高壓電纜本體在線監(jiān)測系統(tǒng)的配置探討

吳秀球

（廣東威恒輸變電工程有限公司，廣東佛山528200）

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高壓電纜本體在線監(jiān)測系統(tǒng)的配置探討

吳秀球

（廣東威恒輸變電工程有限公司，廣東佛山528200）

摘要：根據(jù)佛山地區(qū)電纜工程情況，分析高壓電纜本體在線監(jiān)測系統(tǒng)的配置，總結(jié)實際經(jīng)驗，為該行業(yè)提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：電纜；在線；監(jiān)測；配置

隨著城市的發(fā)展，高壓電纜的應(yīng)用日益增長。高壓電纜本體在線監(jiān)控系統(tǒng)作為一種監(jiān)控電纜狀態(tài)的重要輔助設(shè)施，是很多重要電纜工程必不可少的配置，目前國內(nèi)還沒頒布關(guān)于高壓電纜本體在線監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)范。為密切監(jiān)視電纜的運行狀態(tài)，保證高壓電纜運行安全可靠，高壓電纜本體在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運而生。

高壓電纜本體在線監(jiān)測系統(tǒng)主要包括電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)、電纜護層接地電流在線監(jiān)測系統(tǒng)、電纜分布式光纖測溫系統(tǒng)以及電纜接頭多點測溫系統(tǒng)4種。利用電纜本體在線監(jiān)控手段，可以實時監(jiān)控電纜的局部放電信號、護層電流、電纜的運行溫度以及重點部位的溫度，通過多種監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合來判斷電纜的運行狀態(tài)，對異常情況及時發(fā)出預(yù)警信號，能夠使得問題在短時間內(nèi)及時解決，避免惡化，對保護電纜本身及相鄰線路的安全運行具有重大的意義［1］。

本文以佛山某220 kV隧道工程為例，淺談高壓電纜本體在線監(jiān)測系統(tǒng)在工程中的配置。該隧道共有四回路運行高壓電纜，其中220 kV兩回，110 kV兩回，每回路均分為3段，采用交叉互聯(lián)接地方式。該電纜工程用電負(fù)荷為十分重要的負(fù)荷，故非常有必要采取一定的電纜輔助設(shè)施來監(jiān)視電纜的運行狀況。該工程采用了上述4種在線監(jiān)測系統(tǒng)來監(jiān)控電纜本體運行狀態(tài)，目前已經(jīng)投產(chǎn)運行，監(jiān)測效果較好。

1電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)

1.1檢測原理

采用脈沖電流法作為電纜局部放電信號檢測手段，其局部放電測試回路如圖1所示。在電力設(shè)備局部放電檢測領(lǐng)域中，脈沖電流法是一種比較成熟的技術(shù)。近年來，隨著交流耐壓試驗取代直流耐壓試驗成為電力電纜交接和預(yù)防性試驗的主要手段，脈沖電流法將會更加廣泛地應(yīng)用到電力電纜局部放電檢測和定位中去。

圖1脈沖電流法局部放電測試回路

脈沖電流法的基本原理是：試品在加壓情況下發(fā)生局部放電時，兩端會產(chǎn)生一個瞬時的電壓變化，此時如果經(jīng)過一個耦合電容耦合到一個檢測阻抗上，回路中就會產(chǎn)生一個脈沖電流，將該脈沖電流流經(jīng)檢測阻抗產(chǎn)生的脈沖電壓予以采集、放大和顯示處理，就可測定局部放電基本量。

1.2系統(tǒng)配置

電纜局部放電在線監(jiān)測主要設(shè)備包括HFCT傳感器、局放信號采集裝置和站端服務(wù)器。隧道工程的電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)配置如圖2所示。

圖2電纜局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)配置

（1）HFCT傳感器。HFCT傳感器是基于脈沖電流法這一原理開發(fā)出來的應(yīng)用于電纜局部放電檢測的傳感器，該傳感器具有靈敏度高，信噪比高、無源等特點。該隧道工程HFCT傳感器有大口徑與小口徑兩種尺寸，大口徑主要安裝于電纜本體上，小口徑主要安裝于終端接地線或中間接頭交叉互聯(lián)箱同軸芯線或接地銅條上。

（2）局放信號采集裝置。局放信號采集裝置主要功能是對傳感器的信號進(jìn)行濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理，最后通過內(nèi)置的電光轉(zhuǎn)換模塊將信號以光的形式沿通信光纖上傳至主控室主機屏，適用于電纜隧道、坑道、豎井及戶外場地等各種環(huán)境。

2電纜護層接地電流在線監(jiān)測系統(tǒng)

2.1檢測原理

采用接地環(huán)流和負(fù)荷電流傳感器分別測量電纜護層上的環(huán)流和電纜本體上的負(fù)荷電流，這兩種傳感器也稱為霍爾電流傳感器，都是基于磁平衡式霍爾原理，即閉環(huán)原理。當(dāng)原邊IP電流產(chǎn)生的磁通通過高品質(zhì)磁芯集中在磁路中時，霍爾元件固定在氣隙中檢測磁通，通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補償電流，用于抵消原邊IP產(chǎn)生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。經(jīng)過特殊電路的處理，傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。當(dāng)金屬護層接地環(huán)流異常時，系統(tǒng)會自動報警，信號被實時傳送到集中監(jiān)控中心，將接地環(huán)流在線監(jiān)測設(shè)備測量數(shù)據(jù)與電纜負(fù)荷數(shù)據(jù)（電力調(diào)度中心提供）進(jìn)行對比和綜合分析，從而達(dá)到實時掌握電纜金屬護層接地系統(tǒng)的運行狀況的目的。

2.2系統(tǒng)配置

護層接地電流在線監(jiān)測系統(tǒng)的主要設(shè)備包括測量接地環(huán)流傳感器、測量負(fù)荷電流傳感器、采集器和站端服務(wù)器。

（1）接地環(huán)流傳感器。接地環(huán)流傳感器有兩種結(jié)構(gòu)，1）采用ABS塑料外殼，內(nèi)置電流變送器，磁芯采用硅鋼作為導(dǎo)磁材料；2）采用采用羅氏線圈（是一個均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線圈）與電流變送器一體化結(jié)構(gòu)，輸出信號是電流對時間的微分，通過一個對輸出的電壓信號進(jìn)行積分的電路，就可以真實還原輸入電流。這兩種接地環(huán)流傳感器均無需拆開被測主回路。

（2）負(fù)荷電流傳感器。負(fù)荷電流傳感器作用就是測量運行電纜本體的負(fù)荷電流，其原理與測量接地電流傳感器相同。

（3）采集器。采集器可以采集電纜三相的接地環(huán)流數(shù)據(jù)及負(fù)荷電流數(shù)據(jù)，保護箱內(nèi)裝配電光轉(zhuǎn)換模塊，將接地環(huán)流采集器數(shù)據(jù)上傳至主控室控制屏站端服務(wù)器。

接地電流在線監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)框架如圖3所示。

圖3電纜護層接地環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)框架

隧道工程的電纜護層接地電流在線監(jiān)測系統(tǒng)配置如圖4所示。

圖4電纜護層接地電流在線監(jiān)測系統(tǒng)配置

3電纜分布式光纖測溫系統(tǒng)

3.1檢測原理

分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)基于光纖拉曼（Raman）散射現(xiàn)象，激光器光源發(fā)出的光脈沖與光纖分子相互作用，發(fā)生散射，散射光有多種類型，如瑞利（Rayleigh）散射、布里淵（Brillouin）散射和拉曼散射等。其中拉曼散射與光纖分子的熱振動相關(guān)聯(lián)，因而對溫度敏感，可以用來進(jìn)行溫度測量［2］。

在光纖中，散射信號是連續(xù)的，通過使用高速信號采集技術(shù)測量入射光和拉曼散射光之間的時間間隔，可以得到拉曼散射光發(fā)生的位置，由于拉曼散射光對溫度敏感，所以可以沿著光纖測量到相應(yīng)的溫度分布。其原理如圖5所示。

圖5分布式光纖的檢測原理

3.2系統(tǒng)配置

電纜分布式光纖測溫的主要設(shè)備包括測溫光纖、智能光纖測溫主機、站端服務(wù)器，系統(tǒng)配置如圖6所示。

（1）測溫光纖。測溫光纖分為內(nèi)置式和外置式，本系統(tǒng)的測溫光纖主要是指內(nèi)預(yù)置測溫光纖引出端到主控室控制屏之間的外置部分。本系統(tǒng)采用的測溫光纖為通用型鎧裝感溫光纖，適用于對光纖抗破壞能力要求高的環(huán)境，采用雙層不銹鋼鎧裝結(jié)構(gòu)。

（2）光纖測溫機。光纖測溫主機有8個光輸入，一個以太網(wǎng)接口，兩個232數(shù)據(jù)串口。

圖6電纜分布式光纖測溫系統(tǒng)配置

4電纜分布式光纖測溫系統(tǒng)

4.1檢測原理

電纜接頭由于施工環(huán)境、人員操作、絕緣老化等各種因素，往往成為電纜運行的最薄弱環(huán)節(jié)。根據(jù)電纜故障原因統(tǒng)計，電纜90%以上的主體故障均發(fā)生在電纜接頭上，其中有相當(dāng)一部分電纜故障是慢慢積累起來的，主要表現(xiàn)形式是故障點的溫度異常。對電纜線路的接頭進(jìn)行溫度監(jiān)控，可及時、有效發(fā)現(xiàn)電纜潛在故障。

電纜分布式光纖測溫系統(tǒng)采用內(nèi)含6個間隔排列捆綁的PT100感溫探頭的測溫帶捆綁在電纜接頭上進(jìn)行測溫，每個接頭按品字形捆綁3根測溫帶。通過測溫帶重點多點測量接頭的溫度，將接頭的溫度信息通過巡檢裝置保護箱進(jìn)行采集和實時顯示，并將巡檢裝置的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)線傳至接地電流采集器保護箱內(nèi)的電光模塊，再以光纖上傳至主控室控制屏內(nèi)站端服務(wù)器。

4.2系統(tǒng)配置

電纜接頭多點測溫系統(tǒng)的主要設(shè)備包括數(shù)字測溫帶、多點測溫巡檢裝置和站端服務(wù)器。

（1）數(shù)字溫帶。數(shù)字測溫帶外殼為不銹鋼，所有材料均為非導(dǎo)磁材料，對電纜運行無影響。每相接頭捆綁3根測溫帶，中間接頭采用尼龍扎帶，終端接頭采用不銹鋼扎帶，如圖7、8所示。

圖7測溫帶在中間接頭的安裝

圖8測溫帶在終端場的安裝

（2）多點測溫巡檢裝置。多點測溫巡檢裝置配置情況為每相一臺，可連接3條測溫帶，共18個監(jiān)測點。終端場巡檢裝置保護箱安裝在電纜支架上，中間接頭巡檢裝置保護箱安裝在電纜接頭附近并靠近接地電流采集保護箱。

5　小結(jié)

電纜本體在線監(jiān)測手段還在發(fā)展階段，本文所述的4種電纜本體在線監(jiān)測手段，除了在隧道工程得到應(yīng)用外，在其他在建工程中也得到廣泛采納。采用電纜本體在線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠很好地幫助運行人員實時掌握電纜的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，保證電纜運行安全可靠，從而減少工作人員巡檢的次數(shù)，有利于進(jìn)一步保證巡檢人員的人身安全。這是未來電纜工程發(fā)展趨勢。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳鵬堃.電力隧道在線監(jiān)測及安全監(jiān)控技術(shù)探討［J］.技術(shù)應(yīng)用, 2014（13）:78- 79.

［2］曹華.電力電纜隧道綜合監(jiān)控系統(tǒng)研究與應(yīng)用［D］.保定:華北電力大學(xué), 2013.

【責(zé)任編輯：任小平renxp90@163.com】

Discussion on configuration of online monitoring system for high voltage cable

WUXiu- qiu
（Guangdong Weiheng Power Transmission and Distribution Engineering Co. Ltd., Foshan 528200, China）

Abstract:According to the cable engineering in Foshan area, this paper discusses the configuration of online monitoringsystemfor high voltage cable. The purpose is toshare practical experience and provide a reference.

Keywords:cable; online; monitoring; configuration

文章編號：1008- 0171（2016）01- 0083- 05

作者簡介：吳秀球（1989-），女，廣東佛山人，廣東威恒輸變電工程有限公司助理工程師。

收稿日期：2015-05-05

中圖分類號：TM71

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A