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(cè)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(cè)系統(tǒng)的配置，總結(jié)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為該行業(yè)提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：電纜；在線；監(jiān)測(cè)；配置

隨著城市的發(fā)展，高壓電纜的應(yīng)用日益增長(zhǎng)。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(guó)內(nèi)還沒頒布關(guān)于高壓電纜本體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)范。為密切監(jiān)視電纜的運(yùn)行狀態(tài)，保證高壓電纜運(yùn)行安全可靠，高壓電纜本體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

高壓電纜本體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電纜護(hù)層接地電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電纜分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)以及電纜接頭多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)4種。利用電纜本體在線監(jiān)控手段，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電纜的局部放電信號(hào)、護(hù)層電流、電纜的運(yùn)行溫度以及重點(diǎn)部位的溫度，通過多種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合來判斷電纜的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)異常情況及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，能夠使得問題在短時(shí)間內(nèi)及時(shí)解決，避免惡化，對(duì)保護(hù)電纜本身及相鄰線路的安全運(yùn)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(cè)系統(tǒng)在工程中的配置。該隧道共有四回路運(yùn)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(yùn)行狀況。該工程采用了上述4種在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來監(jiān)控電纜本體運(yùn)行狀態(tài)，目前已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行，監(jiān)測(cè)效果較好。

1電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1檢測(cè)原理

采用脈沖電流法作為電纜局部放電信號(hào)檢測(cè)手段，其局部放電測(cè)試回路如圖1所示。在電力設(shè)備局部放電檢測(cè)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(yàn)取代直流耐壓試驗(yàn)成為電力電纜交接和預(yù)防性試驗(yàn)的主要手段，脈沖電流法將會(huì)更加廣泛地應(yīng)用到電力電纜局部放電檢測(cè)和定位中去。

圖1脈沖電流法局部放電測(cè)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(shí)，兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)的電壓變化，此時(shí)如果經(jīng)過一個(gè)耦合電容耦合到一個(gè)檢測(cè)阻抗上，回路中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流，將該脈沖電流流經(jīng)檢測(cè)阻抗產(chǎn)生的脈沖電壓予以采集、放大和顯示處理，就可測(cè)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(cè)主要設(shè)備包括HFCT傳感器、局放信號(hào)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(cè)系統(tǒng)配置如圖2所示。

圖2電纜局部放電在線監(jiān)測(cè)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(cè)的傳感器，該傳感器具有靈敏度高，信噪比高、無源等特點(diǎn)。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(hào)采集裝置。局放信號(hào)采集裝置主要功能是對(duì)傳感器的信號(hào)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(hào)以光的形式沿通信光纖上傳至主控室主機(jī)屏，適用于電纜隧道、坑道、豎井及戶外場(chǎng)地等各種環(huán)境。

2電纜護(hù)層接地電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1檢測(cè)原理

采用接地環(huán)流和負(fù)荷電流傳感器分別測(cè)量電纜護(hù)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(shí)，霍爾元件固定在氣隙中檢測(cè)磁通，通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補(bǔ)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(hù)層接地環(huán)流異常時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，信號(hào)被實(shí)時(shí)傳送到集中監(jiān)控中心，將接地環(huán)流在線監(jiān)測(cè)設(shè)備測(cè)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(duì)比和綜合分析，從而達(dá)到實(shí)時(shí)掌握電纜金屬護(hù)層接地系統(tǒng)的運(yùn)行狀況的目的。

2.2系統(tǒng)配置

護(hù)層接地電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要設(shè)備包括測(cè)量接地環(huán)流傳感器、測(cè)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(gè)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(hào)是電流對(duì)時(shí)間的微分，通過一個(gè)對(duì)輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行積分的電路，就可以真實(shí)還原輸入電流。這兩種接地環(huán)流傳感器均無需拆開被測(cè)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(cè)量運(yùn)行電纜本體的負(fù)荷電流，其原理與測(cè)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(hù)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(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)框架如圖3所示。

圖3電纜護(hù)層接地環(huán)流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架

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

圖4電纜護(hù)層接地電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置

3電纜分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)

3.1檢測(cè)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(dòng)相關(guān)聯(lián)，因而對(duì)溫度敏感，可以用來進(jìn)行溫度測(cè)量［2］。

在光纖中，散射信號(hào)是連續(xù)的，通過使用高速信號(hào)采集技術(shù)測(cè)量入射光和拉曼散射光之間的時(shí)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(duì)溫度敏感，所以可以沿著光纖測(cè)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(cè)原理

3.2系統(tǒng)配置

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

（1）測(cè)溫光纖。測(cè)溫光纖分為內(nèi)置式和外置式，本系統(tǒng)的測(cè)溫光纖主要是指內(nèi)預(yù)置測(cè)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(cè)溫光纖為通用型鎧裝感溫光纖，適用于對(duì)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(cè)溫機(jī)。光纖測(cè)溫主機(jī)有8個(gè)光輸入，一個(gè)以太網(wǎng)接口，兩個(gè)232數(shù)據(jù)串口。

圖6電纜分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)配置

4電纜分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)

4.1檢測(cè)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(yùn)行的最薄弱環(huán)節(jié)。根據(jù)電纜故障原因統(tǒng)計(jì)，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(diǎn)的溫度異常。對(duì)電纜線路的接頭進(jìn)行溫度監(jiān)控，可及時(shí)、有效發(fā)現(xiàn)電纜潛在故障。

電纜分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)采用內(nèi)含6個(gè)間隔排列捆綁的PT100感溫探頭的測(cè)溫帶捆綁在電纜接頭上進(jìn)行測(cè)溫，每個(gè)接頭按品字形捆綁3根測(cè)溫帶。通過測(cè)溫帶重點(diǎn)多點(diǎn)測(cè)量接頭的溫度，將接頭的溫度信息通過巡檢裝置保護(hù)箱進(jìn)行采集和實(shí)時(shí)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(hù)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(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)的主要設(shè)備包括數(shù)字測(cè)溫帶、多點(diǎn)測(cè)溫巡檢裝置和站端服務(wù)器。

（1）數(shù)字溫帶。數(shù)字測(cè)溫帶外殼為不銹鋼，所有材料均為非導(dǎo)磁材料，對(duì)電纜運(yùn)行無影響。每相接頭捆綁3根測(cè)溫帶，中間接頭采用尼龍?jiān)鷰ВK端接頭采用不銹鋼扎帶，如圖7、8所示。

圖7測(cè)溫帶在中間接頭的安裝

圖8測(cè)溫帶在終端場(chǎng)的安裝

（2）多點(diǎn)測(cè)溫巡檢裝置。多點(diǎn)測(cè)溫巡檢裝置配置情況為每相一臺(tái)，可連接3條測(cè)溫帶，共18個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。終端場(chǎng)巡檢裝置保護(hù)箱安裝在電纜支架上，中間接頭巡檢裝置保護(hù)箱安裝在電纜接頭附近并靠近接地電流采集保護(hù)箱。

5　小結(jié)

電纜本體在線監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng)，能夠很好地幫助運(yùn)行人員實(shí)時(shí)掌握電纜的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，保證電纜運(yùn)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(shì)。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳鵬堃.電力隧道在線監(jiān)測(cè)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(hào)：1008- 0171（2016）01- 0083- 05

作者簡(jiǎn)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(hào)：TM71

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A