(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211315493.9 (22)申请日 2022.10.26 (71)申请人 昆明理工大 学 地址 650000 云南省昆明市呈贡大 学城景 明南路727号 (72)发明人 李露露　周新月　张明保　钟羽朋　 (74)专利代理 机构 北京市盈科律师事务所 11344 专利代理师 荔恒辉 (51)Int.Cl. G01R 31/08(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 113/16(2020.01) (54)发明名称 一种电缆内部多形态电弧故障模型 (57)摘要 本发明公开了一种电缆内部多形态电弧故 障模型。 实验表明， 产生于线芯与金属屏蔽层间 的电缆内部电弧呈现出多种形态。 本发明基于实 验数据分析， 将电缆内部电弧归结为振荡形态、 稳态形态和半稳态形态三种形态， 并据此提出了 一种电缆内部多形态电弧故障模 型。 该模型核心 部分包含以三角 波控高斯随机脉冲函数构建的 振荡电弧模块； 以1/2余弦 ‑1/4正弦函数构建的 稳态电弧模块； 以占比控制电路构建的半稳态电 弧模块。 然后以随机切换模块选择电弧形态、 以 故障时序模块控制起弧时间点， 最终输出动态时 变的电弧电导以控制多形态电弧故障过程。 本发 明首次提出了以多形态形式构建电缆电弧故障 模型， 发掘了电缆内部电弧故障的独特波形特 征， 丰富了电缆电弧故障的随机多样性， 为电缆 电弧故障分析提供了全新的模型基础。 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 CN 115508669 A 2022.12.23 CN 115508669 A 1.一种电缆内部多形态电弧故障模型， 其特征在于： 该模型包括三个典型电缆内部电 弧形态的核心子模块， 以及随机切换模块和故障时序模块； 所述的核心子模块在随机切换 模块、 故障时序模块控制下随机输出三种电缆内部电弧形态中的任意一种电弧电导， 以控 制电缆多 形态电弧故障过程； 所述的三个核心子模块为： 振荡电弧模块、 稳态电弧模块和半 稳态电弧模块。 2.根据权利要求1所述的一种电缆内部多形态电弧故障模型， 其特征在于： 所述的振荡 电弧模块， 其内部由三角波控高斯随机脉冲函数控制产生振荡电弧电导Gosci(t)， 具体控制 函数为： 式中， 为电弧电导在振荡期间的平均峰值； t0为脉冲起始时间点； σ 为用于控制脉冲 宽度的时间常数； 振荡控制函 数 为以平均频率fosci、 振幅[‑1/(2fosci)， 1/(2fosci)] 振荡n次的三角波函数。 3.根据权利要求1所述的一种电缆内部多形态电弧故障模型， 其特征在于： 所述的稳态 电弧模块， 其内部由1/2余弦 ‑1/4正弦函数控制产生稳态电弧电导Gstab(t)， 具体控制函数 为： 式中， Agc为电弧电导一阶导数在跌落区的三角函数幅值； Ags为电弧电导一阶导数在保 持区的三角函数幅值； Ts为稳态电弧燃弧持续时间； Dc为跌落区相对于Ts的占比百分数； t0 为脉冲起始时间点。 4.根据权利要求1所述的一种电缆内部多形态电弧故障模型， 其特征在于： 所述的半稳 态电弧模块， 其内部由振荡电弧模块和稳态电弧模块的输出以占比控制得到半稳态电弧电 导Gsemi(t)， 具体控制函数为： 式中， Tsemi为半稳态电弧燃弧持续时间； Dsemi为该电弧的振荡阶段相对于Tsemi的占比百 分数； t0为脉冲起始时间点。 5.根据权利要求1所述的一种电缆内部多形态电弧故障模型， 其特征在于： 所述的随机 切换模块由时间元件、 逻辑 开关元件和触发器构成。 6.根据权利要求1所述的一种电缆内部多形态电弧故障模型， 其特征在于： 所述的故障 时序模块由导数 元件、 时间元件和触发器构成。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115508669 A 2一种电缆内部多形 态电弧故障模型 技术领域 [0001]本发明属于电力电缆 技术领域， 具体涉及一种电缆内部多形态电弧故障模型。 背景技术 [0002]10kV配电网系统中广 泛使用的地下电力电缆具有金属护层的多层绝缘结构， 且其 金属护层通常经过接地极直接接地。 当电缆出现局部绝缘缺陷时， 会由线芯 →主绝缘层 → 金属护层(地) →填充层→铠装层→外绝缘护套 →敷设环境(空气/土壤)→大地的路径逐步 击穿， 并伴 随弧光放电现象。 然而， 电缆的多层绝缘介质劣化并非一蹴而就， 是一个逐步演 变的自然过程， 加之我国配电网采用小电流接地系统， 故障电流大小一般仅为数安培， 导致 上述多层绝缘介质不容易一次性完全对地击穿， 因此电缆往往容易先于对地击穿前， 就通 过最短接地路径， 即线芯至金属护层(地)， 长期性 地形成内部间歇性电弧故障。 [0003]作为介于局部放电和永久性故障之间的一种常见初期故障形态， 电缆内部间歇性 电弧具有故障电气量幅值相对较高、 故障波形畸变特征明显的特点， 是极具研究价值并作 为重点关注的一种预警性故障类别。 [0004]目前， 借助电弧模型产生独特电弧电压故障波形是绝大部分电弧故障检测方法设 计的关键。 现有模型所模拟的电弧波 形特征为： 电弧电压以近似方波持续数个工频周期、 电 弧电流存在明显的周期性零休现象。 该典型特征波形来源于主体产生于空气 中的电弧， 然 而事实上， 电缆内部电弧与弧光对地击穿电弧存在诸多不同： 电缆内部电弧比弧光对地击 穿电弧更为早期， 燃弧路径由电缆绝缘介质所包裹， 不受外界环境的影响， 且燃弧空间密 闭、 燃弧路径短， 这些区别因素决定了电缆内部电弧应当具有与弧光对地击穿电弧不同的 特性， 同时也影响着电弧故障电压的波形 形状及其相应模型的构建。 发明内容 [0005]针对上述问题， 本发明通过高压实验， 以我国配电网中广泛使用的10kV交联聚乙 烯电力电缆为对 象， 模拟在电缆线芯与金属护层之间产生内部电弧故障， 证实了其波形形 状与弧光对地击穿电弧波形存在本质差异， 并存在多种 形态的事实。 基于所测量的电缆内 部电弧主 要波形形态， 分析总结其主 要特征， 提出了一种电缆内部多形态电弧故障模型。 [0006]本发明是通过如下技 术方案来实现的： [0007]一种电缆内部多形态电弧故障模型， 该模型包括三个典型电缆内部电弧形态的核 心子模块， 以及随机切换模块和故障时序模块； 所述的核心子模块在随机切换模块、 故障时 序模块控制下随机输出三种电缆内部电弧形态中的任意一种电弧电导Garc， 以控制电缆多 形态电弧故障过程； 所述的三个核心子模块为： 振 荡电弧模块、 稳态电弧模块和半稳态电弧 模块。 [0008]所述的振荡电弧模块， 其内部由三角波控高斯随机脉冲函数控制产生振荡电弧电 导Gosci(t)， 具体控制函数为：说　明　书 1/3 页 3 CN 115508669 A 3