國網(wǎng)蘇州供電公司 王歡歡 黃曉軍 吳菲菲 李俊杰

1 引言

電力電纜作為傳輸電能、實(shí)現(xiàn)電磁能轉(zhuǎn)化的主要器具，在電力行業(yè)發(fā)展中有著顯著的地位。并且電力電纜在通信、建筑、制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，與國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人民生活息息相關(guān)。通過分析可發(fā)現(xiàn)，目前電纜的類型較多，依據(jù)電力電纜所采用的絕緣材料進(jìn)行分類，可以將其分為油浸紙絕緣電力電纜（該類型電纜面世最早，絕緣材料為油浸紙）、塑料絕緣電力電纜（常用塑料包括聚氯乙烯、聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯，是由塑料擠壓形成的絕緣層）、橡皮絕緣電力電纜（這一類型的電纜適合頻繁移動(dòng)、敷設(shè)多需小半徑彎曲的場所，其絕緣材料是橡膠及各種配合劑混煉后裹于導(dǎo)電芯后加溫硫化形成絕緣層）。本文就圍繞交聯(lián)聚乙烯電纜（簡稱XLPE 電纜）進(jìn)行分析，以供參考。

2 交聯(lián)聚乙烯電纜概述

交聯(lián)聚乙烯電纜（Cross-linked Polyethylene Cable，簡稱XLPE 電纜）是一種新型的電力電纜，采用交聯(lián)聚乙烯為絕緣材料，結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量可靠，可在不同的溫度、濕度和環(huán)境條件下使用。相比較于傳統(tǒng)的橡膠或PVC 電纜，XLPE 電纜具有更優(yōu)異的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、耐熱性、耐電壓疲勞性等性能。XLPE 電纜廣泛應(yīng)用于高壓電力系統(tǒng)、中壓電力系統(tǒng)、化工、冶金、煤炭、交通、城市建設(shè)以及船舶等領(lǐng)域，適用于輸電、配電、電源接線以及控制系統(tǒng)中的所有場合。在能源環(huán)保趨勢下，XLPE電纜正在逐漸替代傳統(tǒng)的橡膠和PVC 電纜，成為未來電力傳輸領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。綜合實(shí)際的應(yīng)用可發(fā)現(xiàn)，XLPE 電纜有著絕緣性能好、附件制作簡單、不受高度落差限制、載流量較高、過載能力強(qiáng)、使用壽命長（PVC 電纜一般壽命為20年，XLPE 電纜壽命為40年）、燃燒不會(huì)產(chǎn)生鹵素有毒氣體、易于制造、敷設(shè)、供電可靠等優(yōu)勢，自面世以來幾乎代替了油浸紙絕緣電力電纜。交聯(lián)聚乙烯電纜的過氧化物交聯(lián)工藝為LDPE DCP 抗氧劑→熔融混煉→高溫交聯(lián)，由此能夠保障交聯(lián)聚乙烯電纜的具體性能。DCP 用量與凝膠含量的關(guān)系如圖1所示。

圖1 DCP 用量與凝膠含量的關(guān)系

同時(shí)交聯(lián)溫度與凝膠含量間也有著密切的關(guān)系，交聯(lián)溫度會(huì)對凝膠含量產(chǎn)生較大的影響，交聯(lián)溫度對凝膠含量的影響詳見表1。

表1 交聯(lián)溫度對凝膠含量的影響

另外，不同PEX 的電性能也存在較大的差異，不同PEX 的電性能詳見表2。

表2 不同PEX 的電性能

其中PEX-1為一般過氧化物交聯(lián)聚乙烯；PEX-2為加炭黑后的過氧化物交聯(lián)聚乙烯，由于炭黑自身就具備導(dǎo)電性，再加上炭黑表面氧化程度高，其含氧量基團(tuán)起到絕緣作用，增加炭黑會(huì)使得體積阻率下降；PEX-3為用作比較標(biāo)準(zhǔn)的意大利潘德那塑料公司生產(chǎn)的硅烷交聯(lián)聚乙烯，結(jié)合數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，一般過氧化物交聯(lián)聚乙烯的電性能較高。

3 XLPE 電纜在線監(jiān)測技術(shù)的重要性分析

XLPE 電纜涉及的領(lǐng)域較廣，對保障社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展有著非常積極的作用，為保障這一電力電纜的效用得以發(fā)揮，近年來逐漸關(guān)注其維護(hù)監(jiān)測。其中將在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用在XLPE 電纜中能夠保障其運(yùn)營穩(wěn)定性和有效性，產(chǎn)生的積極作用顯著。

3.1 有助于提高運(yùn)行安全性

具體來說，在實(shí)際的電力電纜運(yùn)營過程中受多種因素的影響會(huì)導(dǎo)致各種故障，產(chǎn)生的消極影響重大。由于XLPE 電纜的故障可能導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重后果，因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理XLPE 電纜的潛在問題，能夠保障最終運(yùn)營的有效性，同時(shí)也能夠提高電纜的安全性，避免電纜故障造成的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。也是受到這一優(yōu)勢的影響，XLPE 電纜中在線監(jiān)測技術(shù)受到關(guān)注和重視，如何提升在線監(jiān)測質(zhì)量和效果是當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

3.2 有助于保障電力系統(tǒng)可靠性

XLPE 電纜是電力系統(tǒng)中最常用的電纜類型，如果出現(xiàn)故障，必將對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。因此，對XLPE 電纜進(jìn)行定期、準(zhǔn)確的在線監(jiān)測，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，避免出現(xiàn)停電、局部閃斷等問題，提高電力系統(tǒng)的可靠性。具體來說，在線監(jiān)測技術(shù)可以對電纜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，避免由于電纜老化、損傷等原因?qū)е碌墓收习l(fā)生，可以顯著提高電纜的運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性。并且在線監(jiān)測技術(shù)還能夠延長電纜使用壽命，即通過XLPE 電纜在線監(jiān)測技術(shù)，可以對電纜進(jìn)行全面、準(zhǔn)確地檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷并采取針對性措施，從而延長電纜的使用壽命。因此，XLPE 電纜在線監(jiān)測技術(shù)也是提高電力系統(tǒng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要手段。

3.3 有助于降低維護(hù)成本

通過XLPE 電纜在線監(jiān)測技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測電纜的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)潛在問題并及時(shí)加以處理，從而減少電纜故障的發(fā)生，降低維護(hù)成本。同時(shí)在此項(xiàng)技術(shù)的作用下還能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測、故障預(yù)警和預(yù)防性維護(hù)，可以減少不必要的維護(hù)和更換成本。另外，在線監(jiān)測技術(shù)還能夠提高電網(wǎng)安全性，其中電纜是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。通過在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決電纜故障問題，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)在線監(jiān)測技術(shù)是智能化電力系統(tǒng)發(fā)展的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)對電纜運(yùn)行狀態(tài)的智能化監(jiān)測和管理，可以為智能化電力系統(tǒng)提供必要的技術(shù)支持和保障。

4 XLPE 電纜在線監(jiān)測技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用分析

通過觀點(diǎn)分析可發(fā)現(xiàn)，在線監(jiān)測技術(shù)對提高XLPE 電纜運(yùn)營穩(wěn)定性和安全性有著非常積極的作用，產(chǎn)生的積極影響顯著，其中為保障在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用效果，需要關(guān)注硬件和軟件優(yōu)化[1]。以某市為例，在兩個(gè)變電站之間的220kV 電纜線路搭建中安裝了6組高壓電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)，在其中的XLPE 電纜線路上的交叉互聯(lián)段安裝了局部放電、光纖測溫等設(shè)備以及對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，其間會(huì)結(jié)合實(shí)際的距離分段放置30個(gè)放電探測傳感器，6路測溫光纖，對整條電纜線路進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸，最終回傳到終端變電站控制中心的計(jì)算機(jī)上。

4.1 重視硬件與軟件應(yīng)用優(yōu)化

為凸顯XLPE 監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用效用，其中應(yīng)對信號傳輸電纜、測溫電纜和電源進(jìn)行分段安裝處理，然后與其中的高壓電纜一起固定在排管中，還需要特別注意對光纜豎井的接頭進(jìn)行處理優(yōu)化。為保障最終的電纜運(yùn)行質(zhì)量和監(jiān)測效益，其中可以針對各個(gè)終端設(shè)置耦合傳感器和電流傳感器，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)電流傳感功能。

此外，還需要在互聯(lián)線路上安裝高頻CT 設(shè)備，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測線路的一致狀態(tài)，并且在光纜附近還可以敷設(shè)測溫光纖，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)測溫目的，并且在終端中還需要布置信號濾波放大設(shè)備，然后對電光信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。軟件處理中可以對硬件設(shè)備進(jìn)行分析評估，保障具體的應(yīng)用效果，并且在其中可以對高壓電纜系統(tǒng)的配套性進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)參數(shù)控制，具體管理中應(yīng)對線路的具體運(yùn)行要求進(jìn)行分析，并結(jié)合具體設(shè)置科學(xué)、適宜的測量維度，由此能夠獲得具體的運(yùn)行參數(shù)，其間一旦預(yù)警維度達(dá)到預(yù)警閾值后會(huì)發(fā)出警告，有助于工作人員及時(shí)處理。完成基本的監(jiān)測外還需要對運(yùn)維人員的需要開發(fā)相應(yīng)的遠(yuǎn)程移動(dòng)終端訪問程序，通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行收集、整合并處理，有助于工作人員結(jié)合相應(yīng)的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行分析，對保障系統(tǒng)穩(wěn)定有著積極的作用[2]。

4.2 在線監(jiān)測高壓電纜局部放電信號

局部放電是指在絕緣介質(zhì)中出現(xiàn)局部重復(fù)擊穿和熄滅的現(xiàn)象。這種放電主要發(fā)生在電纜的局部缺陷處，且放電量相對較小，這并不影響放電初期電纜的絕緣能力。如果不注意此項(xiàng)問題的處理，則會(huì)對電纜的絕緣性能產(chǎn)生危害，導(dǎo)致電纜的使用壽命縮短。當(dāng)局部放電時(shí)，其中的電纜絕緣電阻、介電損耗和漏電流不會(huì)產(chǎn)生較大變化，因此對參數(shù)的檢測并不能確定是否存在放電現(xiàn)象，而在絕緣局部放電脈沖中，可以使用電磁波輻射、光、熱、聲、噪聲等作為局部放電檢測的對象。其中能夠?qū)z測物理量的不同進(jìn)行分析，主要可以采用脈沖電流檢測法、電磁波法、超聲波法和振動(dòng)加速法，在這些方法中脈沖電流法的靈敏度最高，對提升監(jiān)測質(zhì)量能夠起到非常積極的作用[3]。

4.3 分布式光纖測溫系統(tǒng)

以此工程為例，在保障電力電纜的運(yùn)行有效性和質(zhì)量的基礎(chǔ)上，相關(guān)的工作人員在工程中采用了外置測溫光纖系統(tǒng)，將測溫光纖直接外置于高壓電纜表面，產(chǎn)生的積極影響顯著。另外，分布式光纖測溫系統(tǒng)由光纖測溫主機(jī)、分布式測溫光纖組成。具體來說，分布式光纖溫度測量系統(tǒng)是一種基于光纖的溫度傳感技術(shù)，利用反射光信號的光纖中心波長來分析溫度敏感特性，能夠顯著提升溫度變化的測量質(zhì)量。

例如在實(shí)際的測量中，激光在光纖中傳輸中會(huì)產(chǎn)生背向散射，其中的測溫主機(jī)在光纖注入適量的激光脈沖后，傳輸中會(huì)出現(xiàn)背向散射光波，這些傳輸中出現(xiàn)的背向散射光波的具體狀態(tài)會(huì)在其中溫度的影響下而產(chǎn)生異常現(xiàn)象，借此能夠通過分析、利用和檢測解調(diào)后顯示溫度信號，相關(guān)的管理人員則可以依據(jù)此判斷電纜的運(yùn)行狀態(tài)和效用，對保障運(yùn)行安全性有著積極的作用。并且在實(shí)際的傳輸過程中還能夠?qū)崿F(xiàn)信息定位，對提升管理實(shí)效有著積極的作用[4]。

4.4 凸顯終端變電站計(jì)算機(jī)軟件效用

經(jīng)過觀點(diǎn)分析可發(fā)現(xiàn)，在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用在XLPE 電力電纜中能夠顯著提升電力系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性和運(yùn)行質(zhì)量，產(chǎn)生的積極作用顯著。其中在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用中，針對終端變電站計(jì)算軟件應(yīng)注重應(yīng)用優(yōu)化，可以對探測點(diǎn)的實(shí)時(shí)電路負(fù)荷、溫度參數(shù)、光纖損耗參數(shù)等進(jìn)行整合和分析，并且在其中還需要放電探測傳感器的回傳技術(shù)判斷線路是否出現(xiàn)異常現(xiàn)象，如線路是否存在損傷現(xiàn)象、是否存在老化現(xiàn)象。通過在線監(jiān)測能夠?qū)€路出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，做好預(yù)警和提前預(yù)知，對保障最終的監(jiān)測與運(yùn)行有效性能夠起到積極的作用[5]。

就以本工程為例，在軟件上自定義了四個(gè)告警維度，分別是緊急告警、故障告警、隱患告警和一般告警，其中能夠?qū)€路運(yùn)行中的溫度、電路負(fù)荷、放電探測等參數(shù)進(jìn)行分析，一旦其中的數(shù)據(jù)出現(xiàn)達(dá)到或者超過告警線后立即發(fā)出警報(bào)，并將相應(yīng)的信息記錄在日志中。此外，當(dāng)故障報(bào)警和緊急報(bào)警發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)提示或呼叫相關(guān)管理人員及時(shí)查找和處理，維修人員可以通過報(bào)警日志對故障進(jìn)行分析和定位，對保障最終的電纜運(yùn)行穩(wěn)定性有著積極的作用。

5 結(jié)語

XLPE 電纜在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用可以提高電網(wǎng)的可靠性和安全性，防止電纜事故的發(fā)生，減少設(shè)備的使用壽命和維修成本，產(chǎn)生的積極作用顯著。因此在XLPE 電纜中應(yīng)注重在線監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用，凸顯具體應(yīng)用效果。