高压电缆泄漏电流的检测

高压电缆泄漏电流的检测

张峥

国网山西省电力公司检修分公司 山西太原 030000

摘要：针对高压电缆漏电情况，对高压电缆泄漏电流的检测方法和高压强磁环境下数据的采集和传输装置进行研究。研究发现，漏电检测方法主要有中性点接地漏电检测法、直流电阻率法、用钳形电流探测头检测以及在直流回路中安装传感器检测。设计了智能通信管理机和无线计量仪表作为高压强磁环境下数据的采集和传输装置，实现对高压电缆泄漏电流进行在线监测。

关键词：高压电缆；泄漏电流；漏电检测；数据采集

1.绪论

电力电缆是电线电缆工业中一个重要的组成部分[1]，是供电设备与用电设备之间的桥梁，起传输电能的作用。电缆应用广泛，因此故障也经常发生[2]。漏电是电缆的常见问题，电缆老化，质量不好，地下电缆没有沟槽，外力的机械损伤等都可能造成漏电。

漏电是由于绝缘损坏或其他原因而引起的电流泄漏。漏电不只消耗电能，而且可能损坏电器设备，甚至造成人身伤亡[3-6]。高压电缆的泄漏电流主要是电容性的泄漏电流，而且是对地[7]。其主要影响是在供电末端会抬高电压，对绝缘有影响。还有对地短路保护的要求高。泄漏电流越大，说明电缆的绝缘强度越差，或者局部缺陷越严重，运行中更易被击穿损坏，因此对于高压电缆的漏电监测及预防至关重要。

2.高压电缆泄漏电流检测方法

2.1 电缆结构及故障类型

图1为典型的单芯和三芯电缆结构图，其中导电线芯是电流的流通通道，在电缆制作中要求尽量降低电能损耗，并且增加电缆抗拉强度。金属屏蔽层可以屏蔽绝缘层和线芯之间的不受电场影响的间隙。增加屏蔽层后，线芯表面的电场强度可降低约3%，电缆工作时的击穿电压可被提高30%~40%[8]。电缆外护套是电线芯的最后一层绝缘保护装置。

图1 电缆内部结构图

高压电缆故障检测的传统方法按照测距原理不同主要有低压法、高压法和电桥法。造成电缆故障的原因有很多，其中包括由外力引起的机械损伤、由潮湿环境引起的绝缘受潮、由电缆绝缘皮老化引起的绝缘老化故障、由大气与内部电压作用而引起的过电压以及由电缆本身材质问题而引起的材料缺陷[9]。

2.2 中性点接地漏电检测法

中性点接地漏电检测法是常用的电路漏电故障检测方法之一，该方法可以快速检测供电系统的漏电情况，避免由于漏电而造成巨大危害。图2为中性点接地漏点检测电路图，U1为输入的直流电压，R1、R2、R3分别为平衡电阻1、平衡电阻2和接地电阻3，Zx为对地漏电阻，通过它的电流即为漏电电流Ix。

图2 中性点接地漏电检测电路

2.3 直流电阻率漏电检测法

由于漏电电流会在附近区域引起大地的电荷分布变化，进而形成一个地电场，因此可采用直流电阻率法进行漏电情况的检测[10]。该方法作为电法勘探的一种，最早是用于观察和研究人工建立的大地中稳定电流场的分布规律，进而进行地质勘探。将该方法应用于泄漏电流的检测，通过在已经建立好的稳定电流场中观察大地的电位变化，并求出建立稳定电场时的电流方向及大小，进而判断电缆漏电情况。漏电检测的实现流程如图3所示。

图3 直流电阻率法漏电检测的实现流程

2.4 低频探测法

低频探测法是直流漏电检测方法之一，其一般有两种检测方式，一是用钳形电流探测头检测，二是在直流回路中安装传感器检测[11]。

2.4.1 用钳形电流探测头检测

用钳形电流探测头检测泄漏电流可以实现在不停电的状态下查找接地点，但是其准确性受到系统分布电容的影响。图4为低频探测原理中的钳形电流探头法示意图。

图4 低频探测原理中的钳形电流探头法

直流系统绝缘监测装置接地报警信号时，向直流故障母线与地面间注入低频交流信号，低频信号通过信号发生器排出，经直流系统从接地点送回。由于高频干扰严重，无法直接观察到接点附近低频信号强度的变化。通过分析产生这种现象的原因，提出了一种利用直流电流测量判断接地方式方法。采用钳形电流探头进行逐点探测，寻迹低频信号方向，找出接地支路，根据低频电流在接点前和接点后出现的明显差异确定接点位置。

2.4.2 在直流回路安装传感器检测

该检测方法的原理也如图4所示。传感器为毫安级电流互感器（CT）。通过CT直流分量二次侧无响应。当正、负母线上注入低频信号时，CT二次侧可以检测出低频电流在各个支路中的幅值与相位。对探测到的各个支路电流用微机计算有功分量，然后计算各个支路绝缘电阻。这种测量方法具有测量精度高、不需要接地等优点。但是由于它只能测出一次绕组的直流电压，不能测交流电压，因此也就无法实现对发电机定子铁芯温度的监测。

3. 高压强磁环境下数据的采集和传输装置

3.1 无线计量仪表

ADW300无线计量仪表主要用于计量低压网络的三相有功电能，具有体积小、精度高、功能丰富等优点，并且可选通讯方式多，可支持RS485通讯和Lora、2G、NB、4G等无线通讯方式，增加了外置互感器的电流采样模式，从而方便用户在不同场合进行安装使用。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量、运维监管或电力监控等需求。

ADW300无线计量仪表的主要功能如表1所示。

表1 ADW300主要功能

3.2 智能通信管理机的研发

以智能通信管理机作为高压强磁环境下数据的采集和传输装置。智能通信管理机是一款采用嵌入式硬件计算机平台，具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口，用于将一个目标区域内所有的智能监控/保护装置的通信数据整理汇总后，实时上传主站系统，完成遥信、遥测等能源数据采集功能。

同时，该智能通信管理机支持接收上级主站系统下达的命令，并转发给目标区域内的智能系列单元，完成对厂站内各开关设备的分、合闸远方控制或装置的参数整定，实现遥控和遥调功能，以达到远动输出调度命令的目标。

该智能通信管理机提供丰富的规约库支持，实现不同二次设备供应商的智能设备互联。作为自动化系统网络与监测设备之间的通信接口设备，该装置实现了规约转换、接口匹配、数据转换等三项功能。

智能通信管理机提供RS485通信端口，每个端口最多可带32台仪表设备（对于低压综合保护建议每个端口挂接不超过4个）；可根据仪表设备的通信波特率、通信线路长度及客户对通信数据的刷新速度要求最终决定每个通信端口所带的设备数量。

图5为智能通信管理机型号，技术参数主要包括公共技术指标技术参数如表2。

图5 为智能通信管理机型号

表2 公共技术指标技术参数

四、结论

本文针对电缆漏电情况，对高压电缆泄漏电流的检测方法，和高压强磁环境下数据的采集和传输装置进行研究。漏电检测方法主要有中性点接地漏电检测法、直流电阻率法、用钳形电流探测头检测以及在直流回路中安装传感器检测。高压强磁环境下数据的采集和传输装置主要介绍了智能通信管理机的研发和无线计量仪表的研发。具体内容如下：

（1）中性点接地漏电检测法、直流电阻率法、用钳形电流探测头检测以及在直流回路中安装传感器检测都是漏点检测的常用方法。其中用钳形电流探测头检测泄漏电流可以实现在不停电的状态下查找接地点；

（2）智能通信管理机可将一个目标区域内所有的智能监控/保护装置的通信数据整理汇总后，实时上传主站系统，完成遥信、遥测等能源数据采集功能。

（3）ADW300无线计量仪表主要用于计量低压网络的三相有功电能，具有体积小、精度高、功能丰富等优点。ADW300无线计量仪表可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量、运维监管或电力监控等需求。

参考文献

[1] 赵宏大, 张凤佳, 朱铭霞等. 基于人机交互的地下电力电缆线路故障排查方法研究[J]. 自动化技术与应用, 2022, 41(03):44-47

[2] 邵雄. 电力电缆故障分类及其测试方法的选择[J]. 低碳世界, 2016(25):56-57

[3] 建筑电气工程中漏电保护技术的应用_陈晓铭[J].

[4] 矿山供电系统漏电保护措施研究_张文琦[J].

[5] 李锐腾. 浅析漏电的危害及防止方法[J]. 科技视界, 2012(16):86-87

[6] 韦长发张霞谢念舒. 低压供电系统中漏电的危害及防范措施[J]. 中州煤炭, 2004(05):40-42

[7] 卢燕. 论电铲高压电缆的漏电保护及故障查找问题[J]. 金属矿山, 1995(04):26-28

[8] 赵洋, 尚英强, 李宁等. 基于不充分知识下的电缆故障检测与诊断方法[J]. 自动化与仪器仪表, 2021(12):40-44

[9] 樊沃周. 高压电力电缆故障检测方法的研究与应用[D]: 哈尔滨工业大学, 2020

[10] 朱领军. 漏电检测的研究与分析[D]: 浙江大学, 2018

[11] 吴平安张少海易志明. 直流系统漏电检测方法的比较[J]. 华北电力技术, 2003(02):52-54