110kV电力电缆金属护层环流在线监测技术及其应用

深圳供电局有限公司 郭伟华

1 110kV电力电缆运行管理中存在的问题

1.1 电缆护层绝缘与安装工艺存在缺陷

110kV电力电缆的运行环境为强电场，因此极易因电缆护层绝缘的缺陷儿导致金属护层多点接地，进一步增加护套损耗，严重影响了高压电缆使用寿命，甚至会导致高压电缆事故的发生。其次，电缆护层缺陷在潮湿环境下会出现水树枝，并因电缆介质损耗的加重而演变为电树枝，高压电缆发生绝缘击穿的可能性也将提高。另外，110kV电力电缆的安装工艺受天气、人为因素影响较大，因此也存在一定缺陷，从而导致金属护层的环流升高，电缆的使用寿命也大大降低。

1.2 接地装置的盗窃现象严重

高压电缆输电线路属于国家重要的基础建设项目，在我国的社会经济发展中起着重要的推动作用，但是由于人为监督不足以及行业内部监管不利，电压电缆接地装置遭到人为盗窃的情况时有发生。高压电缆接地系统的损坏将会导致护套长期承受高电压，从而大大降低了电缆的使用寿命，高压电缆事故的发生率也大幅提高。近年来，电缆通道内110kV高压电缆线路被盗的情况越来越严重，电力管理部门也加强了高压电缆附属设备的防盗工作。

1.3 巡视与检修工作不到位

科学的巡视与检修时保障高压电缆线路安全、稳定运行的关键，但是当前我国110kV电缆线路的巡视检修工作存在诸多问题，对线路缺陷的巡视力度不高，难以掌握高压电缆线路的运行状况。另外，高压电缆线路的检修也多停留在计划检修模式阶段，尚未建立科学的监控监测系统，对电缆通道及其附属设施的保护力度不高，缺少技防设备与有效的监控手段，这也给110kV电缆线路的运行留下了较大的安全隐患。

1.4 电缆线路与市政设施建设出现冲突

社会经济的快速发展推动着城市化建设步伐的不断加快，高压电缆线路与供水排水、煤气、天然气的交汇面也不断扩大，电缆线路与市政设施建设的冲突不断凸显。供水排水系统、煤气管道、天然气管道都给电缆线路带来了巨大的安全隐患，加之欠缺科学的线路管道设计，电缆管道的运行环境也变得更为复杂，一旦发生意外事故，也将会造成重大的人员伤亡与经济损失。

2 高压电缆金属护层系统与环流检测

针对当前我国110kV高压电缆线路运行管理中存在问题，如何提高电缆线路运行状态监测也已经成为我国现代化电网建设过程中亟待完善的问题。而电缆金属护层系统与环流检测作为高压线路在线监测技术的基础，在探讨在线监测装置的开发与应用之前，应首先对金属护层系统与环流检测有一定的了解。

2.1 接地系统

110kV高压电缆线路采用单芯电缆，考虑到单芯电缆金属护层与线芯交流电流产生的磁力线交链，在实际的运行管理过程中需要对感应电压进行控制，根据电缆设计长短可以采用单端保护接地以及交叉互联接地。单端保护接地，多用于高压电缆线路的两组终端、两组接头以及终端和接口之间。交叉互联接地，多用于长距离高压电缆三段等长的电缆线路中。

2.2 接地环流过大的不良影响

图2 110kV岸创Ⅰ线护套接线图及在线监测系统环流记录曲线

110kV高压电缆线路接地环流的不良影响是多方面的，首先，接地环流过大将会影响电缆额定载流量，不经交叉互联两端直接接地的电缆载流量约为无环流载流量的80%，因而高压电缆线路多采用交叉互联两端接地来降低电缆环流对电路的影响。其次，接地环流过大将会使交叉互联连接处发热，而且电缆交叉互联处的接触不良也将导致互联处发热的出现。另外，接地环流过大将会产生额外损耗，从而降低高压电缆的使用寿命，造成极大的线路浪费。

2.3 接地环流检测

接地环流的检测是线路运行监控的重要内容，传统的接地环流检测是在停电条件下测量外护层绝缘电阻，也可在带电情况下借助电用钳形电流表来对高压电缆的金属护层环流进行测量。但是停电测量对电路运行的影响过大，而手工环流检测又具有一定的危险性和局限性，在这样的背景下，有必要研究出应用现代电力电子技术与计算机技术的高压电缆金属护层环流在线监测装置，从而有效控制高压电缆金属护层系统环流，延长电缆线路的使用寿命。

3 110kV电力电缆金属护层环流在线监测技术的应用分析

3.1 在线监测系统的设计架构与应用功能分析

110kV电力电缆金属护层环流在线监测系统的设计必须满足以下功能要求：基于PMS系统的设备状态监测模块，建立高压电缆在线监测功能；采用先进制造工艺以及太阳能取电、非接触式感应取电、无线通信技术等前沿科技；在线监测装置必须与监控总站实现数据同步，并可将相关控制参数与装置台账下发至前置系统。高压电缆金属护层环流在线监测装置主要分为以下前端装置与后台主站检测系统两大部分，其中，前端装置的电源取电技术为感应取电、太阳能取电以及220V交流电取电，环流检测装置采用特殊设计的电流互感器作为感应设置，超级电容作为缓冲储能元件，从而在提高输出功率的同时，降低了装置的发热量，延长了使用寿命。后台主站检测系统则主要包括在线装置台账管理、系统自诊断、故障报警、记录存储展示、记查询统计等几个模块。

3.2 金属护层环流在线监测装置的应用

本次研究的110k V电力电缆金属护层环流在线监测装置为深圳供电局输电管理所于2012年12月安装在110kV岸创Ⅰ线#3中间接头处，采用交叉互联接地，该在线检测装置的现场安装示意如图1所示。该检测装置能够准确测量高压电缆的接地环流数据，从而及时发现环流异常数据并报警，图2为该线路的护层接线图及该检测装置于2013年10月25日 22时04分18.025秒记录的该电缆线路#3中间接头护套环流数据，从以上数据，可观测出电缆在未受外界干扰时，其正常环流值为15A，图中异常环流值达到170A左右，为工频振动，振动时间为340ms，约16个工频周期，初步判断应为系统扰动所致。

图1 金属护层环流在线检测装置的现场安装图

4 结语

当前我国110kV电力电缆运行管理存在诸多方面的问题，电缆护层绝缘与安装工艺存在缺陷，接地装置的盗窃严重，巡视与检修工作不到位，电缆线路与市政设施建设出现冲突，在这样的背景下，努力提高高压电缆运行管理水平、加强高压电缆金属护层在线监测就显得尤为重要。电缆护层的绝缘性能作为线路安全、稳定运行的重要保障，科学有效的金属护层环流在线监测装置能够在很大程度上提前监测其电流变化从而避免电缆事故的发生，保证110kV高压电缆线路的安全运行。

[1]胡伟,任广振,张礼宾.电力电缆金属护层环流在线监测专职的应用[J].浙江电力,2012,31(10):22-24.

[2]曹志强,赵子玉,万丽丽.超高压电缆网络中接地系统的电流分布研究[J].华东电力,2009,37(11):1854-1859.

[3]张铮,赵子玉.高压电力电缆绝缘在线监测新方法及其实验研究[J].供用电,2012,29(2):63-66.