电力电缆金属护层环流在线监测装置的应用

2012-05-29任广振张礼宾

浙江电力 2012年10期

胡伟，任广振，张礼宾

（杭州市电力局，杭州 310009）

0 引言

目前交联聚乙烯（XLPE）电力电缆已被广泛应用，基本取代了油纸绝缘电缆。XLPE电力电缆多数采用单芯电缆，其线芯与金属护层的关系可看作单匝变压器。当单芯电缆线芯通过电流时，就会有磁力线交链铝包或金属屏蔽层，在两端出现感应电压。感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比，当电缆很长时，护套上的感应电压有可能会危及人身安全。

有关XLPE电力电缆状态监测的研究基本以电缆主绝缘为主，忽略了对电缆保护层绝缘的在线监测研究。在实际运行过程中，电缆保护层的缺陷导致主绝缘出现问题的情况也较多，如：金属护层出现多点接地，导致绝缘层局部过热并加速绝缘老化，严重影响主绝缘寿命；护层绝缘损伤、因外力或电磁力引起护层联接处位移应变和错位导致水分侵入，主绝缘产生水树老化的概率增加，对电缆寿命产生严重影响等。

因此，监测金属保护层的绝缘状态是保护电缆主绝缘的第一道防线，应给予充分的关注。

1 金属护层环流在线监测装置

电力电缆新型金属护层环流在线监测装置采用国内先进的制造工艺和非接触式感应取电、无线通信等技术，能够实时采集电缆金属护层接地环流、电缆本体温度等状态数据，采用统一的通信规约将测量数据传输至前置子系统，实现环流的在线监测。

装置采用特殊设计的电流互感器作为感应装置，以超级电容为缓冲储能器件，以功率控制及稳压变换方式对超级电容充电和对设备供电，采用大功率瞬态抑制器件、二级反馈斩波泄放电路和饱和点设计，提高了输出功率，减少了发热量，降低了震动和噪声。

2 感应取电装置的设计原理

感应取电装置由电流互感器、保护反馈控制、超级电容充电管理、输出控制等几部分组成。

电流互感器从母线感应能量供后级使用；保护反馈控制包括瞬态抑制、反馈斩波泄放控制，主要作用是根据后级对能量的需求自动调节输出到后级的能量大小，同时抑制瞬态峰值电流，保护后级电路不被损伤，也解决了后级空载时的互感器震动问题；充电管理部分的主要作用是根据互感器线圈感应的能量动态调节对超级电容的充电电压和充电电流，在达到互感器功率输出最大化的同时保护超级电容等后级电路及元器件；输出控制部分主要监视超级电容的储能状况，对负载设备提供直流能量。

3 金属护层环流在线监测装置的应用

该监测装置于2011年4月首次安装在杭州市电力局110 kV南新1202线3号中间接头处（该中间接头的接地方式为直接接地），经过半年多的试运行，表明该装置能够准确测量接地环流数据，能够对电力电缆线路环流数据异常情况及时报警，为电力电缆绝缘状态监测提供依据。截至2011年底，已安装66套监测装置，覆盖8条220 kV电缆线路和1条110 kV电缆线路。图1为金属护层环流在线监测装置现场安装示意。

图1 在线监测装置现场安装示意

表1对2条220 kV电缆线路的任意2组中间接头的人工检测数据和在线监测数据进行了对比，表明在线监测装置的实测数据（月平均值）与传统人工测量得到的数据是基本一致的，从而说明电缆护层绝缘监测系统测得的数据是可以被采信并用于指导生产的。

接地环流在线监测装置采集的数据通过前置子系统传输至电力系统生产管理平台，使运行管理人员可直观地观测到A/B/C三相护层接地环流的每时、每日、每月的数据曲线。

表1 金属护层接地环流历史数据和实测数据对比

图2为220 kV陆古2R50线4号中间接头A/B/C三相环流在2012年 1月 16日00∶00—12∶00的实时记录曲线。根据电力电缆线路等效原理图分析，金属护层感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比，导体电流随线路负荷变化而变化，接地电流随导体电流变化而变化且为正比关系。在00∶00—12∶00时间段内电力电缆线路负荷是递增的，导体电流和接地环流也呈现递增趋势，在系统内展示为上升曲线。由于A/B/C三相电缆自身绝缘状态不同，三相接地环流数据之间也存在差距。根据多年运行经验判断，接地环流在15 A以下时接地系统基本属于正常状态。