…
、i
ls
(k)。
30.步骤2：电流信号处理。
31.s21：将i
r1
(k)、i
r2
(k)、i
r3
(k)、
…
、i
rs
(k)进行滤波处理，得到处理后的电流i
r1
′
(k)、i
r2
′
(k)、i
r3
′
(k)、
…
、i
rs
′
(k)；将i
l1
(k)、i
l2
(k)、i
l3
(k)、
…
、i
ls
(k)进行滤波处理，得到处
理后的电流i
l1
′
(k)、i
l2
′
(k)、i
l3
′
(k)、
…
、i
ls
′
(k)。
32.s22：将滤波处理后的电缆接头左右侧电流信号相减，得到每个电缆接头的电流差值δi1(k)、δi2(k)、δi3(k)、
…
、δis(k)。
33.步骤3：电缆接头故障识别。
34.s31：将计算的每个电缆接头的电流差值δi1(k)、δi2(k)、δi3(k)、
…
、δis(k)与阈值δi
set
(阈值δi
set
取为0.02pu，其中pu是电缆电流的标幺值)进行比较，判断第n个电缆接头的电流差值δin(k)》δi
set
是否成立，其中n＝1,2,3,
…
,s；若成立，继续判断第n个电缆接头起连续w(优选的，w取为5)个采样点的电流差值δi
n 1
(k)、δi
n 2
(k)、
…
、δi
n w
(k)是否大于阈值δi
set
，若依然满足则判断第n个电缆接头发生故障；反之，则判断第n个电缆接头没有发生故障。
35.s32：将判断的第n个电缆接头故障或不故障的信息通过gprs无线传输至牵引变电所终端，牵引变电所终端接收s个电缆接头的编号信息和是否故障的信息。
36.仿真实验
37.为了对本发明的识别方法进行验证，在pscad/estdc中搭建了牵引供电27.5kv电缆的仿真模型。
38.在牵引供电27.5kv电缆的仿真模型上仿真了三种工况：
39.工况1：第3号电缆接头发生ab两相短路故障，三相电流波形如图2所示。
40.工况2：第5号电缆接头发生a相金属性接地故障，三相电流波形如图3所示。
41.工况3：第6号电缆接头发生c相发生30欧姆过渡电阻接地故障，三相电流波形如图4所示，其中c相电流波形如图5所示。
42.三种工况下连续五个采样点的电流差值均大于阈值δi
set
，所提故障识别方法在牵引供电27.5kv电缆头发生不同类型故障后均能准确识别。