高壓電纜狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在杭州地區(qū)的應(yīng)用

劉蒙，呂峻，趙明，洪曉東

（杭州市電力局，杭州310012）

高壓電纜狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在杭州地區(qū)的應(yīng)用

劉蒙，呂峻，趙明，洪曉東

（杭州市電力局，杭州310012）

高壓電纜在城市輸配電網(wǎng)中使用得越來越廣泛，而目前電纜的狀態(tài)監(jiān)測與缺陷診斷技術(shù)還不夠成熟。為了確保電纜的安全運行，杭州市電力局先后引進了高頻局部放電在線測試設(shè)備、振蕩波局放測試系統(tǒng)、接地電流與電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)、智能巡檢機器人等新技術(shù)。本文介紹了電纜監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用情況、各種監(jiān)測技術(shù)的特點以及相關(guān)使用經(jīng)驗。

高壓電纜；狀態(tài)監(jiān)測；局部放電；OWTS；接地電流；溫度

隨著我國城市化與工業(yè)化進程的加快，大中城市的電力需求正在逐步增加。電力電纜由于美觀、占地少、安全可靠已經(jīng)成為城市電力傳輸?shù)闹饕绞絒1]。以杭州為例，2011年全社會用電最大負荷突破1 100萬kW，在運行的220 kV電纜112 km，110 kV電纜372 km，35 kV電纜110 km，中心城市的電纜化率超過95%。

自上世紀80年代開始大規(guī)模建設(shè)電纜網(wǎng)架以來，越來越多的運行電纜開始進入老化階段，而電力電纜的檢測、維修技術(shù)仍比較滯后，如何監(jiān)測電纜的運行狀態(tài)、評估絕緣老化及剩余使用壽命是目前電纜運行維護領(lǐng)域的難題。

為此，杭州市電力局結(jié)合所轄電纜的敷設(shè)運行環(huán)境（包括溝道、排管與隧道），引進了多項電力電纜的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)設(shè)備，包括高頻局部放電（簡稱局放）在線測試設(shè)備、OWTS（振蕩波）局放測試系統(tǒng)、接地電流與電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)、智能巡檢機器人等。通過對高壓電纜的在線監(jiān)測，能及時發(fā)現(xiàn)電纜存在的缺陷，從而有效地預(yù)防電力電纜事故的發(fā)生，確保電力電纜的安全穩(wěn)定運行。

1 高頻局部放電帶電測試設(shè)備

高頻局部放電測試作為電纜內(nèi)部缺陷檢測的重要方法已被國內(nèi)外同行所認可。當電纜存在絕緣內(nèi)部雜質(zhì)、導(dǎo)體表面毛刺或半導(dǎo)電層突起等缺陷時，在工頻高壓作用下將會產(chǎn)生間歇性的高頻局部擊穿信號，該放電信號脈沖電流沿著電纜的軸向方向傳播，應(yīng)用電磁耦合法檢測通過接頭或者終端接地引線的局部放電信號，就可以判斷電纜終端或接頭是否存在缺陷[2]。

杭州市電力局目前有2套高頻局放帶電測試設(shè)備，分別為意大利Techimp公司和青島華電公司產(chǎn)品。2套設(shè)備的主要組成相同，包括信號采集單元（主機）、高頻TA（電流互感器）、同步線圈和專家診斷系統(tǒng)（軟件）4個部分。主要特點是：采樣頻率高（100 MHz）、頻帶寬（16 kHz～30 MHz）；具有信號特征提取與分離功能；軟件有專家識別系統(tǒng)。

2012年杭州市電力局用Techimp公司設(shè)備測試220 kV與35 kV電纜16條，未發(fā)現(xiàn)嚴重的局部放電問題。以下沙高教區(qū)內(nèi)的2回220 kV電纜為例，電纜型號YJLW03-1X2500，制造廠家沈陽古河，全長為5 700 m，每回線路有13個中間接頭，接地方式以交叉互聯(lián)單元為主，部分為接地-保護單元，2008年投運。通過對全線接頭接地箱進行測試，發(fā)現(xiàn)其中一條線路的10號直接箱中A與B兩相可能存在10 mV以下的局部放電信號，而C相沒有明顯局放特征，其中A相信號特征見圖1。因為該電纜放電信號幅值和頻率較低，判斷為電纜遠端局部放電的信號傳導(dǎo)過來，不會對電纜造成影響，但需要后續(xù)跟蹤測試。

通過電纜高頻局放帶電測試發(fā)現(xiàn)：高壓電纜接頭安裝工藝、運行狀態(tài)良好，未發(fā)現(xiàn)嚴重缺陷；對以溝管敷設(shè)的電纜，很難使用光纖通信進行遠程高頻局放監(jiān)測，適于應(yīng)用便攜式現(xiàn)場測試，但接地箱內(nèi)的接地引線空間過小，很多交叉互聯(lián)引線高頻TA無法卡入測量，給測試帶來不便；由于高頻TA是通過電磁耦合獲得放電信號，當接地電流超過20 A時存在嚴重的接地放電，不宜進行測量。

2 OWTS局放測試系統(tǒng)

OWTS是一種離線電纜局部放電檢測方法，通過對充電后流經(jīng)系統(tǒng)檢測回路的電纜放電電流中脈沖信號的分析與計算，實現(xiàn)電纜內(nèi)部局放電量值檢測和位置確定，可用于帶絕緣屏蔽結(jié)構(gòu)電纜全線本體和附件缺陷檢測。

在國內(nèi)已經(jīng)商用的電纜局部放電檢測設(shè)備中，OWTS是一種使用廣泛和有效的中低壓電纜離線局放測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作時直流電源對電容充電，通過設(shè)備電感與被測電纜電容發(fā)生諧振，在被測電纜端產(chǎn)生阻尼振蕩電壓，其諧振頻率范圍50～400 Hz左右，測試效果接近工頻[3]。

對田徑721線電纜（黃體變至田徑站）用OWTS（M60）系統(tǒng)進行了狀態(tài)檢測，該線長度1 022 m，中間接頭1個，加壓試驗測試結(jié)果及數(shù)據(jù)分析見表1、圖2與圖3。

根據(jù)測試結(jié)果可知在距黃體變477 m處C相中間接頭疑似存在局放現(xiàn)象。通過對該電纜C相疑似局放接頭的解剖，發(fā)現(xiàn)C相接頭主絕緣上存在兩道劃痕，如圖4所示。

在OWTS測試前，應(yīng)盡可能詳細地了解電纜長度、運行與檢修情況以及附件確切位置。局放信號波形分析遵循如下判斷原則：相似性原則；衰減性原則；局放反射波波形比入射波寬的原則。由于110 kV及以上電壓等級的電纜制作工藝嚴格、安排計劃停役困難，而且高等級的OWTS設(shè)備費用昂貴等原因，振蕩波局放測試系統(tǒng)一般用于中低壓電纜的狀態(tài)檢測。

3 接地電流與電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)

高壓單芯金屬護套電纜中工頻電流的交變磁場在金屬護套上將產(chǎn)生感應(yīng)電勢。若護套兩端直接接地或交叉互聯(lián)接地，三相金屬護套和大地形成環(huán)流，產(chǎn)生附加損耗，會降低電纜的壽命和輸送能力。

通過電纜溫度的長期監(jiān)測，結(jié)合負荷和環(huán)境溫度監(jiān)測可以間接掌握電纜的運行狀況，及時了解電纜護層的老化情況，并在接頭溫度急劇升高達到極限溫度時，發(fā)出報警信號提醒有關(guān)人員緊急處理，避免或減少故障的發(fā)生。

接地環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場采集設(shè)備主要由主線感應(yīng)取電電源裝置、接地環(huán)流采集裝置（無線型）組成，如圖5所示。主線感應(yīng)取電裝置利用TA電流環(huán)獲取感應(yīng)電流，經(jīng)整流穩(wěn)壓輸出12～15 V直流電，為接地環(huán)流采集裝置提供工作電源。接地環(huán)流采集裝置具備GPRS（通用分組無線服務(wù)技術(shù)）無線傳輸模式、短信傳輸模式，負責(zé)控制數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)發(fā)。

現(xiàn)場采集的狀態(tài)數(shù)據(jù)以GPRS方式，通過移動商APN（接入點）通道進入浙江省電力公司外網(wǎng)前置子系統(tǒng)，監(jiān)測裝置至前置子系統(tǒng)的通信規(guī)約采用浙江省電力公司的輸電線路在線監(jiān)測傳輸規(guī)約，經(jīng)安全平臺進行數(shù)據(jù)加/解密、身份認證等安全驗證處理后，進入部署于電力安全網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)網(wǎng)前置子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸至主站系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、處理和展示，如圖6所示。主站系統(tǒng)可以監(jiān)測現(xiàn)場采集設(shè)備狀態(tài)、閾值報警、接受監(jiān)測數(shù)據(jù)和日志信息以及配置現(xiàn)場采集設(shè)備。

該在線監(jiān)測系統(tǒng)能對接入的接地電流監(jiān)測裝置進行統(tǒng)一管理，監(jiān)測電纜監(jiān)測點的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并能根據(jù)設(shè)定的閥值進行告警，實現(xiàn)對接地環(huán)流精確測量及定時巡檢測量。

電纜溫度在線監(jiān)測有2種方式：一是與接地電流監(jiān)測系統(tǒng)類似，只是現(xiàn)場采集裝置換成了帶狀傳感器（防水等級IP68），適合溝管型電纜敷設(shè)方式，如圖7所示；二為光纖測溫系統(tǒng)，適合隧道式電纜敷設(shè)。

目前杭州市電力局已在環(huán)流/載流量比值較大的18條電力電纜線路中，安裝了75套接地電流在線監(jiān)測裝置，8條安裝了16套溫度在線監(jiān)測裝置，1條安裝了2套光纖測溫系統(tǒng)。這些在線監(jiān)測系統(tǒng)目前運行良好，初步實現(xiàn)了對接地環(huán)流、電纜接頭溫度的精確測量及定時巡檢測量，取代傳統(tǒng)人工方式的定期接地環(huán)流巡測，大大減輕現(xiàn)場測量的勞動強度，提高系統(tǒng)維護效率。

除了以上所述的電纜狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)外，杭州市電力局還與浙江大學(xué)聯(lián)合研制了電纜巡檢機器人，通過遠程控制機器人實現(xiàn)對電纜隧道走廊的定期巡視，以監(jiān)測隧道內(nèi)環(huán)境及地面沉降等。

4 結(jié)語

電力電纜是城市電力的主要傳輸通道，傳統(tǒng)的耐壓試驗、定期巡視和環(huán)流測試方法已經(jīng)很難檢測出電纜的深層缺陷，并且隨著線路的不斷增加，現(xiàn)有人力也無法滿足工作量的需求。因此，發(fā)展電力電纜的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，尤其是在線監(jiān)測技術(shù)成為評估電纜運行狀態(tài)、減少設(shè)備故障的重要手段。下一階段將通過對各種監(jiān)測手段獲取數(shù)據(jù)的積累，建立電纜運行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，以期通過長期的監(jiān)測分析電纜的運行趨勢，評估電纜的老化程度及剩余壽命等。

[1]江日洪.交聯(lián)聚乙烯電力電纜線路[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]段乃欣，羅俊華，邱昌，等.用于XLPE電力電纜局放檢測的寬頻帶電磁耦合法的研究[J].電線電纜，2002（2）: 24-26.

[3]張皓，唐嘉婷，張立志，等.振蕩波測試系統(tǒng)在電纜局放測試定位中的典型案例分析[J].電力設(shè)備，2008，9（12）: 31-34.

作者簡歷：劉蒙（1984-），男，河北衡水人，碩士，工程師，長期從事電力電纜高壓試驗工作。

（本文編輯：陸瑩）

Application of Condition Monitoring Technology for High-Voltage Cables in Hangzhou

LIU Meng，LYU Jun，ZHAO Ming，HONG Xiao dong
（Hangzhou Electric Power Bureau，Hangzhou 310012，China）

High-voltage cables have been increasingly widely used in urban transmission and distribution networks.However，the present technologies for condition monitoring and defect diagnosis are not mature.In order to ensure the safe operation of cables，Hangzhou Power Bureau has successively introduced high-frequency partial discharge on-line testing equipment，oscillation wave partial discharge test system（OWTS），grounding current and cable temperature on-line monitoring system,intelligent inspection robot and other new technologies.This paper briefly introduces the application of cable monitoring technology，characteristics of various monitoring technologies and the relevant practical experience.

high-voltage cable；condition monitoring；partial discharge；OWTS；grounding current；temperature

TM724:TP277

：B

：1007-1881（2013）11-0006-04

2013-08-13