（國(guó)網(wǎng)舟山供電公司）

智能電網(wǎng)中電纜終端泄漏電流的監(jiān)測(cè)及預(yù)警

徐海寧 史令彬 胡偉東 唐 越 錢 杰

（國(guó)網(wǎng)舟山供電公司）

近些年技術(shù)在快速進(jìn)步，與之相應(yīng)的智能電網(wǎng)也日益拓展了總體的規(guī)模，覆蓋于更廣的城鄉(xiāng)范圍。相比于傳統(tǒng)電網(wǎng)，智能電網(wǎng)表現(xiàn)出更高層次的綜合性以及自動(dòng)化，是電網(wǎng)更新的總體趨勢(shì)。然而，智能電網(wǎng)銜接的電纜若泄露了終端的電流，那么很易遭受時(shí)間較長(zhǎng)及面積較大的斷電故障，電力體系因而受到損失。為了防控泄露電流的故障，有必要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)，在這種基礎(chǔ)上設(shè)置必備的電網(wǎng)預(yù)警體系。對(duì)于此，有必要解析智能電網(wǎng)中泄露電流的根本原理，結(jié)合電纜終端的真實(shí)情況，給出相適應(yīng)的預(yù)警以及監(jiān)測(cè)方式。

智能電網(wǎng)；電纜終端；泄漏電流；監(jiān)測(cè)；預(yù)警

0 引言

從在線監(jiān)測(cè)的角度看，監(jiān)測(cè)智能電網(wǎng)的指標(biāo)包含了是否泄漏電流。通過(guò)對(duì)泄漏電流進(jìn)行估算就能夠得到絕緣子的具體污穢狀態(tài)。然而不應(yīng)忽視的是，泄漏電流通常強(qiáng)度并不很大，同時(shí)還會(huì)遭受來(lái)自磁場(chǎng)的較多干擾。為了及時(shí)預(yù)警，有必要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜終端泄漏的電流。對(duì)于此，需要綜合考慮搜集泄漏電流、搜集接入電網(wǎng)的信號(hào)、處理泄漏電流的相關(guān)信息等[1]。針對(duì)數(shù)字處理，可以選擇小波消噪的特定方式來(lái)消除電纜終端遭到的干擾信號(hào)，進(jìn)而對(duì)比得到精確的信噪比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)：預(yù)警和監(jiān)測(cè)電纜終端電流泄漏的具體方式可以切實(shí)防控電纜信號(hào)的泄漏，并且可以過(guò)濾電網(wǎng)的噪聲。

1 預(yù)警監(jiān)測(cè)的必要性

最近幾年，技術(shù)水準(zhǔn)在快速提升，這種趨勢(shì)下的智能電網(wǎng)也表現(xiàn)出更高的可控性和可觀測(cè)性。自動(dòng)化控制的新式智能電網(wǎng)可以優(yōu)化智能服務(wù)，在電網(wǎng)控制中選擇了綜合的智能化方式。然而統(tǒng)計(jì)表明，近些年來(lái)智能電網(wǎng)仍頻發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)且面積較大的斷電事故，事故根源通常為絕緣子污閃[2]。

在電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，污穢絕緣子通常會(huì)發(fā)生表層的污閃現(xiàn)象，這種狀態(tài)并非僅僅來(lái)自空氣間隙。從根本上看，污閃現(xiàn)象源自多樣的要素，例如熱力學(xué)、化學(xué)以及受電造成的影響。在絕緣子的表層，熱動(dòng)力如果要達(dá)到平衡那么通常伴有局部性的弧絡(luò)。具體判斷絕緣子遭到污穢污染的程度時(shí)，可選擇的指標(biāo)包含了表層電導(dǎo)率、閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng)因素、電纜泄漏的電流、等值附鹽密度。在這些要素中，終端泄漏的具體電流大小關(guān)系到當(dāng)時(shí)氣候、爬電比距、污穢的程度等。電纜在運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)可提供實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)信息，據(jù)此能夠測(cè)出運(yùn)行時(shí)的絕緣子狀態(tài)。

通過(guò)長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)可知，電流泄漏關(guān)系到周邊環(huán)境。若電纜處在電流較大且電壓較高的具體環(huán)境中，那么更易遭受多樣的干擾。例如：周邊的電磁輻射、雷電對(duì)于電網(wǎng)的沖擊、諧波或噪聲的沖擊。發(fā)生污閃的現(xiàn)象包含了多階段，若可以實(shí)時(shí)監(jiān)控智能電網(wǎng)，那么就便于判定絕緣子污穢達(dá)到的真實(shí)程度。發(fā)生污閃之前，智能電網(wǎng)就可以給出精準(zhǔn)的預(yù)警信息。這樣做，在更大范圍內(nèi)可以確?？煽壳曳€(wěn)定的供電，與此同時(shí)也有利于電網(wǎng)的檢修[3]。

2 設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)電纜泄漏電流時(shí)，關(guān)鍵點(diǎn)為最大的電導(dǎo)率，也就是表層最高的電導(dǎo)率。經(jīng)過(guò)測(cè)算以及觀察，可以給出多層次的預(yù)警模型。具體來(lái)看，構(gòu)建預(yù)警模型之后，就可以借助模型來(lái)判斷電纜污穢的具體組成、污穢的總量和相關(guān)成分、污穢的形態(tài)等。同時(shí)，表層電導(dǎo)率也關(guān)系到實(shí)時(shí)的濕度。在不同階段內(nèi)，電纜受潮的狀態(tài)也并不相同，在這基礎(chǔ)上可以判斷電導(dǎo)率和受潮程度二者的聯(lián)系。此外，污閃電壓與電導(dǎo)率二者也表現(xiàn)出特定的函數(shù)關(guān)系。經(jīng)過(guò)綜合判斷，可以估測(cè)得到精確的爬電距離和終端電纜的具體結(jié)構(gòu)。提取特征量之后，就能夠給出普遍適用的預(yù)警模型，這樣做更便利了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)絕緣子污穢，設(shè)置在線的評(píng)估[4]。

泄漏電流必須予以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這樣才可以確保安全。在線監(jiān)測(cè)安裝了搜集電流的模塊，經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)可得受潮和污染的狀態(tài)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的方式，遠(yuǎn)程中心能夠判斷并且接收實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)信息。在安裝監(jiān)測(cè)時(shí)，可以選擇蓄電池和電池板的綜合安裝方式。投運(yùn)的狀態(tài)下，相關(guān)部門也應(yīng)掌控各階段的電纜泄漏狀態(tài)。依照測(cè)定的數(shù)據(jù)，有序安排最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間用來(lái)修復(fù)智能電網(wǎng)。這樣做，可在更大范圍內(nèi)杜絕隱患，杜絕污閃帶來(lái)的故障，因而也從根本上確保最優(yōu)的智能運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。

從監(jiān)測(cè)原理看，在線測(cè)量電纜泄漏的具體途徑包含了非電量法和相應(yīng)的電量測(cè)量法。最近幾年，新式的測(cè)量方法還包含了非接觸的測(cè)量和在線遠(yuǎn)程測(cè)量。針對(duì)泄漏的電流，通常選擇截取引流的方式來(lái)具體測(cè)量。這種方式包含：在接地的過(guò)程中加入必要的導(dǎo)線用來(lái)引流，直接把泄漏電流導(dǎo)入地下，然后截取電流并且獲得精確的數(shù)值。這種方式具備了優(yōu)良的精度，但卻相對(duì)較危險(xiǎn)。此外，還可選擇接觸法來(lái)測(cè)量：采集電流時(shí)可以加裝接觸式的固定單元，等電位法可以判定電流數(shù)值。這種方式妥善彌補(bǔ)了直接測(cè)量電流時(shí)的漏洞，可以實(shí)時(shí)反饋泄漏的位置，進(jìn)而給出修補(bǔ)的方式。

3 預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)架

針對(duì)終端泄漏電流的電纜予以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配備了若干的子站。子站具體的性能包含：在特定的階段內(nèi)能夠上傳電流，并且提供實(shí)時(shí)的濕度以及溫度參數(shù)。子站接受了指令后，可以迅速予以響應(yīng)，在特定范圍內(nèi)上傳信息。同時(shí)，子站還具備了休眠和喚醒的性能，可以節(jié)省電能。針對(duì)失電時(shí)的信息，子站能夠予以保護(hù)。自動(dòng)診斷故障，在這種基礎(chǔ)上自動(dòng)恢復(fù)。在設(shè)置了報(bào)警閾值后，可以支持報(bào)警和遠(yuǎn)程的復(fù)位，還能夠設(shè)置聯(lián)網(wǎng)時(shí)的參數(shù)[5]。子站設(shè)有各自的編號(hào)以及密碼，可以查詢并且校正時(shí)間。針對(duì)供電電壓，也能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)。

預(yù)警和監(jiān)測(cè)的性能具體針對(duì)電纜電流的泄漏，系統(tǒng)設(shè)有電池板、太陽(yáng)能蓄電池、搜集電流的單元、子站的主機(jī)等。在這些模塊中，總線配備了采集信息的前端單元。經(jīng)過(guò)采集之后，相應(yīng)的單元能夠把數(shù)值傳送至主機(jī)，監(jiān)測(cè)子站可以上報(bào)實(shí)時(shí)性的泄露電流。這樣做就確保了在線式的遠(yuǎn)程電纜監(jiān)控。主機(jī)平臺(tái)能夠用來(lái)獲取電纜泄漏的在線信息，分析并且整理數(shù)值，在這之后實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)信息。從系統(tǒng)整體看，主機(jī)平臺(tái)構(gòu)成了中心，能夠用來(lái)實(shí)時(shí)預(yù)警。預(yù)警系統(tǒng)搜集的對(duì)象包含了桿塔污穢程度，搜集了關(guān)于污穢的實(shí)時(shí)狀態(tài)。經(jīng)過(guò)后期的評(píng)估，監(jiān)測(cè)中心就能夠接收規(guī)約中的監(jiān)測(cè)信息。從平臺(tái)角度看，監(jiān)測(cè)中心也能夠判斷電流泄漏的監(jiān)測(cè)指令，能夠讀取前端傳感器發(fā)出的各類動(dòng)作。詳細(xì)來(lái)看，預(yù)警以及監(jiān)測(cè)電纜終端的具體模塊包含如下：

接入傳感器的模塊配備了足夠的接口，能夠銜接主機(jī)平臺(tái)。通過(guò)在線的監(jiān)測(cè)，為傳感器設(shè)置了管理主機(jī)的多個(gè)通道。經(jīng)過(guò)這種改進(jìn)，主機(jī)就能夠密切銜接智能式的傳感器，可以測(cè)量多條電纜的污穢度。針對(duì)類似的傳感監(jiān)測(cè)，傳感器模塊也可以留出必備的通道。處理數(shù)據(jù)的模塊設(shè)置了雙重的CPU，這樣做可以在根本上加快監(jiān)測(cè)泄漏以及處理泄漏電流的速度?？梢赃x擇嵌入式的具體設(shè)計(jì)，便于拓展更廣的監(jiān)測(cè)性能。同時(shí)，模塊化軟件也便于拓展。

在通信模塊中，初期設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮日常監(jiān)測(cè)中的復(fù)雜環(huán)境，這種基礎(chǔ)上設(shè)置在線的監(jiān)測(cè)。通常來(lái)看，在監(jiān)測(cè)電纜終端時(shí)，系統(tǒng)會(huì)面對(duì)多樣的復(fù)雜環(huán)境，這種環(huán)境也隱含了不可確定的要素。因此，設(shè)計(jì)模塊時(shí)也不應(yīng)當(dāng)忽視監(jiān)測(cè)過(guò)程中的復(fù)雜環(huán)境。受到通信的制約，系統(tǒng)可以選擇特定手段用來(lái)傳輸，具體在選擇過(guò)程中還需要兼顧真實(shí)的通信需要。從現(xiàn)狀看，可以設(shè)置光纖傳輸以及無(wú)線傳輸這兩類的方式，例如TCP/IP、CDMA-1X以及GPRS。在線監(jiān)測(cè)電流泄露的電源模塊通常安裝于較高的桿塔或者電力線路，因此受到供電限制，某些情況下不可以提供交流的220V供電。因此，可以轉(zhuǎn)而選擇蓄電池加上太陽(yáng)能的綜合方式來(lái)提供電能。

4 具體的預(yù)警監(jiān)測(cè)流程

4.1 搜集終端電流

一般情況下，電纜都會(huì)泄漏較小的電流。對(duì)于較微弱的電流，通常需要測(cè)出很微弱的電纜泄漏。針對(duì)在線系統(tǒng)，怎么搜集必要的終端電流是技術(shù)中的重點(diǎn)。與此同時(shí)，搜集得到的泄漏電流也可以反映出絕緣子的狀態(tài)。從幅值來(lái)看，泄漏電流表現(xiàn)出較大波動(dòng)幅度，電流最大時(shí)通常能夠達(dá)到上百毫安。相比來(lái)看，智能電纜長(zhǎng)期工作于惡劣環(huán)境中，因而在搜集泄漏電流的同時(shí)也不應(yīng)忽視潛在的環(huán)境要素。采集信號(hào)之后，系統(tǒng)先要連接轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換單元可以接收泄漏信號(hào)。經(jīng)過(guò)保護(hù)電路，就能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榫_的電壓數(shù)值。

電纜終端如果泄漏電流，那么這種電流就會(huì)表現(xiàn)出特定的幅頻性質(zhì)。從高低頻的浮動(dòng)來(lái)看，電流傳感器并沒(méi)能表現(xiàn)出劇烈的衰減，相位也很穩(wěn)定。由此可以表明，電流傳感器得到的電流信息是十分精準(zhǔn)的；在特定頻率內(nèi)，也能夠確保信號(hào)是靈敏的。在接入泄漏電流的電纜線時(shí)，引流裝置加裝的位置為鐵塔側(cè)的絕緣子串。這樣做，采集信息的單元就能夠搜集泄漏電流[6]。

4.2 分析并處理信息

在高壓的電纜線上，絕緣子長(zhǎng)期運(yùn)行，這種運(yùn)行環(huán)境通常表現(xiàn)出高磁場(chǎng)和強(qiáng)電流的特性。同時(shí)，電纜終端會(huì)泄漏很微弱的電流。電纜在運(yùn)行中也很容易遭受熱噪聲。這種狀態(tài)下，若單獨(dú)憑借濾波的硬件來(lái)處理，那么很難徹底濾除電流泄漏的噪聲。因而在具體處理信息或者分析數(shù)據(jù)時(shí)，可以優(yōu)先選擇小波降噪來(lái)處理。相比于其他處理方式，小波降噪可以針對(duì)局部的頻域或者時(shí)域。在這時(shí)，即便電流發(fā)生了突變，仍然能夠依照常規(guī)的方式來(lái)處理泄漏電流[7]。

小波降噪在具體分析時(shí)，是依照頻率和時(shí)間的雙重尺度來(lái)分析數(shù)據(jù)的。從總體上看，小波降噪擁有更高的分辨率。從頻域和時(shí)域來(lái)看，這種分析方式都便利了局部數(shù)據(jù)的處理。也就是說(shuō)，小波降噪可以設(shè)置固定的窗口面積，在這種基礎(chǔ)上適當(dāng)改動(dòng)窗口形狀。針對(duì)較高或者較低的頻域，還能夠展示瞬時(shí)的噪聲。這樣做，就分離了正常的電纜信號(hào)以及噪聲信息，借以濾除噪聲。

4.3 測(cè)驗(yàn)泄漏電流

輸入傳感器之后，泄漏電流可以變成電壓數(shù)據(jù)，然后用來(lái)輸出。然而在真實(shí)的運(yùn)用中，傳感器很難避免畸變的信號(hào)，同時(shí)也會(huì)放大非線性的信號(hào)，這些要素增加了后期處理時(shí)的偏差[8]。

因此，需要通過(guò)測(cè)驗(yàn)來(lái)處理泄漏電流。具體而言，對(duì)于正弦電流，先要輸出頻率不等的電流，并且適當(dāng)調(diào)整幅值。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)可以得知，在各個(gè)頻率中，電壓的輸出并沒(méi)有表現(xiàn)出相位漂移過(guò)大的現(xiàn)象。測(cè)驗(yàn)過(guò)程中，在輸出不同數(shù)值時(shí)，搜集得出的結(jié)果通常會(huì)停留于特定范圍內(nèi)，這種結(jié)果表明了電流傳感器具備優(yōu)良的線性度。由此也能夠表明，從瞬態(tài)響應(yīng)的角度來(lái)看，傳感器也具備了最佳的響應(yīng)性。

5 結(jié)束語(yǔ)

近些年，智能電網(wǎng)表現(xiàn)出更高層次的智能性，快速發(fā)展中的智能電網(wǎng)凸顯了可控性和自動(dòng)化的新優(yōu)勢(shì)。在新式的智能電網(wǎng)中，電纜終端很容易泄漏電流，因此帶來(lái)了供電中斷的威脅。情況嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)傷害到人身安全。絕緣子電流泄漏的現(xiàn)象會(huì)帶來(lái)規(guī)模較大的斷電及停電，相關(guān)部門對(duì)此應(yīng)能及時(shí)予以預(yù)警，選擇最適當(dāng)?shù)姆揽卮胧9]。未來(lái)的實(shí)踐中，電力部門及相關(guān)人員仍應(yīng)不斷歸納經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)電纜終端監(jiān)測(cè)水準(zhǔn)的提升，強(qiáng)化對(duì)于智能電網(wǎng)的實(shí)時(shí)預(yù)警。

[1] 沈鴻冰，王斌，莫娟，等. 智能電網(wǎng)中污穢絕緣子泄漏電流的監(jiān)測(cè)分析與研究[J]. 智能電網(wǎng)，2014（4）:28-33.

[2] 賈東梨，孟曉麗，宋曉輝. 智能配電網(wǎng)自愈控制技術(shù)體系框架研究[J]. 電網(wǎng)與清潔能源，2011（2）:14-18.

[3] 王正風(fēng)，高濤. 智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行面臨的關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（S1）:64-69.

[4] 吳興華，王文剛，綦魯波. 電網(wǎng)智能監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J]. 電工技術(shù)，2012（11）:26-27，46.

[5] 張東霞，苗新，劉麗平，等. 智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)技術(shù)發(fā)展研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015（01）:2-12.

[6] 劉嶸，沈慶河，劉輝，等. 智能化變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2015（1）:221-222.

[7] 張勇，張哲，嚴(yán)亞勤. 智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控與智能告警技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 智能電網(wǎng)，2015（9）:850-855.

[8] 徐智慧. 智能電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行面臨關(guān)鍵技術(shù)[J]. 智能城市，2016（2）:38-39.

[9] 郭寧輝，秦立軍. 智能配電網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)新發(fā)展[J]. 科技風(fēng)，2012（9）:49.

2016-10-10）