供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)電纜絕緣性能技術(shù)的分析和應(yīng)用

湖南長(zhǎng)峰電力集團(tuán)股份有限公司 黃榮波

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的深入發(fā)展，相應(yīng)的供電系統(tǒng)也在不斷完善，而電纜作為整個(gè)電力系統(tǒng)中的重要基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備，電纜的質(zhì)量和水平也在一定程度上影響著整個(gè)輸配電網(wǎng)絡(luò)的效率和質(zhì)量，在電纜接收驗(yàn)貨時(shí)，往往需要通過(guò)試驗(yàn)獲取相應(yīng)的驗(yàn)收數(shù)據(jù)，確保電纜質(zhì)量過(guò)關(guān)，當(dāng)電纜應(yīng)用于供電系統(tǒng)時(shí)，需要供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)其相應(yīng)的質(zhì)量和參數(shù)，以便于更好地進(jìn)行電纜檢修工作[1]。

2 供電系統(tǒng)電纜絕緣性在線監(jiān)測(cè)技術(shù)內(nèi)涵

電纜作為供電系統(tǒng)中的重要組成構(gòu)件，電纜能夠?yàn)檎麄€(gè)供電系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的電力供給，但從實(shí)際出發(fā)，在部分環(huán)境條件下，電纜往往鋪設(shè)于較為復(fù)雜的環(huán)境當(dāng)中，受到外界因素的影響較大，導(dǎo)致其絕緣性能會(huì)出現(xiàn)一定的下降，甚至出現(xiàn)供電故障等問(wèn)題[2]。因此，需要對(duì)于供電系統(tǒng)電纜的絕緣性進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，確保能夠?qū)╇娤到y(tǒng)的供電能力進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)控，防止供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障，阻礙居民的日常生活及生產(chǎn)活動(dòng)。

3 供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)電纜絕緣性能的重要性

目前來(lái)看，我國(guó)供電系統(tǒng)多應(yīng)用于現(xiàn)代化城市建筑、科研、工業(yè)生產(chǎn)等環(huán)節(jié)，供電系統(tǒng)能否安全運(yùn)行，直接影響著人們的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)，對(duì)于供電系統(tǒng)進(jìn)行電纜絕緣性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是保障人們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)活動(dòng)開(kāi)展的先決條件，需要根據(jù)相應(yīng)的日常生活供電需求和工業(yè)生產(chǎn)電力需求，在供電系統(tǒng)的安裝、運(yùn)營(yíng)、檢修、維護(hù)等方面投入大量的成本，并且對(duì)相應(yīng)技術(shù)人員的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)范。在對(duì)我國(guó)供電系統(tǒng)中的相應(yīng)故障檢測(cè)和分析后，供電系統(tǒng)的安全故障往往是由于電纜絕緣性能故障所導(dǎo)致的[3]。因此，對(duì)供電系統(tǒng)電纜絕緣性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能夠有效提升整個(gè)供電系統(tǒng)的技術(shù)水平，且由于實(shí)時(shí)檢測(cè)的特點(diǎn)，相應(yīng)的工作人員能夠?qū)﹄娎|的絕緣性能進(jìn)行快速的檢查，在整個(gè)供電系統(tǒng)的故障排查時(shí)，也能夠提升其工作效率，增強(qiáng)了工作人員的判斷精度和準(zhǔn)度，減小了供電系統(tǒng)故障帶來(lái)的影響，為相應(yīng)居民的人身財(cái)產(chǎn)、生產(chǎn)安全帶來(lái)了保障。因此，應(yīng)當(dāng)通過(guò)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)電纜絕緣性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障供電系統(tǒng)在人們的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)中發(fā)揮重要作用。

4 供電系統(tǒng)電纜絕緣性能實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)例

4.1 項(xiàng)目概況

在結(jié)合供電系統(tǒng)電纜絕緣性能實(shí)施監(jiān)測(cè)科學(xué)化流程后，以相應(yīng)的實(shí)例作為判斷標(biāo)準(zhǔn)，本項(xiàng)目以某礦區(qū)供電系統(tǒng)中電纜的使用情況基礎(chǔ)，基于調(diào)制技術(shù)的機(jī)頻信號(hào)提取方法，對(duì)礦區(qū)中的供電系統(tǒng)電纜絕緣性能參數(shù)進(jìn)行分布式測(cè)量，計(jì)算其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)評(píng)估，分析電纜絕緣性能的絕緣狀況，通過(guò)軟件系統(tǒng)建立相應(yīng)的絕緣參數(shù)分布預(yù)警機(jī)制，結(jié)合相應(yīng)的預(yù)警值設(shè)置提醒供電系統(tǒng)電纜絕緣性能實(shí)施監(jiān)測(cè)人員及時(shí)進(jìn)行檢修和維護(hù)。

4.2 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)方法

在對(duì)供電系統(tǒng)電纜絕緣性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)，其電纜絕緣性能的變化程度是影響整個(gè)供電系統(tǒng)電力故障判斷結(jié)果的關(guān)鍵，大多數(shù)情況下，供電系統(tǒng)電纜絕緣性能現(xiàn)象的產(chǎn)生，都不是在一個(gè)短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的，往往是由于長(zhǎng)期環(huán)境或作業(yè)條件影響，使其出現(xiàn)不同程度的老化，進(jìn)而形成供電系統(tǒng)故障[4]。

4.3 設(shè)備硬件構(gòu)成

對(duì)于供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)電纜絕緣性的檢測(cè)及整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件，需要的設(shè)備包括：第一，工控機(jī)是電纜絕緣性能檢測(cè)的重要設(shè)備，對(duì)于工控機(jī)的選擇，通常選擇抗沖擊力強(qiáng)，防塵、防潮、防磁性能好的設(shè)備，并配備相應(yīng)的底板裝置，包含ISA 和PCI插槽及配套電源，應(yīng)具備相應(yīng)的抗干擾性強(qiáng)、散熱性能好、能耗低、高穩(wěn)定性等特點(diǎn)。第二，需要配備電纜信號(hào)的調(diào)理部件裝置，通常來(lái)看，在相應(yīng)的電纜數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集芯片中，其供電系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)，輸出電壓為0～5V，在CT 中顯示的信號(hào)為0.100mA 區(qū)間，只需要將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的有效電壓數(shù)據(jù)，對(duì)電纜性能的電壓和電流轉(zhuǎn)換能有著實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。第三，穿心式變壓器。第四，數(shù)據(jù)采集CPU。對(duì)于數(shù)據(jù)的采集CPU 是起到了將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息的作用，使得在電纜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集后，能夠?qū)⑵浼皶r(shí)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，供使用者進(jìn)行檢查和處理。

4.4 檢測(cè)信號(hào)處理方法

在整個(gè)供電系統(tǒng)電纜絕緣性能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的環(huán)節(jié)上，對(duì)檢測(cè)信號(hào)的處理方法是系統(tǒng)的核心技術(shù)。在信號(hào)的收集環(huán)節(jié)上，供電系統(tǒng)對(duì)于監(jiān)測(cè)信號(hào)處理整個(gè)流程，需通過(guò)相應(yīng)的信息收集裝置將收集來(lái)的信息轉(zhuǎn)化為電子信息，并通過(guò)信息處理和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)電壓和數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換，再結(jié)合A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)最終轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，在此過(guò)程的轉(zhuǎn)換方面，會(huì)有一定的噪聲出現(xiàn)。由于相應(yīng)的信號(hào)收集裝置在信號(hào)收集過(guò)程中，容易受到其他環(huán)境因素的影響，結(jié)合相應(yīng)實(shí)例。在實(shí)例中采用羅氏線圈繞制在非磁性環(huán)形骨架上，其基本的測(cè)量原理是基于安培環(huán)路定律，羅氏線圈結(jié)構(gòu)和等效線路如圖1所示。

圖1 羅氏線圈結(jié)構(gòu)和等效線路

如圖1圖所示，羅氏線圈結(jié)構(gòu)能夠有效地測(cè)量供電系統(tǒng)中電纜的絕緣性能參數(shù)，當(dāng)供電系統(tǒng)中電纜發(fā)生異常時(shí)，其放電電流信號(hào)經(jīng)過(guò)線路的傳播到安裝有HFCT 測(cè)量傳感器的位置后，該電流信號(hào)會(huì)在架空絕緣線周?chē)a(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)，而HFCT 線圈組會(huì)感應(yīng)到磁場(chǎng)并產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電壓，該電壓正比于該處流過(guò)的電流信號(hào)的微分值，再通過(guò)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，可以測(cè)算得到相應(yīng)的放電電流信號(hào)[5]。

HFCT 的積分電路模式可以通過(guò)外積分電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，也可以通過(guò)內(nèi)積分電路進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)參數(shù)的計(jì)算，經(jīng)過(guò)分析，結(jié)合相應(yīng)的礦場(chǎng)供電系統(tǒng)實(shí)際，采用較為簡(jiǎn)單直接高效的自積分測(cè)量模式，其相應(yīng)的測(cè)量原理如圖1-b 所示，IPD 是電纜的故障脈沖電流信號(hào)，通過(guò)對(duì)該電流信號(hào)的數(shù)據(jù)收集，能夠?yàn)楹罄m(xù)相應(yīng)數(shù)值的計(jì)算提供參數(shù)支持，M 是HFCT 和電纜接地線的互感數(shù)據(jù)。U 是HFCT 繞組的終端感應(yīng)電壓參數(shù)，C 是相應(yīng)的雜散電容參數(shù)，其中是接在終端的無(wú)感電阻參數(shù)，而則是相應(yīng)的輸出電壓數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)可以得出相應(yīng)的電路參數(shù)：

同時(shí)，為了滿(mǎn)足HFCT 對(duì)于相關(guān)收集數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理，為了滿(mǎn)足自積分的計(jì)算條件，必須滿(mǎn)足的條件為：

同時(shí)在考慮到相應(yīng)雜散電容對(duì)線圈性能的影響后，可以得到線圈傳遞參數(shù)的公式：

在此基礎(chǔ)上，可以得到傳感器的參數(shù)振幅特性公式：

在滿(mǎn)足相應(yīng)的積分條件下，HTFC 傳遞函數(shù)在一定范圍內(nèi)可以通過(guò)R/N 進(jìn)行估算，結(jié)合以上羅氏線圈測(cè)量數(shù)據(jù)參數(shù)分析模式可以得到相應(yīng)的檢測(cè)參數(shù)，尤其是HTFC 對(duì)于供電系統(tǒng)中電纜的異常放電電流信號(hào)監(jiān)測(cè)較為靈敏，其中線圈的測(cè)量靈敏度和截止頻率增大后另一個(gè)會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的減小因子，在實(shí)際測(cè)量時(shí)需要根據(jù)測(cè)量對(duì)象的頻率和范圍進(jìn)行協(xié)調(diào)權(quán)衡，使其能夠得到最優(yōu)參數(shù)，達(dá)到較為靈敏的檢測(cè)狀態(tài)。

在信號(hào)數(shù)據(jù)收集之后，雖對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行了初步處理，但達(dá)不到對(duì)于整個(gè)供電系統(tǒng)電纜絕緣性能監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深入分析要求，因此，需要進(jìn)一步進(jìn)行信號(hào)參數(shù)的處理和計(jì)算，對(duì)于部分情況下出現(xiàn)的離散小波變化，需要結(jié)合離散化算法來(lái)進(jìn)行賦值的計(jì)算，還要提供更加全面的信息，用于信號(hào)的分析和重組使用，能夠便于檢測(cè)者對(duì)檢測(cè)信號(hào)參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，降低判斷錯(cuò)誤率。總體來(lái)看，通過(guò)相應(yīng)的信號(hào)檢測(cè)裝置，對(duì)供電系統(tǒng)中電纜的絕緣性能電子信號(hào)進(jìn)行收集和處理。隨后，通過(guò)相應(yīng)的算法和電腦軟件，進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)的處理和分析，有助于結(jié)合電纜絕緣性能評(píng)定程序來(lái)電監(jiān)測(cè)信號(hào)參數(shù)的全面性和準(zhǔn)確性，從而有助于后續(xù)更好地對(duì)電纜絕緣性能進(jìn)行評(píng)定，方便電纜維修人員對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)電纜絕緣性能進(jìn)行全面控制。

4.5 電纜絕緣性能評(píng)定程序

電纜絕緣性能的評(píng)定程序也是供電系統(tǒng)電纜絕緣性能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于絕緣條件的評(píng)定，需要結(jié)合相應(yīng)的參數(shù)轉(zhuǎn)化比例進(jìn)行分析，在整個(gè)供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)的檢測(cè)環(huán)節(jié)上，可以結(jié)合絕緣條件評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)確定電纜絕緣性能的狀態(tài)，絕緣狀況評(píng)估對(duì)照表詳見(jiàn)表1。

表1 絕緣狀況評(píng)估對(duì)照表

結(jié)合上表1絕緣狀況評(píng)估對(duì)照表，通過(guò)觀察相應(yīng)的電纜檢測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)，可進(jìn)行相應(yīng)的判定，但在不同的供電系統(tǒng)中所鋪設(shè)電纜的方式不同，得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化比例也不同，因此，電纜絕緣性能的評(píng)價(jià)程序數(shù)據(jù)參數(shù)需要根據(jù)實(shí)際的供電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，可通過(guò)提取相應(yīng)的特性偏差，對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)中不同類(lèi)型絕緣性能的故障數(shù)據(jù)參數(shù)，分析電纜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在處于故障時(shí)可能產(chǎn)生的故障原因和類(lèi)別，依據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)化和評(píng)定。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的深入發(fā)展，供電系統(tǒng)的電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)在不斷完善，技術(shù)的完善能夠有效預(yù)防電纜絕緣性能所導(dǎo)致的供電系統(tǒng)故障，從而有利于供電系統(tǒng)在人們的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)中能夠提供更加安全穩(wěn)定的電力輸出，有利于滿(mǎn)足我國(guó)居民高質(zhì)量健康生活的需求。