一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法及系统技术方案

一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法及系统，用于XLPE电缆高绝缘电阻故障点的击穿降阻，以适应二次脉冲法等电缆故障预定位技术的应用。其特征包括：负极性高压直流发生装置；负极性高压脉冲电流发生装置；负极性直流延弧发生装置；控制各装置投切的控制系统。通过对故障电缆施加负极性直流电压，使故障点聚集大量电荷。再施加负极性高压脉冲电流时由于残留电荷叠加增大故障点电场畸变，使故障点击穿并燃弧，后续负极性直流延弧电流维持燃弧，使故障点烧蚀，绝缘电阻降低，以便于开展二次脉冲法等电缆故障定位。

A method and system for cable high resistance fault click through based on charge superposition principle

A method of cable wear high resistance fault click charge based on the superposition principle and system for XLPE cable insulation breakdown high resistance fault point resistance reduction, to adapt to the two pulse method of cable fault pre positioning technology. The utility model is characterized in that the utility model comprises a negative polarity high voltage DC generator, a negative polarity high voltage pulse current generating device, a negative polarity DC arc generating device and a control system for controlling the switching of each device. By applying a negative DC voltage to the faulty cable, a large amount of charge is accumulated at the fault point. After applying the negative high-voltage pulse current charge increases due to residual superimposed fault point electric field distortion, the fault arc and breakdown, subsequent negative DC arc extending current to maintain the arc, the fault point erosion, reduce insulation resistance, in order to carry out the two pulse cable fault location method.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法及系统
本专利技术涉及一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法及系统，属于高电压与绝缘

技术介绍
随着交联聚乙烯等电缆线路在电网及工矿企业中的大量应用，及早期电缆运行时间的增长，电缆运行故障呈现出上升趋势，同时，电缆在运行过程中，一旦发生绝缘故障，故障点的查找相对于架空线路也更为困难。这就要求电缆运维人员能够合理的选择电缆故障定位技术，快速、准确地查找到故障发生点，缩短电缆停电时间，减少因电缆运行故障带来的损失。在电力电缆定位技术中，低阻故障、断线故障的定位方法较为成熟，定位成功率较高，但电力系统发生的故障中，电缆高阻故障和闪络性故障的比例较高，达到70%以上，且定位难度大。运用二次脉冲法、多次脉冲法、脉冲电流法等依赖于故障点燃弧变短时低阻的定位方法时，经常会遇到高阻故障点无法击穿的情况。（1）故障点无法击穿。目前采用传统主绝缘故障预定位仪器的最大冲击电压为32kV，在对部分高绝缘电阻故障电缆进行故障点预定位查找时，即使使用最大冲击电压也无法击穿电缆高阻故障点。（2）故障点燃弧时间过短。被试电缆电容量越大，所需要的冲击能量（W=CU²）越大，才能保证故障点燃弧时间足够长，以满足二次（多次）脉冲法或冲闪法等的测试要求。对于较长的电缆线路，即使利用定位装置的最大冲击能量，也往往无法解决由于故障点燃弧时间过短导致不能得到较好的测试波形的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，为高阻故障电缆提供一种击穿故障点的方法，使后续使用现有的二次脉冲法、多次脉冲法、脉冲电流法等方法能够成功使用于降阻后的故障电缆，实现故障定位。本专利技术的原理为：由负极性的高压直流组成电荷充入系统，由负极性的高压脉冲电流发生器与负极性直流延弧装置共同组成击穿燃弧系统。两个系统通过各自开断装置及附属连接线与被试电缆连接。本专利技术解决技术问题所采用的技术方案是：先为故障电阻施加预定数值的负极性的直流电压一定时间（综合考虑直流电压下电缆能够有效聚集电荷的时间），使电缆高阻故障点聚集大量电荷。之后对电缆施加负极性的高压脉冲电流，与故障点残留电荷叠加，加强高阻故障点电场强度，成功击穿并燃弧。并及时注入负极性直流延弧电流，维持燃弧并直至电缆故障点绝缘降低，完成故障点击穿。基于电荷叠加原理的XLPE电缆高阻故障点击穿方法，具体包括以下步骤：步骤a，根据被试电缆的电压等级和故障绝缘电阻值，选择一定数值的负极性直流电压值，施加于故障电缆，并设定一定的施压时间；步骤b，负极性直流施加完成后，降直流电压为0，并启动开断隔离单元将负极性直流发生装置切除；步骤c，启动开关控制单元，将负极性高压脉冲发生装置和负极性直流延弧发生装置接至故障电缆；步骤d，设置脉冲电压幅值，设定时延施加负极性直流电压，触发高压脉冲发送至故障电缆，由于故障点已聚集残留电荷的叠加作用使电场畸变加剧，增大放电能量，使高阻故障点击穿并燃弧；步骤e，根据设定的时延，在故障点燃弧尚未熄灭时，开关控制单元自动将设定数值的负极性直流延弧电流施加至故障电缆，维持燃弧一定的时间，使故障点烧蚀、炭化，降低绝缘电阻值，完成故障点击穿。进一步地，实施该方法的故障击穿系统应至少包括：（1）负极性高压直流发生装置，用于产生负极性的直流电压，使高阻故障点聚集电荷。（2）负极性高压脉冲电流发生装置，用于产生高电压的负极性脉冲电压电流，叠加残留电荷使高阻故障点加强电场畸变并成功击穿燃弧。（3）负极性直流延弧发生装置，用于产生负极性直流电压电流，使故障击穿点燃弧时间延长，并提供燃弧能量使燃弧通道炭化，降低故障点绝缘电阻。（4）中央控制单元，用于设定试验程序，控制开断装置。（5）开断隔离单元，用于根据中央控制单元的参数设置和指令投切负极性高压直流发生装置。（6）开关控制单元，用于高压脉冲电流的发生后，待一定的延时后投入负极性直流维持燃弧。根据被试电缆电容量的不同，脉冲电流宽度范围不同，设定的延时依据为：脉冲电流上升沿起始时间至下降沿70%-30%峰值处，保证负极性直流切入时刻位于脉冲电流的下降沿，且脉冲电流未熄灭。（7）滤波及保护单元，将直流电压通过电感设备连接到被试电缆，能够对直流进行滤波，实现同时具有阻止高压脉冲传递到直流发生器的作用。（8）测量与显示单元，用于测量高压脉冲、直流电压的幅值和波形，同时反馈至中央控制单元并显示。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果是：通过本系统，能够使高阻故障点聚集残留电荷，在高压脉冲的作用下加强电场畸变，增大放电能量，从而使高阻故障点击穿燃弧成为可能。通过中央控制单元，能够合理的控制三种电压施加到故障电缆的顺序和时间，使三种电压的形成整体性配合，完成故障点击穿。同时能够有效的隔离各装置之间的影响。附图说明图1为基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿技术主回路示意图。图2为基于电荷叠加原理的电缆高阻故障击穿系统中央控制单元控制关系方框图。图3为基于电荷叠加原理的电缆高阻故障击穿技术电压施加次序图。图中，1负极性高压脉冲电流发生装置，2负极性高压直流发生装置，3负极性直流延弧发生装置，4故障电缆，5测量与显示单元。具体实施方式：本专利技术公开了一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障击穿技术，用于XLPE电缆高绝缘电阻故障点的击穿降阻，以适应二次脉冲法等电缆故障预定位技术的应用。其特征包括：负极性高压直流发生装置；负极性高压脉冲电流发生装置；负极性直流延弧发生装置；控制各装置投切的控制系统。通过对故障电缆施加负极性直流电压，使故障点聚集大量空间电荷。再施加负极性高压脉冲电流时由于电荷叠加增大故障点电场畸变，使故障点击穿并燃弧，后续的负极性直流延弧电流维持燃弧，使故障点烧蚀，绝缘电阻降低。在一个具体实施例中，结合说明书附图说明基于电荷叠加原理的电缆高阻故障击穿技术具体实施方式如下：（1）本专利所公开的基于电荷叠加原理的电缆高阻故障击穿技术及试验装置，适用于220kV及以下电压等级的XLPE电缆高绝缘电阻故障的低阻化。（2）该技术涉及三个主要的电压电流发生装置，相应的试验阶段分为3个：直流充电阶段、脉冲击穿阶段、恒流燃弧阶段。（3）如（2）所述直流充电阶段，负极性直流发生器最高可产生80kV直流电压，对各电压等级电缆进行直流充电时，试验电压按以下原则控制：除127/220kV电缆施加80kV电压外，110kV及以下等级电缆的充电电压值为25%的直流耐压试验电压值。具体为：4/110kV电缆为48kV，26/35kV电缆为19.5kV，21/35kV电缆为15.8kV，8.7/10kV电缆为9.3kV，6/10kV电缆为6.3kV。直流充电时间为5min。（4）如（2）所述脉冲击穿阶段，负极性高压脉冲电流发生器储能电容由4个电容器串联或并联组成，单个电容器额定电压为8kV，当4个电容器串联时，储存电荷可使浪涌发生器达到最高电压32kV。此外，根据电容器的不同连接方式，可形成最高输出16kV、8kV的工作模式。储存在一个特定电容器中的能量由充电电压决定，在三种模式下，最大冲击能量均为2048J。（5）如（2）所述的恒流燃弧阶段，负极性直流延弧发生装置额定输出电压5kV，额定连续输出电流200mA，短路电流2.5A。（6）初始本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法，其特征在于以高压直流发生器对XLPE电缆施加负极性电压，在故障点聚集电荷，再施加负极性的高压脉冲电流击穿故障点，并以负极性直流延弧电流维持燃弧，完成故障点击穿。

【技术特征摘要】
1.一种基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法，其特征在于以高压直流发生器对XLPE电缆施加负极性电压，在故障点聚集电荷，再施加负极性的高压脉冲电流击穿故障点，并以负极性直流延弧电流维持燃弧，完成故障点击穿。2.如权利要求1所述的基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法，其特征在于包括以下步骤：步骤a，根据被试电缆的电压等级和故障绝缘电阻值，选择负极性直流电压值，施加于故障电缆，并设定施压时间；步骤b，负极性直流电压施加完成后，降直流电压为0，并启动开断隔离单元将负极性直流发生装置切除；步骤c，启动开关控制单元，将负极性高压脉冲发生装置和负极性直流延弧发生装置接至故障电缆；步骤d，设置脉冲电压幅值，设定时延施加负极性直流电压，触发高压脉冲发送至故障电缆，使高阻故障点击穿并燃弧；步骤e，根据设定的时延，在故障点燃弧尚未熄灭时，开关控制单元自动将设定数值的负极性直流延弧电流施加至故障电缆，维持燃弧，使故障点烧蚀、炭化，降低绝缘电阻值，完成故障点击穿。3.一种实施权利要求1或2所述的基于电荷叠加原理的电缆高阻故障点击穿方法的系统，其特征在于至少包括：（1）负极性高压直流发生装置，采用直流倍压电路及元器件组成，用于产生负极性的直流高电压，使高阻故障点聚集电荷残留；（2）负极性高压脉冲电流发生装置，由高压硅堆、保护电阻和电容器组成半波整流回路，通过放电间隙产生高电压的负极性脉冲电压电流，叠加故障点残留电荷加强高阻故障点电场畸变并成功击穿燃弧；（3）负极性直流延弧发生装置，由...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾朝敏，潘瑾，高树国，李晓峰，庞先海，梁博渊，
申请(专利权)人：国网河北省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，河北省电力建设调整试验所，
类型：发明
国别省市：河北,13