基于行波的电缆在线监测技术研究

假定M端为测量端，且行波从本端母线到故障点的传播方向为正方向。故障初始行波浪涌(以电流行波为例)到达M端时形成本端第1个反向行波浪涌，记为。该行波浪涌在M端母线的反射波形成本端第1个正向行波浪涌，记为，它将向故障点方向传播。行波浪涌到达故障点时将发生反射和透射，其中故障点反射波返回M端时表现为反向行波浪涌，记为，从测量点继续向故障点反射的正向行波浪涌，记为，依次类推。和分别表示所有来自故障方向的暂态电流行波浪通(反向行波浪涌)以及所有向着故障方向传播的暂态电流行波浪涌(正向行波浪涌)，可以证明来自故障方向的每一个电流行波浪涌与其在母线的反射波浪涌之间始终具有同极性的关系。
当电缆发生"可恢复故障"时，由故障点发出的第1个正向电流行波浪涌与其在故障点的反射波浪涌在波形上存在同极性相似、时延为2τ(τ为行波从测量点到故障点的传播时间)的关系，因而可以设计匹配滤波器检测故障点反射波浪涌。
由故障点发出的第1个正向电流行波浪涌为，t∈[0，△T]，其中△T略大于该行波浪涌所占的时间宽度，则匹配滤波器的冲击响应可以表示为：

△t为采样间隔。
当k=int(2τ／△t)时故障点反射波到达本端测量点，相应的匹配滤波器输出在k=int[(△T+2τ)／△t)时达到最大值。反之，设匹配滤波器输出在k=kmax时达到最大值，则故障点反射波到达本端测量点的时刻为t=kmax△t-△T。故障点到本端测量点的距离DL可以表示为：

式中v为波速度。
为了提高测距的精确度，我们采用多次测距综合分析的方法进行故障测距，即"打点法"。

如图4所示，横坐标表示测得故障的距离，纵坐标表示故障行波能量。对系统取得的每一次故障行波，都有一个故障测距结果，以及行波的能量值，在坐标轴上对应做出一个点代表此次行波。理论上讲，如果所做的点数趋近于无穷多，这些点的分布趋近于正态分布。可以取
所有点最密集的地区的中心，即正态分布的对称轴，作为最终的测距结果。

3 结束语
目前，本电缆故障在线监测项目已经在山东华聚能源公司济二矿电厂实施，在线监测装置已经对电厂最重要的10条6kV电缆实现了故障在线监测，已经监测到了600余次水树枝放电，并对其中放电频次最高的一条电缆进行了预警，同时准确地测出故障点在210m处。
通过理论研究及实际应用，本电缆故障在线检测技术已经成熟，完全可以实现运行电缆的在线动态监测，超前预测、预知电缆故障趋势信息，对于矿井安全生产，电力行业安全可靠供电具有极大的社会、安全和经济效益，推广前景良好。