变电所电力电缆在线综合监测系统可行性论证

李锦燕 王振海 郑嵘 毛振海

摘 要：电力电缆是电力系统的重要组成部分，是连接供电网络的纽带和桥梁之一。随着综自站的不断发展，电力电缆的使用量也在逐年增加。2014年4月任东22万站综合自动化改造投产，110kV、35kV出现全部改为电缆；这就要求电力电缆的运行必须长期、连续、安全、稳定和经济。电缆绝缘故障的在线监测和故障诊断对于保证供电的可靠性具有重要意义。所以对研究能够监测电缆绝缘状况的在线设备，做到故障前准确预警并且提供电缆损毁点的精确位置，得以计划停电检修，提高供电可靠性，减少大量的人力物力消耗，有着迫切的需求。

关键词：电力电缆；在线监测；提高供电可靠性

变电所关系着居民生活和企业生产用电，因此其中的电力电缆需要定时的检修。关于检修有很多必要的措施，以达到用最少的人力和最小的代价来快速实现检测。现如今，电力电缆的检测更多的是寻求一种新的检测方式，这种方式能够快速有效實现其是否正常运作的状态的检测，这种检测方式是利用在线综合监测系统来进行。这种在线监测的方式可以大大降低人员的在场性。在早些时候，所有的电力电缆都需要专门的人员到现场对每个变电所进行检测，但这种方式需要很多工作人员，也会浪费很多时间，如果能有一种方式可以让专业人员可以不奔波于各种变电所的检修路上就可以监测到所有变电所的电力电缆运行情况，那自然可以减少人员的配备，并且可以大大提高工作人员的工作效率。这种在线综合监测系统是自国外引进而来，它可以对运行电压下的电缆的绝缘状态进行检测，还可以就检测结果进行分析，并实时反映到监测端的界面上。同时这种系统还可以进行自动连续的检测，依据大量的数据以及判据的数模分析可以判定绝缘状态变化趋势，从变化趋势中寻找危险征兆，从检测结果来综合判断电缆运行状况。并且利用通讯技术实时提报检修和运行值班人员，即达到事故之前计划检修，避免事故扩大和不必要的经济损失。

威纳电气公司最新研发的电力电缆在线综合监测系统是采用基于行波法的电缆故障在线诊断方法，符合国内配网小电流系统的实际情况，并且经过大量的实验室仿真模型的数据获得设计参数，在胜利油田锦华变投入试运行，目前系统运行稳定，并且对电缆接地故障成功预警并测距成功，基本达到系统设计目标。下面就此项技术进行阐述。

1 此系统主要组成及技术特点

1.1 电力电缆故障形成机理和过程。电力电缆很容易在无人监管的情况下出现故障，在故障的形成原因中，水树枝老化是造成交联聚乙烯电缆在运行中被击穿的主要原因。在绝缘中存在缺陷、微孔和水分的前提下，由于缺陷或微孔处的电场畸变，会导致在运行电压下引发水树枝，水树枝的生长相对较慢，但伴随水树枝生长，水树枝尖端的电场将愈加集中，局部高电场强度最终会导致水树枝尖端产生电树枝，造成运行电缆的瞬间燃弧，电缆绝缘下降，并且随着燃弧的积累，最终造成电缆绝缘损毁。

1.2 监测瞬时性燃弧特征和辨识方法达到故障预警目的。在变电站中，电线电缆的故障一般是分为可恢复故障和不可恢复故障两种，对于由水树枝造成的故障，则一般是可恢复故障。但是，这种可恢复故障次数不断增多之后，则会变得具有不可恢复性。像不可恢复的故障，则通常要有专门的维修人员去修复。通常的监测系统也有监测电缆的功能，但很少有能分出故障成因的。本文所研究的在线综合监测系统有着捕捉、记录瞬时性可恢复接地故障的特高速数据采集技术，以及能有效判断其特征的数字辨识方法，同时研究此类故障最终造成电缆损毁的有效次数积累，确立电缆故障预警判据，通过对运行的电力电缆的实时监测和数据分析达到故障预警功能。

1.3 行波故障测距和算法。本系统通过建立运行电缆得到的瞬时性可恢复接地故障数据，可以建立电缆故障分析模型，研究电缆的行波测距技术和自动算法。在故障预警的同时，通过行波测距自动算法，指示故障点距离。

1.4 故障选线。这一在线综合监测系统不仅可以对出现故障的位置和特点进行报警，还可以通过数据分析来遴选出究竟是哪条电缆发生了故障。即便是有一些突发性的行为（如雷击、人物破坏等）导致的电缆故障，系统也可以指出相对比较明确的故障线路，可以让工作人员根据发出的警报来快速查找线路并且在最快的时间内控制故障，将事故的影响降到最低。

1.5 系统构成。①本系统由在线监测传感器、监测装置、后台软件、通讯等几部分组成。在线预警及测距装置为“即插即用”式设计，由主控单元（CPU板）和高速数据采集单元（DAU板）等构成。根据功能划分，装置由以下几个基本部分组成，它们分别是：中央处理单元（CPU）、高速数据采集单元（DAU）、I/O接口单元、人机界面、模拟信号输入和电源等几部分。②后台软件及实时分析系统。后台采用运行Windows XP系统的管理软件，内置监测电缆的名称、波速度、电缆长度、历史数据等信息。采用局域网方式与监测装置通讯，可以操作装置的参数设置。人机界面良好，并且通过上位通讯实现远程服务。本系统可以作为管理员系统，也可以现场分析故障预警及测距信息，可以实现无线网络通讯，并且可以向相关人员发送短信报警信息。

2 结论

①对于配电网小电流接地系统，故障电流微弱、电弧不稳定等原因，基于稳态信息的方法效果均不理想。故障电流中暂态分量远大于稳态分量，即使在相电压过零时故障也有明显的暂态过程，因此基于暂态行波信号的方法可靠性、灵敏度均较高。

②基于暂态行波信号特征分量的特高频数据采集，证实交联电缆的“可恢复故障”是存在的。并且可以根据采集此类故障积累的判断，预知电缆的绝缘损毁程度，并且总结得到一个可靠的判据，实现电缆的故障预警，达到状态检修的目的。

③由于电缆“可恢复故障”的暂态行波信号特征分量幅值强，通过对采用特高频数据采集装置采集到的波形分析，并且与电缆故障后查找故障的测距比对，能够确认本在线监测系统可以实现电缆发生永久故障之前的故障测距功能。并且装置设计的测距精度达到每公里0.7米。

④本系统得到的在胜利油田变电所运行电力电缆的“可恢复故障”数据，是世界上首例在运行电缆上得到的暂态行波可分析故障距离的信息，为此技术的发展奠定了一个坚实的基础。本系统在运用过程中成功得到了因人为原因造成的电缆损毁触发波形，正确的反映了单相接地之后故障点连续引弧的过程，并且在接地报警过程中可以准确的指示出接地电缆回路和电缆接地故障的距离，使检修人员迅速排除故障，保障系统安全稳定。s