一種高壓電纜及通道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)研究

陳 勇，王永君，郝 乾，周玉濤

（武漢朗德電氣有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

隨著我國電力行業(yè)的快速發(fā)展，高壓電纜線路的數(shù)量越來越多。高壓電纜線路在整個國家輸電網(wǎng)系統(tǒng)中占有極其重要的地位，因此確保高壓電纜線路的高效、安全、穩(wěn)定運行顯得尤為重要。針對高壓電纜線路運行管理的常規(guī)做法是人工操作模式，通過定期計劃停電進(jìn)行預(yù)防性試驗和人工巡查。一方面預(yù)防性試驗并不能保證試驗后不發(fā)生故障，另一方面人工效率低下，增加了設(shè)備停電次數(shù)，對運行良好的設(shè)備來說造成了試驗資源的浪費，甚至可能在試驗中引入了新的隱患[1]。

電力電纜在線監(jiān)測及診斷的任務(wù)是采用各種檢測、測量、監(jiān)視、分析和判別方法了解電纜的絕緣狀態(tài)。結(jié)合系統(tǒng)的歷史和現(xiàn)狀考慮環(huán)境因素，評估電纜絕緣狀態(tài)，判斷其處于正常或非正常狀態(tài)，并對狀態(tài)進(jìn)行顯示和記錄，對異常狀態(tài)發(fā)出報警，以便運行人員及時進(jìn)行處理，同時為設(shè)備的絕緣評估、合理使用和安全工作提供信息和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。

考慮到電力電纜的工作環(huán)境復(fù)雜，檢修復(fù)雜，日常維護(hù)開支巨大，提出了一種高壓電纜及通道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)[3]，能準(zhǔn)確和及時了解電力電纜的絕緣狀態(tài)，大幅度減少了日常維護(hù)的工作量和開支。同時，在線監(jiān)測的長期運行將會累積寶貴的歷史數(shù)據(jù)，為電力系統(tǒng)工作人員對電網(wǎng)輸電線路進(jìn)行系統(tǒng)評估提供了數(shù)據(jù)資源[4-5]。

1 高壓電纜及通道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)組成

高壓電纜及通道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示。它由傳感器、信號采集單元和監(jiān)控主機(jī)3部分組成，能對高壓交流電纜的運行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)或周期的監(jiān)測、分析與輔助診斷[6-7]。傳感器包含護(hù)層電流傳感器、運行電流傳感器等。信號采集單元[8]主要完成能量提取、電源管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和通信等功能。監(jiān)控主機(jī)則主要對狀態(tài)監(jiān)測量進(jìn)行處理、分析，實現(xiàn)對信號采集單元的管理。

2 傳感器模塊分析

CT電流傳感器整體應(yīng)采用開合鉗式結(jié)構(gòu)設(shè)計，磁芯應(yīng)采用硅鋼片的材質(zhì)，外表應(yīng)采用抗腐蝕工藝處理。CT電流傳感器應(yīng)用于護(hù)層電流暫態(tài)錄波實時展示和電力電纜護(hù)層接地電流數(shù)據(jù)的耦合，滿足線路短路等故障時的瞬態(tài)響應(yīng)。

圖1 高壓電纜及通道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電流傳感器完成接地電流和主纜電流測量，如圖2所示。其中接地電流傳感器量程為300 A，變比為300：5，精度為1%。主纜電流傳感器最大量程為1 000 A，量程為1 000：5，精度為1%。電流傳感器參數(shù)情況，如表1所示。

圖2 電流傳感器裝置圖

表1 電流傳感器參數(shù)表

3 信號采集單元分析

采集單元共包含電源板、通信處理單元、電流/電壓采集板以及高頻采集板等插件，如圖3所示。其中，電源板可配置為雙CT感應(yīng)取電板、交流電源板和直流電源板3種插件。通信處理單元實現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合處理、無線4G傳輸、以太網(wǎng)傳輸及RS485信號采集功能。

CT取電插件將感應(yīng)取電電流傳感器獲取的能量，經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等過程獲得穩(wěn)定的電壓信號。

圖3 采集單元結(jié)構(gòu)圖

如圖4所示，雙CT取電插件引入先進(jìn)的超級電容設(shè)計，可以保證在電力斷電后，系統(tǒng)保證工作10 min。超級電容的引入為數(shù)據(jù)采集單元提供了后備電源。超級電容在感應(yīng)取電電流傳感器獲取的電壓信號后，經(jīng)整流穩(wěn)壓為超級電容充電。當(dāng)無法獲取感應(yīng)電流或感應(yīng)電流無法滿足數(shù)據(jù)采集單元工作時，超級電容進(jìn)行放電為數(shù)據(jù)采集單元提供電能。

圖4 雙CT取電插件

4 監(jiān)控主機(jī)分析

監(jiān)控主機(jī)對狀態(tài)檢測量進(jìn)行處理、分析，實現(xiàn)對信號采集單元的管理，并能與綜合監(jiān)測分析系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化通信。監(jiān)控主機(jī)可以實現(xiàn)對信號采集單元的參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)召喚、對時、強(qiáng)制重啟等控制功能。

系統(tǒng)可實時展示護(hù)層接地電流、運行電流等數(shù)據(jù)。系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)對高壓電纜進(jìn)行狀態(tài)診斷，并將數(shù)據(jù)和診斷結(jié)果保存顯示。系統(tǒng)可顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時曲線，電纜運行維護(hù)人員可根據(jù)曲線信息了解電纜及通道的長期運行狀態(tài)。系統(tǒng)功能包括系統(tǒng)配置、全維度數(shù)據(jù)等模塊。顯示界面的操作如圖5和圖6所示。其中，圖5為首頁界面展示設(shè)備安裝線路位置、設(shè)備編號及設(shè)備在線狀態(tài)；圖6為數(shù)據(jù)曲線展示界面，展示電流、溫度、振動、電壓等參數(shù)的曲線狀態(tài)。

圖5 首頁界面

圖6 數(shù)據(jù)曲線顯示

5 結(jié) 論

針對電力電纜在線監(jiān)測及診斷復(fù)雜、成本高的問題，提出了一種高壓電纜及通道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)由傳感器、信號采集單元和監(jiān)控主機(jī)3部分組成，并對3個模塊的功能進(jìn)行了系統(tǒng)性描述，對監(jiān)測系統(tǒng)的3個部分進(jìn)行了詳細(xì)參數(shù)分析與功能介紹。最后，對監(jiān)測系統(tǒng)的通信方式以及界面顯示波形變化曲線進(jìn)行了分析。提出的這種高壓電纜及通道綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，能對數(shù)據(jù)采集單元采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺分析、統(tǒng)計，判斷故障發(fā)生的時間和地點，為電纜運行單位日常維護(hù)和檢修提供依據(jù)。