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摘 要：随着社会经济的发展与城市化进程的不断加快，电能在社会各个方面发挥的作用越来越突出，社会经济建设对于电力的依赖程度不断加深。因此，人们对配电网供电的稳定性与安全性提出了更高的要求。配电网线路绝缘状态在线监测能够进一步确保电力线路供电的安全性，其重要性不言而喻。基于此，本文笔者结合相关工作经验，通过建立各类数学模型，对配电网线路绝缘状态在线监测展开详细论述与分析，望借此为实际工作提供参考的依据，并为配电网线路的安全供电提供有力保障。
关键词：配电网线路；绝缘状态；在线监测；分析
中图分类号：TM855.2 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）35-0074-02
1 引 言
就当前实际状况而言，大多数工业、矿业都需要通过电缆实现长距离供电；因此，其往往都需要面临极其恶劣的运行环境，极易出现接地故障，从而导致电缆线路绝缘被严重破坏，诱发单相接地故障；不仅阻碍了企业的正常生产活动，而且给施工人员带来了极大的安全隐患，情节严重者会诱发安全事故。因此，深入研究配电网线路绝缘状态在线监测具有重要的现实意义。就目前来看，配电网线路的对地绝缘参数测量的主要方法有两种：①离线监测；②在线监测。但是由于离线监测通常需要在停电的状态下进行，从而影响企业的正常生产与发展，因此频率较低。
而在线监测是近些年来新兴发展起来的一种用于配电网線路绝缘状态监测的方法，其能够对不同线路绝缘存在的各种问题与状况进行实时监测，在保证配电网安全运行的基础上，强化了线路的绝缘预警功能。当前配电网线路绝缘状态在线监测主要使用到的方法有直流叠加法与直流分量法。这些监测方法的主要对象通常是交联聚乙烯110kV及其以上的高压电力电缆，无法对低压配网特别是电压等级不超过35kV的配电网线路绝缘状况进行检测。因此，相关部门需要就此进行不断完善与创新。
2 配电网电缆绝缘参数测的基本原理
以中性点经消弧线圈接地的系统为例来看，若是配电网众多馈线支路中的某一条出现单相接地故障，则整个系统都会出现零序电压。整个配电网包括三条支路，各支路中的三相对地电容完全相同，依次用分布参数C1、C2、C3进行表示；同时，各支路中的三相绝缘电阻也完成相同，依次用分布参数r1、r2、r3进行表示。若是其中的一条支路（本次研究假设N1支路的A相出现单项接地故障）出现单相接地故障，通过戴维南等效电理就能够计算出系统对地总的零序阻抗以及单相接地故障后线路产生的零序电压。
在零序电压的影响下，系统会随之出现零序电流，故障支路N1的的零序电流会流过该支路的绝缘电阻以及对地电容，从而形成闭合回路；而通过故障支路的零序电流互感器能够获取全部非故障支路、流经中性点消弧线圈的零序电流。
基于此，对于非故障线路来说，在线路出现单相接地故障后测得的相关线路以及中性点的零序电流，使用相关的数学公式模型，就能够较为精确的计算出其余非故障支路的具体绝缘电阻以及对地电容。但是，因为故障支路零序电流互感器不具备检测该条支护零序电流的功能，所以，无法直接获得故障支路的绝缘参数。
为了能够获得故障支路的绝缘参数，就需要重新在剩余两条支路中进行单项接地故障实验，即假设支路N2或者N3发生单项接地故障，则使用前文论述的零序电流获取方法，就能够计算出N1支路的绝缘参数。
3 调制信号基频分量的主要提取措施
过去调制信号基频分量的提取方法主要以DFT采样方法为主；这种采样方法具有明显的弊端，如：为了避免频谱泄漏，必须进行同步采样；获得的相位存在较大的误差。因此，本文笔者强化了半波傅里叶算法对谐波分量与非周期分量抑制能力的前提下，实行基于调制技术的基频提取方法。为了解决卡尔曼滤波算法中难以精确估计较为复杂的噪声参数问题，加入了具有较窄过渡带的切比雪夫低通滤波器。因此，本文收据数据的主要对象是线路出现单相接地故障后电流以及零序电压的稳态信号，所以说通过相关数学模型计算出的基频相位以及幅值从某种意义上来说等同于零序电压与不同支路零序电流的基频信号。如此这样，就能够精确计算出目标线路的实际对地绝缘参数。
4 测试过程中电压与时间的确定
4.1 测试电压
对绝缘电阻进行测试的过程中，必须对施加的直流电压进行合理控制。直流电压过低，则会降低测试的灵敏度以及测试结果的精确性；直流电压过高，则会使绝缘内部形成局部放电，不仅会破坏配电网线路的绝缘，而且会大幅降低测试的精确性。通常来说，35kV及其以下的电力电缆，其在测试过程中电压一般维持在100～3000V之间，具体数值需要视实际状况而定。
4.2 测试顺序
为了快速找到电力电缆在进行耐压试验的时候可能出现但却没有具体表现出现的各种缺陷，绝缘电阻测试应当尽可能安排在耐压试验之后。
4.3 测试中的读数时间
测试线路在施加相应等级的电压之后，线路绝缘会出现三种随着时间延长而不断减小的电流；基于此，从理论上来看，应当等到三种电流全部消失之后，才对导电电流的实际数值进行收集，从而精确计算出线路绝缘电阻的实际数值。但是，如果等待三种电流全部消失，就需要较长时间，会间接提高相关工作的量，同时还会带来各种不确定因素，从而影响系统的稳定性，最终影响测量的准确性。基于此，本次研究结合相关规范要求，在线路接通电流后1min进行读数；提高读数可比性与重复性的基础上，进一步提高测试结果的精确性与测试的效率。
5 试验结果讨论与性能评价
接下来，本文笔者将实施人工单相接地实验，为了最大限度模拟真实状况，使用隔离变压器代替系统电源，使用中性点经消弧线圈接地的方法，实际模拟的馈线仅有三条，具体长度分别为：14、12、10km。使用集中参数来代替线路对地分布参数，变压器二次电压为660V、一次电压为380V，通过Labview搜集卡记录四个不同检测点的电磁传感器实际发出的信号，每一个工频周期通常为128个点。
5.1 仿真算例1
第一次试验的时候把模拟馈线N2与变压器之间的距离拟定为10km，合闸角为90°；第二次试验的时候把模拟馈线N3与变压器之间的距离拟定为8km，合闸角同样是90°。两次试验测量接地电阻所得的绝缘参数误差不超过1%，但对地电容误差偏高；分析其原因，是由于低通滤波器设置参数错误引起的。基于此，笔者重新设计了低通滤波器的通带，从而尽可能降低测量误差。
5.2 仿真算例2
以仿真算例1位基础，让模拟馈线N2与N3分别在距离变压器10km的方位进行单项接地故障，其余基本参数与仿真算例1保持一致，只增大接地电阻。虽然绝缘参数实际误差略大，但仍在允许的范围之内，因此不会影响到最终的试验结果。
5.3 仿真算例3
以仿真算例1为基础，保持单项接地故障的接地电阻与初始相位与仿真算例1中对应的数值保持一直；区别在于第一次试验N2和变压器之间的距离调整为8km，而第二次试验N3与变压器之间的距离调整为12km。实验结果表明，随着故障距离的不断增加，同样会增加测量的误差，但是不会对最终的实验结果产生影响。
综上所述，在实际监测过程中无需考虑故障距离、接地电阻以及故障出相角等相关因素。
6 结束语
通过本文的论述，现场单相接地故障的关键信息数据实施记录以及单相接地实验的稳态测量方法在不同种类的中性点接地方式中都能够实际应用，同时测量结果更为精确。不仅如此，这种方式还可以为配电网线路绝缘状态的在线监测提供指导，但实际操作需进一步深入研究。
参考文献
[1]张 磊.智能变电站在线监测系统的建设及运行研究[D].山东大学，2017.
[2]张 然.XLPE电缆的绝缘状态评价、预测和可靠性评估[D].华南理工大学，2017.
[3]梁 睿，赵国栋，王崇林，张栋梁.配电网线路绝缘状态在线监测研究[J].电工技术学报，2013，28（S2）：331～336.
收稿日期：2018-11-3
作者简介：邓淑雄（1985-），男，工程师，硕士，主要从事配网运行检修和供电服务工作。
关键词：配电网线路；绝缘状态；在线监测；分析
中图分类号：TM855.2 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）35-0074-02
1 引 言
就当前实际状况而言，大多数工业、矿业都需要通过电缆实现长距离供电；因此，其往往都需要面临极其恶劣的运行环境，极易出现接地故障，从而导致电缆线路绝缘被严重破坏，诱发单相接地故障；不仅阻碍了企业的正常生产活动，而且给施工人员带来了极大的安全隐患，情节严重者会诱发安全事故。因此，深入研究配电网线路绝缘状态在线监测具有重要的现实意义。就目前来看，配电网线路的对地绝缘参数测量的主要方法有两种：①离线监测；②在线监测。但是由于离线监测通常需要在停电的状态下进行，从而影响企业的正常生产与发展，因此频率较低。
而在线监测是近些年来新兴发展起来的一种用于配电网線路绝缘状态监测的方法，其能够对不同线路绝缘存在的各种问题与状况进行实时监测，在保证配电网安全运行的基础上，强化了线路的绝缘预警功能。当前配电网线路绝缘状态在线监测主要使用到的方法有直流叠加法与直流分量法。这些监测方法的主要对象通常是交联聚乙烯110kV及其以上的高压电力电缆，无法对低压配网特别是电压等级不超过35kV的配电网线路绝缘状况进行检测。因此，相关部门需要就此进行不断完善与创新。
2 配电网电缆绝缘参数测的基本原理
以中性点经消弧线圈接地的系统为例来看，若是配电网众多馈线支路中的某一条出现单相接地故障，则整个系统都会出现零序电压。整个配电网包括三条支路，各支路中的三相对地电容完全相同，依次用分布参数C1、C2、C3进行表示；同时，各支路中的三相绝缘电阻也完成相同，依次用分布参数r1、r2、r3进行表示。若是其中的一条支路（本次研究假设N1支路的A相出现单项接地故障）出现单相接地故障，通过戴维南等效电理就能够计算出系统对地总的零序阻抗以及单相接地故障后线路产生的零序电压。
在零序电压的影响下，系统会随之出现零序电流，故障支路N1的的零序电流会流过该支路的绝缘电阻以及对地电容，从而形成闭合回路；而通过故障支路的零序电流互感器能够获取全部非故障支路、流经中性点消弧线圈的零序电流。
基于此，对于非故障线路来说，在线路出现单相接地故障后测得的相关线路以及中性点的零序电流，使用相关的数学公式模型，就能够较为精确的计算出其余非故障支路的具体绝缘电阻以及对地电容。但是，因为故障支路零序电流互感器不具备检测该条支护零序电流的功能，所以，无法直接获得故障支路的绝缘参数。
为了能够获得故障支路的绝缘参数，就需要重新在剩余两条支路中进行单项接地故障实验，即假设支路N2或者N3发生单项接地故障，则使用前文论述的零序电流获取方法，就能够计算出N1支路的绝缘参数。
3 调制信号基频分量的主要提取措施
过去调制信号基频分量的提取方法主要以DFT采样方法为主；这种采样方法具有明显的弊端，如：为了避免频谱泄漏，必须进行同步采样；获得的相位存在较大的误差。因此，本文笔者强化了半波傅里叶算法对谐波分量与非周期分量抑制能力的前提下，实行基于调制技术的基频提取方法。为了解决卡尔曼滤波算法中难以精确估计较为复杂的噪声参数问题，加入了具有较窄过渡带的切比雪夫低通滤波器。因此，本文收据数据的主要对象是线路出现单相接地故障后电流以及零序电压的稳态信号，所以说通过相关数学模型计算出的基频相位以及幅值从某种意义上来说等同于零序电压与不同支路零序电流的基频信号。如此这样，就能够精确计算出目标线路的实际对地绝缘参数。
4 测试过程中电压与时间的确定
4.1 测试电压
对绝缘电阻进行测试的过程中，必须对施加的直流电压进行合理控制。直流电压过低，则会降低测试的灵敏度以及测试结果的精确性；直流电压过高，则会使绝缘内部形成局部放电，不仅会破坏配电网线路的绝缘，而且会大幅降低测试的精确性。通常来说，35kV及其以下的电力电缆，其在测试过程中电压一般维持在100～3000V之间，具体数值需要视实际状况而定。
4.2 测试顺序
为了快速找到电力电缆在进行耐压试验的时候可能出现但却没有具体表现出现的各种缺陷，绝缘电阻测试应当尽可能安排在耐压试验之后。
4.3 测试中的读数时间
测试线路在施加相应等级的电压之后，线路绝缘会出现三种随着时间延长而不断减小的电流；基于此，从理论上来看，应当等到三种电流全部消失之后，才对导电电流的实际数值进行收集，从而精确计算出线路绝缘电阻的实际数值。但是，如果等待三种电流全部消失，就需要较长时间，会间接提高相关工作的量，同时还会带来各种不确定因素，从而影响系统的稳定性，最终影响测量的准确性。基于此，本次研究结合相关规范要求，在线路接通电流后1min进行读数；提高读数可比性与重复性的基础上，进一步提高测试结果的精确性与测试的效率。
5 试验结果讨论与性能评价
接下来，本文笔者将实施人工单相接地实验，为了最大限度模拟真实状况，使用隔离变压器代替系统电源，使用中性点经消弧线圈接地的方法，实际模拟的馈线仅有三条，具体长度分别为：14、12、10km。使用集中参数来代替线路对地分布参数，变压器二次电压为660V、一次电压为380V，通过Labview搜集卡记录四个不同检测点的电磁传感器实际发出的信号，每一个工频周期通常为128个点。
5.1 仿真算例1
第一次试验的时候把模拟馈线N2与变压器之间的距离拟定为10km，合闸角为90°；第二次试验的时候把模拟馈线N3与变压器之间的距离拟定为8km，合闸角同样是90°。两次试验测量接地电阻所得的绝缘参数误差不超过1%，但对地电容误差偏高；分析其原因，是由于低通滤波器设置参数错误引起的。基于此，笔者重新设计了低通滤波器的通带，从而尽可能降低测量误差。
5.2 仿真算例2
以仿真算例1位基础，让模拟馈线N2与N3分别在距离变压器10km的方位进行单项接地故障，其余基本参数与仿真算例1保持一致，只增大接地电阻。虽然绝缘参数实际误差略大，但仍在允许的范围之内，因此不会影响到最终的试验结果。
5.3 仿真算例3
以仿真算例1为基础，保持单项接地故障的接地电阻与初始相位与仿真算例1中对应的数值保持一直；区别在于第一次试验N2和变压器之间的距离调整为8km，而第二次试验N3与变压器之间的距离调整为12km。实验结果表明，随着故障距离的不断增加，同样会增加测量的误差，但是不会对最终的实验结果产生影响。
综上所述，在实际监测过程中无需考虑故障距离、接地电阻以及故障出相角等相关因素。
6 结束语
通过本文的论述，现场单相接地故障的关键信息数据实施记录以及单相接地实验的稳态测量方法在不同种类的中性点接地方式中都能够实际应用，同时测量结果更为精确。不仅如此，这种方式还可以为配电网线路绝缘状态的在线监测提供指导，但实际操作需进一步深入研究。
参考文献
[1]张 磊.智能变电站在线监测系统的建设及运行研究[D].山东大学，2017.
[2]张 然.XLPE电缆的绝缘状态评价、预测和可靠性评估[D].华南理工大学，2017.
[3]梁 睿，赵国栋，王崇林，张栋梁.配电网线路绝缘状态在线监测研究[J].电工技术学报，2013，28（S2）：331～336.
收稿日期：2018-11-3
作者简介：邓淑雄（1985-），男，工程师，硕士，主要从事配网运行检修和供电服务工作。