新型高壓電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

黃雙得 王韜

摘? 要： 新型的高壓電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障排查為主要目的。整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由監(jiān)控系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)、三維可視化和其他技術(shù)有效地結(jié)合在一起，并能夠讓電力電纜實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)維。本文主要對(duì)新型高壓電纜狀態(tài)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞： 新型;高壓電纜;監(jiān)測(cè)系統(tǒng);狀態(tài)

中圖分類號(hào)： TP3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.10.042

本文著錄格式：黃雙得，王韜. 新型高壓電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J]. 軟件，2019，40（10）：184186

Research on A New Kind of Condition Monitoring System of High Voltage Power Cables

HUANG Shuang-de， WANG Tao

（Kunming Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co.， Ltd.， Kunming， Yunnan 650000）

【Abstract】： The new type of condition monitoring system of high voltage power cables is mainly designed for condition monitoring and troubleshooting. The whole system consists mainly of monitoring system， early warning system and alarm system. Internet of Things， 3D visualization and other technologies are effectively integrated by this system and thus intelligent operation and maintenance of power cables can be achieved. This paper mainly focuses on the new type of condition monitoring system of high voltage power cables.

【Key words】： New-type; High voltage cable; Monitoring system; Condition

0? 引言

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，目前高壓電纜大量投入運(yùn)用。高壓電纜不僅是具有高價(jià)值的資產(chǎn)，而且也占據(jù)城市輸電工程項(xiàng)目的主導(dǎo)地位。但是，到目前為止都沒(méi)有有效的手段來(lái)全面監(jiān)測(cè)器運(yùn)行的狀態(tài)。雖然在一般情況下會(huì)采用停電試驗(yàn)來(lái)對(duì)電力電纜的情況進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估。但是包括測(cè)試人員的人身安全和其他細(xì)節(jié)問(wèn)題都沒(méi)有能夠被列入常規(guī)的檢測(cè)項(xiàng)目中。因此，本文主要對(duì)新型高壓電纜狀態(tài)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究，希望能夠給大家更多的參考性意見。

1? 研究背景

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)人民生活水平正不斷地提升，大家對(duì)電力和電能的需求也在不斷地增強(qiáng)。電能已經(jīng)成為了人們生產(chǎn)和生活中的必須用品。但是，隨著城市的不斷發(fā)展和地理空間變得越來(lái)越緊張，電力線路走廊和城市的發(fā)展產(chǎn)生了較大的矛盾，人們會(huì)對(duì)城市規(guī)劃建設(shè)提出更高的要求[1]。諸多架空線路在主干道和景觀道上會(huì)和城市整體發(fā)展的面貌顯得非常不和諧。

在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，其電力電纜的長(zhǎng)度和建設(shè)比重會(huì)不斷地增加。但是電力電纜都會(huì)采用隧道、穿管和直埋的方式敷設(shè)入地下。在日常運(yùn)行和維護(hù)的過(guò)程中，大家很難通過(guò)肉眼或者紅外測(cè)溫的方式來(lái)直接觀察其運(yùn)行的狀態(tài)。如果局部運(yùn)行的狀態(tài)出現(xiàn)異常，則很容易導(dǎo)致故障停運(yùn)，最終影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行。大家需要針對(duì)電纜局部放電、運(yùn)行溫度和絕緣強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，只有這樣才能夠提高電力電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)的水平[2]。

2? 電力電纜的概述

2.1? 電力電纜的概念

電纜主要可以用來(lái)輸送電能，是一種非常常見的電力設(shè)備。在電站內(nèi)部可以先引入電路，之后再穿過(guò)江海來(lái)形成一類輸電線路。一般而言，電力電纜在城市地下電網(wǎng)相對(duì)非常普遍，且使用的比重也在不斷地增加。

2.2? 電力電纜特點(diǎn)

目前，電力電纜在使用的過(guò)程中將會(huì)表現(xiàn)出各種特點(diǎn)。電纜除了能夠在導(dǎo)體內(nèi)部被廣泛使用之外，其周圍還包圍著各種類型的絕緣層。在絕緣層的外部還有著一層特殊的保護(hù)層，為的是能夠讓材料不受到潮氣和機(jī)械的損壞。為了減少電磁感應(yīng)的影響，一般都會(huì)在絕緣層和保護(hù)層之間加入半導(dǎo)體或者金屬屏蔽層。電力電纜一般都可以被鋪設(shè)在地下和水底等多種特殊的環(huán)境中。

3? 電纜運(yùn)行特點(diǎn)分析

電力電纜在運(yùn)行的過(guò)程中將會(huì)呈現(xiàn)浴盆曲線的模式進(jìn)行運(yùn)行。整體運(yùn)行的過(guò)程將會(huì)呈現(xiàn)如下幾個(gè)階段的特點(diǎn)：

第一，在初期運(yùn)行的階段，因?yàn)殡娎|的本體或者附件存在產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，又或者在安裝和建設(shè)的過(guò)程中存在著缺陷，所以電纜很容易在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)故障。第二，當(dāng)電纜被使用了3-15年的時(shí)間之后，電纜運(yùn)行的過(guò)程基本進(jìn)入了穩(wěn)定期，所以不太容易發(fā)生故障。即便是偶爾發(fā)生故障，也是因?yàn)槌被F(xiàn)象或者電纜本體絕緣枝狀老化而造成的。第三，當(dāng)電纜被使用超過(guò)15年之后，電纜和一些附件的材料也更容易發(fā)生老化的現(xiàn)象，在運(yùn)行的過(guò)程中更加容易發(fā)生故障。

所以在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，大家要加強(qiáng)對(duì)電纜局部放電、接地電流和運(yùn)行溫度進(jìn)行分析，這樣才能夠全面地判斷電纜運(yùn)行的狀態(tài)，并通過(guò)采用合適的措施來(lái)避免發(fā)生意外。

4? 新型高壓電力電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體框架

整個(gè)新型高壓電力電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以先掛接在選定的線路上，之后再連接到采集終端上部。直接將包括電流、電壓、溫度和外部溫度等信息傳輸?shù)叫畔⒅鳈C(jī)上。之后再通過(guò)配合GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇粨Q機(jī)內(nèi)部，并傳輸?shù)椒?wù)器內(nèi)部。服務(wù)器在進(jìn)行運(yùn)行和運(yùn)算處理之后就能夠?qū)⑾嚓P(guān)的信息全面集中在一起，并在之后形成日?qǐng)?bào)[3]。專業(yè)人員也就能夠?qū)⑼ㄐ沤粨Q機(jī)所發(fā)出的報(bào)警短信所發(fā)出的內(nèi)容在第一時(shí)間傳達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)，并在第一時(shí)間處理故障，這樣就能夠避免出現(xiàn)過(guò)大的事故。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。下面讓我們具體分析如下幾個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：

4.1? 系統(tǒng)主站

整個(gè)系統(tǒng)的主站是由通信交換機(jī)、服務(wù)器和UPS構(gòu)件組成的。通信交換機(jī)先接收位于檢測(cè)終端的信息。并在第一時(shí)間轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)警信息。在主站的內(nèi)部也可以采用SQL作為數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，并配合圖像和動(dòng)畫等方式來(lái)有效地顯示。管理人員就能夠在第一時(shí)間查看線路狀態(tài)和報(bào)警信息。必要時(shí)也需要通過(guò)修改終端設(shè)定值來(lái)生成合適的報(bào)表[4]。

4.2? 通信模塊

為了讓通信模塊更好地適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境。大家在建設(shè)的過(guò)程中需要結(jié)合設(shè)備絕緣、安全通信和數(shù)據(jù)帶寬等因素來(lái)有效地檢測(cè)終端和主機(jī)之間的通信狀態(tài)。另外，也要讓通信主機(jī)和系統(tǒng)主站之間有效地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，并配合MCU和GPRS模塊來(lái)一起發(fā)揮作用。

4.3? 終端采集裝置

終端采集裝置主要可以通過(guò)采集金屬保護(hù)層接地電流和電纜金屬保護(hù)層內(nèi)部所傳輸出來(lái)的信息將包括電纜外表溫度、電纜井溫濕度和固體顆粒含量等信息傳輸入電纜型的通信主機(jī)內(nèi)部。幾乎所有的終端裝置都會(huì)有自檢功能。在使用過(guò)程中，一定要保證終端裝置每天都保持正常工作的狀態(tài)。這樣才能夠防止因?yàn)檠b置被損壞而沒(méi)有辦法確定故障位置的情況[5]。

5? 新型高壓電力電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要功能

新型的高壓電力電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要可以有效地采集包括電纜護(hù)套電流、電壓和溫度等信息，并有效地傳輸?shù)酵ㄐ胖鳈C(jī)內(nèi)部。相關(guān)的信息又可以通過(guò)主機(jī)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心服務(wù)器的內(nèi)部[6]。內(nèi)部的服務(wù)器又可以直接對(duì)有關(guān)的信息進(jìn)行分析和處理，并在之后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)、界面顯示和聲光報(bào)警等功能。其具體的功能主要包括如下兩個(gè)方面。

5.1? 數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸

GPRS技術(shù)為最常用的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸技術(shù)，這是以GSM網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)所發(fā)展出來(lái)的一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。所有GPRS技術(shù)都是以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)的，并在建設(shè)的過(guò)程中全面支持包括IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等多種協(xié)議。GPRS技術(shù)能夠根據(jù)用戶實(shí)際的需求來(lái)有效地分配各類天線資源，并讓用戶全面共享各類資源[7]。

5.2? 電纜隧道內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理

這一模塊可以利用存在于電纜隧道內(nèi)部的采集系統(tǒng)來(lái)有效地監(jiān)測(cè)內(nèi)部的環(huán)境，并在實(shí)際操作的過(guò)程中記錄包括環(huán)境數(shù)據(jù)、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度和其他數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析之后，再有效地確定其變化趨勢(shì)。存在于系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫(kù)可以幫助大家在第一時(shí)間查詢歷史數(shù)據(jù)。如果一旦在建設(shè)的過(guò)程中發(fā)生了任何事故，大家可以在第一時(shí)間將數(shù)據(jù)調(diào)出，并查看有關(guān)的記錄[8]。

6? 應(yīng)用實(shí)際案例

例如，某新型高壓電力電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以在工作過(guò)程中對(duì)同一電纜線路的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。并在之后顯示出電纜電流、溫度和電壓等有關(guān)的參數(shù)。一旦運(yùn)行過(guò)程中，其電流值出現(xiàn)了任何異常情況，系統(tǒng)就需要進(jìn)行報(bào)警，并及時(shí)提醒相關(guān)人員進(jìn)行排查[3]。圖2有效地顯示了系統(tǒng)內(nèi)部記錄的歷史數(shù)據(jù)。工作人員可以先查看一段內(nèi)部的歷史數(shù)據(jù)，并在之后有效地分析數(shù)據(jù)所顯示的趨勢(shì)，方便大家更好地進(jìn)行下一步工作[9-10]。

7? 結(jié)論

綜上所述，本文先對(duì)電力電纜的概念和電力電纜的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并在之后分析新型高壓電力電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體框架。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，新型高壓電力電纜狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠發(fā)揮“數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸”和“電纜隧道內(nèi)部環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理”的功能，希望能夠給大家更多的參考性意見。

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