基于北斗授时的交流电缆两端泄漏电流同步检测提取方法

1.本发明涉及电力检测技术领域，尤其涉及基于北斗授时的交流电缆两端泄漏电流同步检测提取方法。


背景技术：

2.xlpe电缆具有众多的优点，在电力系统中被广泛应用，尤其是在城市、海岛配电系统，能大大缩减输电设备的占地面积。因此xlpe电缆的系统运行安全也是极为重要的，目前针对xlpe电缆的绝缘诊断监测技术主要有红外热成像检测技术、介电谱检测技术、特高频局放检测技术等。
3.在电缆运行过程中，芯线与屏蔽层之间会存在着电压差，因此在电缆屏蔽层中会流动着泄漏电流。这部分电流包含着丰富的电缆主绝缘状态信息，当电缆绝缘出现缺陷或电缆绝缘出现故障时会导致电缆的泄漏电流出现异常，可以通过这部分电流来分析电缆的绝缘状态。基于此，在直流电缆方面泄漏电流检测技术也得到了广泛的应用。
4.但在交流电缆上，虽然接地电流检测技术也得到了应用，但该技术采集的是接地电流中的接地感应环流分量，用于对交流电缆金属屏蔽层状态的监测，但无法有效感知交流电缆的绝缘状态。这是由于当交流电缆线芯流过负载电流时，其产生的交变磁场会与电缆的金属屏蔽层相铰链，此时电缆芯线与金属屏蔽层的电气关系类似于空心变压器，当电缆系统两端均接地时，金属屏蔽层与大地之间构成闭合回路，接地线中就会流过不小的感应环流。这部分电流会对电缆的正常工作产生影响，而且会直接影响电缆的工作寿命。因此，在电缆设计时，会将三相线路按等边三角形对称排列，以及采用交叉互联的接地方式来抑制环流成分。在理想情况下，接地线中感应环流的值为零，但在实际运行电缆线路上，负载电流可能出现不平衡的情况，交叉互联的电缆各小段电缆长度可能存在差异或敷设不对称。当电缆发生不对称的故障以及缺陷时，都会破环电缆接地回路的平衡状态，导致在电缆的接地线中流过不小的感应环流，并沿着护层回路单一方向流动，也就是说在交流电缆接地线中流动着泄漏电流与接地感应环流两部分电流。现有的接地电流检测技术无法对交流电缆绝缘状态进行监测，因此，需要一种新的技术来将两部分电流分离开来，排除接地电流中的接地感应环流分量，获取泄漏电流分量。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提出基于北斗授时的交流电缆两端泄漏电流同步检测提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.步骤1：在交流电缆两端接地线布置电流传感器；
7.步骤2：利用北斗授时使步骤1布置的电流传感器对两端入地电流进行采样；
8.步骤3：将步骤2中的两端采样数据分别上传至本端的采集器，并在采集器内实现两端信号同步后传输至运算处理中心；
9.步骤4：在运算处理中心对泄漏电流与接地感应环流进行分离；将首末两端电流传
感器数据序列进行时域离散序列相加运算，得到交流电缆泄漏电流的瞬时值。
10.所述步骤3中采集器内实现两端信号同步的具体过程为：基准时间发布模块接受北斗卫星发布的基准时间信息，生成基准时钟信号，通过光纤将编制好的irig-b码时间信号发送给首末两端采集器中的同步模块，同步模块生成与基准时钟信号同步的标准采样脉冲序列，再通过移相器补偿信号传输过程中的相移，生成标准采样脉冲序列有相位偏移的修正采样脉冲序列作为电流传感器的采样时钟信号。
11.所述电流传感器采用开合结构的闭环式霍尔电流传感器，且其磁芯材料为超微晶磁芯。
12.本发明的有益效果在于：
13.本发明实现了泄漏电流与接地感应环流的分离，更加准确直观地判断电缆的绝缘状态，使得绝缘诊断更加方便快捷，降低了电缆检修运维成本，为电缆系统的安全可靠运行提供了保障。
附图说明
14.图1为本发明基于北斗授时的交流电缆两端泄漏电流同步检测提取方法的流程图；
15.图2是泄漏电流差分提取法原理图；
16.图3是泄漏电流差分提取法计算流程图；
17.图4是本发明泄漏电流与接地感应环流进行分离示意图；
18.图5是本发明实施例中基于北斗系统授时的b码同步装置组成图。
具体实施方式
19.本发明提出基于北斗授时的交流电缆两端泄漏电流同步检测提取方法，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
20.图1为本发明基于北斗授时的交流电缆两端泄漏电流同步检测提取方法的流程图；主要包括以下步骤：
21.步骤1：在交流电缆两端接地线布置电流传感器；
22.步骤2：利用北斗授时使步骤1布置的电流传感器对两端入地电流进行采样；
23.步骤3：将步骤2中的两端采样数据分别上传至本端的采集器，并在采集器内实现两端信号同步后传输至运算处理中心；
24.步骤4：在运算处理中心对泄漏电流与接地感应环流进行分离；将首末两端电流传感器数据序列进行时域离散序列相加运算，得到交流电缆泄漏电流的瞬时值。
25.以下将对此方法进行详细介绍。如图2所示，交流电缆由外至内分别为金属屏蔽层1、主绝缘层2和线芯3。当电缆某项绝缘存在缺陷或发生不对称故障时，从两端接地引线入地的电流不仅包含泄漏电流，还可能包含由于三相负载电流不平衡或三相几何结构不对称所产生的感应环流。为了高灵敏地将泄漏电流信号分离出来，采用差分的方法去除入地电流中的接地感应环流。其中，流经a侧接电线的电流为：
26.ii＝i
l1
i0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
27.流经b侧接地线的电流为：
28.ie＝i
l2-i0ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
29.电缆的接地感应环流在接地回路中沿一个方向流动，在两端的接地线上布置传感器，对同一时刻采集到得数据进行差分运算，可以去除环流，即可得到泄漏电流。计算公式为：
30.i
∑
＝ii ie＝i
l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
31.式中，ii，ie分别代表电缆首末两端接地线入地电流，i
l1
，i
l2
分别代表流向两端的泄漏电流，i0代表接地感应环流，i
l
代表总的泄漏电流。
32.该方法将闭环式高精度电流传感器，信息采集器，电流传感器套设于电缆两端的接地线上，用于测量流过电缆首端、末端接地线上的电流，然后对这两个值进行时域差分运算，得到泄漏电流的瞬时值。在电缆首、末端的采集模块上分别安装北斗授时与b码通讯模块以实现对电流瞬时值的同步测量。电流传感器采集到的数据上传至采集器中对其进行汇集处理，再上传至运算处理中心。如图3所示。
33.为了进行矢量差分，消除接地感应环流，因此可在电缆两端接地线上安装接地电流传感器。其中，电流传感器采用闭环式霍尔电流传感器，磁芯材料采用超微晶磁芯，传感器的外壳选择阻燃abs材料制成，内部用环氧树脂填充。
34.传感器量程为100ma～10a，测量精度为
±
3％，检测灵敏度为10ma，检测频带为40hz～1khz传输阻抗为0.1v/a，采样频率≥10khz。
35.高速信号采集器由4部分组成，多通道高速adc、数据预处理、实时存储、控制和数据导出。其中，高速adc完成模拟数字转换，前级输入的信号可以是雷达和通信的射频信号或者中频信号，信号和采样率的关系应该满足nyquist采样定理或者带通采样定理。adc采集的数据完成串并转换以适合并行传输和处理，完成预处理的数据将被实时存储到ddr存储器。上述工作在控制和数据导出模块的控制下工作，一旦数据存储完毕，即可以通过千兆以太网导出到外部主机。
36.本实施例还提供了一种泄漏电流与接地感应环流进行分离的方法，将电缆首末两端的电流采样值进行时域离散序列相加运算，即可得到交流电缆泄漏电流时域离散序列，其示意图见图4。
37.图5是本发明实施例中基于北斗系统授时的b码同步装置组成图，基准时间发布模块接受北斗卫星发布的基准时间信息，生成基准的时钟信号，通过光纤将编制好的irig-b码时间信号发送给两端采集器中的同步模块，并通过移相器对标准采样序列移相补偿得到修正采样脉冲序列。
38.以上实施例实现了泄漏电流与接地感应环流的分离。并提出了传感系统配置的解决方案，为利用泄漏电流对电缆绝缘状态进行可靠感知打下基础，为电缆系统安全可靠运行提供保障。
39.此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。