刍议电力电缆运行监测技术

2012-04-27江苏省电力公司南京供电公司金为祥

电子世界 2012年1期

江苏省电力公司南京供电公司金为祥

1.分布式光纤测温技术

1.1 分布式光纤测温原理

当光在光纤中传输时，在每一点上激光都会与光纤分子相互作用而产生后向散射，既有Rayleigh散射，也有Raman散射。Raman散射是处于微观热振荡状态下的固态SiO2晶格与入射光相互作用，产生与温度有关系的比原光波波长较长的斯托克斯光和波长较短的反斯托克斯光。这两种光的一部分沿光纤被反射回来，通过检测出Raman散射光的比值，可以确定光纤沿线的温度。通过沿电缆线路通常敷设一根光纤或将光纤在电缆生产时加装在电缆内，由此可以沿着探测光纤，实现连续、实时、在线测量温度信息的目的。DTS分布式温度传感技术是以OTDR原理为基础的。

1.2 分布式光纤测温系统的构成

该系统组成并不复杂，主要包括：1台主处理机，1台当地控制电脑，1台远端用户控制电脑，1条或几条传感光纤，使用时将传感光纤制造于电缆内部或直接敷设在电缆表面即可。

1.3 分布式光纤测温系统的主要性能指标

分布式光纤测温系统的主要性能指标包括：①测试通道端口为8～16个；②系统测量的空间分辨率为±1m；③测量时间分辨率为秒；④系统的温度精度好于±1.00；⑤由于使用MW级的喇曼激光源，其工作寿命大于10年。

1.4 分布式光纤测温的适用范围和主要用途

分布式光纤测温适用于电力电缆全线，并进行全天候的实时测量。

1.4.1 合理调整电缆的载流量

根据IEC60287标准，电缆的最大载流量是由一系列参数决定的，如所敷设位置周围媒质的温度和热阻。在电缆长期的运行中，环境条件是不断变化的。因此为了确定电缆系统最佳和最安全的载流量，有必要对电缆及其环境进行实时、精确的温度监测。

1.4.2 防止电缆及隧道发生火灾

引起电缆及隧道火灾的直接原因是电缆及中间头固有缺陷、制作质量不良、压接不紧、接触电阻过大，长期运行造成电缆头过热而烧穿绝缘，最后导致火灾的发生。分布式光纤测温系统能早期进行预警，迅速采取措施，有效的避免火灾事故的发生。

1.5 分布式光纤测温系统的特点

分布式光纤测温系统的特点包括：①适合用于10kV及以上电缆线路；②能够直接找出故障或隐患点；③能作为调整运行载流量的根据；④受环境等因素的干扰；⑤能全天候实时监测。

2.局部放电量的测量

2.1 测量原理

图1 局部放电量测量的接线原理及等价回路

图2 终端接头的PD检测方法的接线原理及等价回路

图3 中间接头的PD检测原理及方法的接线原理及等价回路

交联聚乙烯电缆线路，由于电缆本体或附件绝缘中存在某一点或多点的缺陷，如微孔、杂质、半导电层表面突起或凹陷等，使得该点局部电场强度增加。当电场强度超过绝缘介质的耐电强度时，就会在该点发生局部击穿放电现象，所产生的放电脉冲电流，会在电缆线路回路中传播，如果在线路中接上检测传感元件，就可以测量到这一局部放电量，但只是所谓的视在局部放电量，与放电点的真实放电量有一定的相关性，但也存在很大差异。电缆线路局部放电常用的检测方法为脉冲电流法。

局部放电量测量的接线原理及等价回路见图1。

（1）现象：试样发生局放时，试样以外的正常部分CA和CC都同样要通过试样的局放点进行放电。

（2）检测原理：只要在CA或CC的部分装上脉冲电流耦合器件，就可以检测出流过局放点的一部分脉冲电流。

2.2 终端接头的PD检测原理和方法

终端接头的pd检测原理和方法的接线原理及等价回路见图2。

（1）现象：当CB（终端头）内发生PD时，脉冲信号均会流过接地线E和D、C。

（2）检测方法：只要在D、E、C上装上脉冲耦合器（PD传感器），则可以检测PD信号。

（3）实用方法：当D线和E线小于1mm时，可在接地线上装上高频TA（f=50MHZ）测量PD信号。当接地线有3～5m或以上长时，因接地的阻抗使脉冲电流难以通过，故TA法的灵敏度会大大降低，此时可采用薄膜电极法。

2.3 中间接头的PD检测原理及方法

中间接头的PD检测原理及方法的接线原理及等价回路见图3。

检测方法：对于IJ显而易见，在IJ两边的外包电极上可获得PD信号。对于NJ来说，内部应力锥元件采用绝缘接头方式，外部采用6线接地箱同样可获得PD信号；实际上NJ采用正常的PD也可以获得信号，只是测试灵敏度会受到一定程度的影响。

2.4 判别标准

终端判别标准和中间接头判别标准见表1、表2。

2.5 特点

中间接头的PD检测原理具有的特点包括：①适合用于交联聚乙烯电缆线路；②能够最早发现电缆及附件中的缺陷；③易受环境等因素的干扰；④一般不能全天候实时监测。

3.红外热成像技术监测热故障

3.1 故障原理

由辐射理论可知，一切温度高于绝对零度的物体，每时每刻都会向外辐射人眼看不见的红外线，也同时发射辐射能量。物体的温度越高，发射的能量也越大。根据斯蒂芬玻尔兹曼定律，辐射能量：W=εδATA式中：W为发热体发射的功率；ε为发射体的黑度（也称发射率）；为玻尔兹曼常数；A为发射体表面积，cm2；T为发射体的绝对温度K。只要知道发射体表面的反射率ε，再检测出红外辐射能量，就可推断出发射体的温度。

3.2 电缆线路热故障的分类

当带电电缆线路有了热故障，其特点是过热点为最高温度，形成一个特定的热场，并向外辐射能量。通过红外成像仪的光扫描系统，可以把这一热场直观的反映在荧光屏上。根据这个热像图，很容易找出热场中的最高温度点，这个最高温度点就是热故障点。电缆线路热故障多种多样，但一般分为两类：接触热故障（如导体连接件接触不良，接地线连接不良，电流流过时发热）和绝缘材料固有缺陷以及变质老化。

3.3 几种主要材料的发射率（见表3）

3.4 特点

红外热成像技术监测热故障的特点包括：①适合用于所有绝缘电缆线路；②能够直接找出故障或隐患点；③不容易也不适合发现电缆及附件中的缺陷和绝缘老化；④易受环境等因素的干扰；⑤一般不能全天候实时监测。

3.5 应用红外成像监测的注意事项

（1）为了防止太阳辐射与背景辐射影响。户外终端监测应选择在阴天、日出前或日落后，最好在晚上。户内终端监测时，应关闭照明灯。当附近有高温设备时，应进行遮挡或选择合适的监测方向。

（2）应避开环境温度过高和过低的夏季和冬季，以防止环境温度的影响。

（3）防止气象条件的影响。

（4）监测时应正确设定发射率，并在监测结果处理时，进行发射率修正。