电力电缆在线监测技术与检测技术的研究与应用

电力电缆在线监测技术与检测技术的研究与应用

发表时间：2018-04-19T16:02:15.700Z 来源：《电力设备》2017年第33期作者：郎宏飞

[导读] 摘要：对于电力电缆的敷设，通常存在着多种敷设方式，常用的有排管敷设、直埋敷设、电缆隧道敷设、电缆沟敷设等，在这些敷设方式中，以直埋敷设的方式应用最为广泛。

（浙江容大电力设备制造有限公司浙江杭州市 311400）

摘要：对于电力电缆的敷设，通常存在着多种敷设方式，常用的有排管敷设、直埋敷设、电缆隧道敷设、电缆沟敷设等，在这些敷设方式中，以直埋敷设的方式应用最为广泛。由于电缆大多敷设于地下，使得对电缆故障的检测和解决不能直接进行。传统的检测基本以离线方式为主，需要断电之后检测人员携带仪器进行检测。这种方式不仅需要多个检测水平较高的技术人员，消耗的人力物力较大，而且其检测过程会受到电缆敷设环境等多方面因素的影响。

关键词：电力电缆；在线监测技术；检测技术；应用

近几年来，城市电网输配电已大量采用交联聚乙烯电力电缆，据不完全统计，已投入运行的35kV及以下线路约有几万公里；高压110kV及以上线路达数百公里；可运用的最高压等级达到500kV。但是交联聚乙烯电力电缆广泛运用的同时，也因为其材料树枝老化问题时常造成电缆绝缘击穿的事故，因此我们迫切需要对于交联聚乙烯电力电缆的运行状况进行监测，及时查找故障，保证交联聚乙烯电力电缆的良好的绝缘状况。

1传统的电力电缆在线监测技术

传统的电力电缆在线监测技术分为直流叠加法、直流成分法、tgδ绝缘介损法局部放电的在线监测。然而传统的电力电缆在线监测技术的也存在不足之处，比如对于交联聚乙烯电力电缆绝缘劣化的在线监测上，国内外常采用直流叠加法、直流分量法、低频叠加法和介质损耗法对中低压交联聚乙烯电力电缆水树枝化进行在线诊断，已部分应用到现场并且取得了较好的效果。但是存在一个问题是我们不能利用这些办法来监测特高压电力电缆，而且水树枝化并不是交联聚乙烯电力电缆绝缘劣化的唯一表现，所以单单监测水树枝不能够全面反映绝缘劣化的状况。

2在线监测技术介绍

2.1分布式光纤温度传感技术

传输型光纤温度传感器中光纤只对光信号进行传输，而功能型传感器则能够在传输光信号的同时传输温度信息和光纤感应信息。现阶段，应用较广的光纤温度传感器主要包括光纤光栅、光纤温度、光纤荧光、干涉型光纤温度传感器，其中光纤光栅温度传感器和光纤温度传感器应用最为广泛。

分布式光纤温度传感技术有着极大的优势，具体体现于以下场合的应用：

第一，当进行全面监测，需要设置诸多监测点时，光纤DTS有着便于安装的有点，而且其一条光纤能够取代多个点式的温度传感器。第二，在电磁干扰较大的条件下，采用光纤DTS能够读取精确的光学数据，避免电磁干扰的影响。

第三，光纤DTS的安全性能较好，能够更好的应用于易燃易爆等特殊环境下。

现阶段，在电力系统温度监测中，分布是光线温度传感技术已经逐步开始应用，而且对于电力电缆的动态流量计算、电缆故障、电缆接头温度监测等方面有着极其广泛的应用前景。

2.2电缆故障在线监测方法

对于运行过程中的电缆绝缘情况监测而言，在线监测是较为有效的方式。在对电缆绝缘老化的原因充分了解，结合实际环境对电缆绝缘老化的影响因素进行分析，并积极采取在线监测手段，对交联电力电缆的绝缘状况做到动态掌握，发现其中问题从而制定相应的措施解决事故问题，对于电网供电的安全性和可靠性有着极其重要的现实意义。传统的电缆故障在线监测方法有以下几种。

2.2.1直流叠加法

这种方法的基本原理就是在变压器的母线处或中性接地点，利用电压互感器在电缆绝缘交流相电压之上叠加低压直流电源，利用高压电容对交流高压电在直流电源中的影响进行控制。通过对电缆中直流电流的绝缘电阻测试，从而达到在线检测电缆的目的。

2.2.2直流成分法

通过对直流成分的测量，绝缘老化作为水树的检测是成立的。这种方法的基本原理就是对电缆中存在水树时的整流效应加以利用。在负半周期情况下的外施电压中，通过尖端到绝缘，水树枝注入了大量负电荷，而在正半周期情况下，其正电荷注入较少，只能对一部分负电荷进行中和。由于在电缆运行中，直流成分是固有的特性，因此，这种方法适用于中、高电压等级的电力电缆监测。

2.2.3局部放电法

就局部放电而言，实行监测的主要目的就是为了采集终端头和附件等局部的放电量。通过小波理论和信号处理系统将电缆的局部放电量从干扰信号中分离出来。在水树枝引发的初始阶段，局部放电量为通常为0.1PC。因此，从中提取电力电缆绝缘裂化信号很容易覆盖在干扰信号下。

2.2.4低频重叠法

又叫差频监测法，是在工频交流电压下叠加低频电压，观察所产生的超低频水树变化特征电流信号，但低频信号加载位置有考究，会导致测试可靠性不高；同时考虑到在输电运行现场叠加低频的操作不方便或是不允许的，所以此方法只在停电时可以使用，不适用于在线监测。

2.3局放监测技术

在线监测及诊断的任务是了解和掌握设备的运行状态，包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法，结合系统的历史和现状，考虑环境因素，对设备运行状态进行评估，判断其处于正常或非正常状态，并对状态进行显示和记录，对异常状态作出报警，以便运行人员及时处理，并为设备的故障分析、性能评估、合理使用和安全工作提供信息和准备基础数据。

采用此项技术有下列好处：

1）减少维护费用；2）避免故障发生；3）对设备性能进行评估。

通过状态监测对设备运行状态进行的了解和掌握，可对设备的使用性能、运行寿命、利用程度进行评估以便调整使用，从而提高经济

效益。

3系统结构设计

3.1基本概念和原理

传统现场温度检测的主要方法是在被测物表面涂一层随温度变化能改变颜色来大致确定其温度范围，这种方法准确度低，可靠性差，不能进行定量测量。主要的温度仪表，如热电偶、热电阻及辐射温度计等在技术上已经成熟，但是，它们只能在传统的场合应用，尚不能满足许多领域的要求，尤其是高科技领域。国内目前在线设备温度监测应用较多的是光纤式温度传感器和红外测温传感器。

3.1.1红外测温技术

红外线辐射是一种广泛存在于自然界的电磁波辐射，它的存在是针对任何常规环境下物体产生的自身原子和分子的不规则运动，以辐射除源源不断的红外能量。

3.1.2红外传感器的选择

目前常用红外传感器分有源和无源两种，光学分辨率也各不相同，从1：2的小视场模糊传感器到30：1的大视场精确传感器都有各自的适用情况。在变电站发电厂内安装温度监测系统，抗干扰性是一个重要指标，为提高系统安全性，在系统中都采用无源传感器。

3.2系统功能介绍

在线监测系统是由采集器接收红外传感器测得的温度信号（电压毫伏值输出），采集器将所有监测数据通过串口服务器模拟的串口上传到工控机。工控机上安装有软件系统，由前置机程序接收采集到的数据进行处理，之后将处理得到的数据转发至主控制程序及远方调度中心。主控制程序负责将传送过来的数据进行处理，以数据、波形及现场接线示意图的形式显示在屏幕上供工作人员观察，同时负责对符合要求的数据进行报警提示，并将相关数据存储至系统数据库。

3.3系统硬件设计

系统采用分布式主从监控方式，从体为星型网，各前端构成星型网的外围节点，采用半双工通信工作方式。每个节点都有自己的专用地址，可对其进行选择性和组群通信。通过专用网络向节点发送命令，并接受来自节点的信息，然后对信息进行处理、转发及显示。节点自身完成循环采集其下各子节点的信号，并等待接收来自主控的指令。一旦接受到指令，对其分析后根据指令内容进行信息上传。

结论

在对缺陷电缆局放的初步实验中，宽频带电磁耦合法与传统的IEC60270法测得的结果表现出一定的一致性。证明了电力电缆在线监测新技术的可行性，并且具有传统技术所不具有的优势。同时电力电缆的在线监测技术会逐渐向多参数、全天候监测的方向发展，这样能够使电力电缆管理人员实时掌握电缆状况，及时处理发生的故障，减少因故障带来的损失，保证供电的安全畅通。

参考文献

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[2]蔡秋水．分析电厂电气设备状态维修技术与在线监测技术[J]．电气设备，2016，（8）．

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[4]严新华．电力电缆在线监测数据的传输及组织处理[J]．上海电力，2015，（4）．