110kV電力電纜金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測技術(shù)及其應(yīng)用

深圳供電局有限公司 郭偉華

1 110kV電力電纜運行管理中存在的問題

1.1 電纜護層絕緣與安裝工藝存在缺陷

110kV電力電纜的運行環(huán)境為強電場，因此極易因電纜護層絕緣的缺陷兒導致金屬護層多點接地，進一步增加護套損耗，嚴重影響了高壓電纜使用壽命，甚至會導致高壓電纜事故的發(fā)生。其次，電纜護層缺陷在潮濕環(huán)境下會出現(xiàn)水樹枝，并因電纜介質(zhì)損耗的加重而演變?yōu)殡姌渲?，高壓電纜發(fā)生絕緣擊穿的可能性也將提高。另外，110kV電力電纜的安裝工藝受天氣、人為因素影響較大，因此也存在一定缺陷，從而導致金屬護層的環(huán)流升高，電纜的使用壽命也大大降低。

1.2 接地裝置的盜竊現(xiàn)象嚴重

高壓電纜輸電線路屬于國家重要的基礎(chǔ)建設(shè)項目，在我國的社會經(jīng)濟發(fā)展中起著重要的推動作用，但是由于人為監(jiān)督不足以及行業(yè)內(nèi)部監(jiān)管不利，電壓電纜接地裝置遭到人為盜竊的情況時有發(fā)生。高壓電纜接地系統(tǒng)的損壞將會導致護套長期承受高電壓，從而大大降低了電纜的使用壽命，高壓電纜事故的發(fā)生率也大幅提高。近年來，電纜通道內(nèi)110kV高壓電纜線路被盜的情況越來越嚴重，電力管理部門也加強了高壓電纜附屬設(shè)備的防盜工作。

1.3 巡視與檢修工作不到位

科學的巡視與檢修時保障高壓電纜線路安全、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵，但是當前我國110kV電纜線路的巡視檢修工作存在諸多問題，對線路缺陷的巡視力度不高，難以掌握高壓電纜線路的運行狀況。另外，高壓電纜線路的檢修也多停留在計劃檢修模式階段，尚未建立科學的監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)，對電纜通道及其附屬設(shè)施的保護力度不高，缺少技防設(shè)備與有效的監(jiān)控手段，這也給110kV電纜線路的運行留下了較大的安全隱患。

1.4 電纜線路與市政設(shè)施建設(shè)出現(xiàn)沖突

社會經(jīng)濟的快速發(fā)展推動著城市化建設(shè)步伐的不斷加快，高壓電纜線路與供水排水、煤氣、天然氣的交匯面也不斷擴大，電纜線路與市政設(shè)施建設(shè)的沖突不斷凸顯。供水排水系統(tǒng)、煤氣管道、天然氣管道都給電纜線路帶來了巨大的安全隱患，加之欠缺科學的線路管道設(shè)計，電纜管道的運行環(huán)境也變得更為復雜，一旦發(fā)生意外事故，也將會造成重大的人員傷亡與經(jīng)濟損失。

2 高壓電纜金屬護層系統(tǒng)與環(huán)流檢測

針對當前我國110kV高壓電纜線路運行管理中存在問題，如何提高電纜線路運行狀態(tài)監(jiān)測也已經(jīng)成為我國現(xiàn)代化電網(wǎng)建設(shè)過程中亟待完善的問題。而電纜金屬護層系統(tǒng)與環(huán)流檢測作為高壓線路在線監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)，在探討在線監(jiān)測裝置的開發(fā)與應(yīng)用之前，應(yīng)首先對金屬護層系統(tǒng)與環(huán)流檢測有一定的了解。

2.1 接地系統(tǒng)

110kV高壓電纜線路采用單芯電纜，考慮到單芯電纜金屬護層與線芯交流電流產(chǎn)生的磁力線交鏈，在實際的運行管理過程中需要對感應(yīng)電壓進行控制，根據(jù)電纜設(shè)計長短可以采用單端保護接地以及交叉互聯(lián)接地。單端保護接地，多用于高壓電纜線路的兩組終端、兩組接頭以及終端和接口之間。交叉互聯(lián)接地，多用于長距離高壓電纜三段等長的電纜線路中。

2.2 接地環(huán)流過大的不良影響

圖2 110kV岸創(chuàng)Ⅰ線護套接線圖及在線監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)流記錄曲線

110kV高壓電纜線路接地環(huán)流的不良影響是多方面的，首先，接地環(huán)流過大將會影響電纜額定載流量，不經(jīng)交叉互聯(lián)兩端直接接地的電纜載流量約為無環(huán)流載流量的80%，因而高壓電纜線路多采用交叉互聯(lián)兩端接地來降低電纜環(huán)流對電路的影響。其次，接地環(huán)流過大將會使交叉互聯(lián)連接處發(fā)熱，而且電纜交叉互聯(lián)處的接觸不良也將導致互聯(lián)處發(fā)熱的出現(xiàn)。另外，接地環(huán)流過大將會產(chǎn)生額外損耗，從而降低高壓電纜的使用壽命，造成極大的線路浪費。

2.3 接地環(huán)流檢測

接地環(huán)流的檢測是線路運行監(jiān)控的重要內(nèi)容，傳統(tǒng)的接地環(huán)流檢測是在停電條件下測量外護層絕緣電阻，也可在帶電情況下借助電用鉗形電流表來對高壓電纜的金屬護層環(huán)流進行測量。但是停電測量對電路運行的影響過大，而手工環(huán)流檢測又具有一定的危險性和局限性，在這樣的背景下，有必要研究出應(yīng)用現(xiàn)代電力電子技術(shù)與計算機技術(shù)的高壓電纜金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測裝置，從而有效控制高壓電纜金屬護層系統(tǒng)環(huán)流，延長電纜線路的使用壽命。

3 110kV電力電纜金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計架構(gòu)與應(yīng)用功能分析

110kV電力電纜金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計必須滿足以下功能要求：基于PMS系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模塊，建立高壓電纜在線監(jiān)測功能；采用先進制造工藝以及太陽能取電、非接觸式感應(yīng)取電、無線通信技術(shù)等前沿科技；在線監(jiān)測裝置必須與監(jiān)控總站實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，并可將相關(guān)控制參數(shù)與裝置臺賬下發(fā)至前置系統(tǒng)。高壓電纜金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測裝置主要分為以下前端裝置與后臺主站檢測系統(tǒng)兩大部分，其中，前端裝置的電源取電技術(shù)為感應(yīng)取電、太陽能取電以及220V交流電取電，環(huán)流檢測裝置采用特殊設(shè)計的電流互感器作為感應(yīng)設(shè)置，超級電容作為緩沖儲能元件，從而在提高輸出功率的同時，降低了裝置的發(fā)熱量，延長了使用壽命。后臺主站檢測系統(tǒng)則主要包括在線裝置臺賬管理、系統(tǒng)自診斷、故障報警、記錄存儲展示、記查詢統(tǒng)計等幾個模塊。

3.2 金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用

本次研究的110k V電力電纜金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測裝置為深圳供電局輸電管理所于2012年12月安裝在110kV岸創(chuàng)Ⅰ線#3中間接頭處，采用交叉互聯(lián)接地，該在線檢測裝置的現(xiàn)場安裝示意如圖1所示。該檢測裝置能夠準確測量高壓電纜的接地環(huán)流數(shù)據(jù)，從而及時發(fā)現(xiàn)環(huán)流異常數(shù)據(jù)并報警，圖2為該線路的護層接線圖及該檢測裝置于2013年10月25日 22時04分18.025秒記錄的該電纜線路#3中間接頭護套環(huán)流數(shù)據(jù)，從以上數(shù)據(jù)，可觀測出電纜在未受外界干擾時，其正常環(huán)流值為15A，圖中異常環(huán)流值達到170A左右，為工頻振動，振動時間為340ms，約16個工頻周期，初步判斷應(yīng)為系統(tǒng)擾動所致。

圖1 金屬護層環(huán)流在線檢測裝置的現(xiàn)場安裝圖

4 結(jié)語

當前我國110kV電力電纜運行管理存在諸多方面的問題，電纜護層絕緣與安裝工藝存在缺陷，接地裝置的盜竊嚴重，巡視與檢修工作不到位，電纜線路與市政設(shè)施建設(shè)出現(xiàn)沖突，在這樣的背景下，努力提高高壓電纜運行管理水平、加強高壓電纜金屬護層在線監(jiān)測就顯得尤為重要。電纜護層的絕緣性能作為線路安全、穩(wěn)定運行的重要保障，科學有效的金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測裝置能夠在很大程度上提前監(jiān)測其電流變化從而避免電纜事故的發(fā)生，保證110kV高壓電纜線路的安全運行。

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