高压电缆本体在线监测系统的配置探讨

吴秀球

（广东威恒输变电工程有限公司，广东佛山528200）



高压电缆本体在线监测系统的配置探讨

吴秀球

（广东威恒输变电工程有限公司，广东佛山528200）

摘要：根据佛山地区电缆工程情况，分析高压电缆本体在线监测系统的配置，总结实际经验，为该行业提供参考借鉴。

关键词：电缆；在线；监测；配置

随着城市的发展，高压电缆的应用日益增长。高压电缆本体在线监控系统作为一种监控电缆状态的重要辅助设施，是很多重要电缆工程必不可少的配置，目前国内还没颁布关于高压电缆本体在线监测系统的相关规范。为密切监视电缆的运行状态，保证高压电缆运行安全可靠，高压电缆本体在线监测系统应运而生。

高压电缆本体在线监测系统主要包括电缆局部放电在线监测系统、电缆护层接地电流在线监测系统、电缆分布式光纤测温系统以及电缆接头多点测温系统4种。利用电缆本体在线监控手段，可以实时监控电缆的局部放电信号、护层电流、电缆的运行温度以及重点部位的温度，通过多种监测数据综合来判断电缆的运行状态，对异常情况及时发出预警信号，能够使得问题在短时间内及时解决，避免恶化，对保护电缆本身及相邻线路的安全运行具有重大的意义［1］。

本文以佛山某220 kV隧道工程为例，浅谈高压电缆本体在线监测系统在工程中的配置。该隧道共有四回路运行高压电缆，其中220 kV两回，110 kV两回，每回路均分为3段，采用交叉互联接地方式。该电缆工程用电负荷为十分重要的负荷，故非常有必要采取一定的电缆辅助设施来监视电缆的运行状况。该工程采用了上述4种在线监测系统来监控电缆本体运行状态，目前已经投产运行，监测效果较好。

1电缆局部放电在线监测系统

1.1检测原理

采用脉冲电流法作为电缆局部放电信号检测手段，其局部放电测试回路如图1所示。在电力设备局部放电检测领域中，脉冲电流法是一种比较成熟的技术。近年来，随着交流耐压试验取代直流耐压试验成为电力电缆交接和预防性试验的主要手段，脉冲电流法将会更加广泛地应用到电力电缆局部放电检测和定位中去。

图1脉冲电流法局部放电测试回路

脉冲电流法的基本原理是：试品在加压情况下发生局部放电时，两端会产生一个瞬时的电压变化，此时如果经过一个耦合电容耦合到一个检测阻抗上，回路中就会产生一个脉冲电流，将该脉冲电流流经检测阻抗产生的脉冲电压予以采集、放大和显示处理，就可测定局部放电基本量。

1.2系统配置

电缆局部放电在线监测主要设备包括HFCT传感器、局放信号采集装置和站端服务器。隧道工程的电缆局部放电在线监测系统配置如图2所示。

图2电缆局部放电在线监测系统配置

（1）HFCT传感器。HFCT传感器是基于脉冲电流法这一原理开发出来的应用于电缆局部放电检测的传感器，该传感器具有灵敏度高，信噪比高、无源等特点。该隧道工程HFCT传感器有大口径与小口径两种尺寸，大口径主要安装于电缆本体上，小口径主要安装于终端接地线或中间接头交叉互联箱同轴芯线或接地铜条上。

（2）局放信号采集装置。局放信号采集装置主要功能是对传感器的信号进行滤波、放大、模数转换等处理，最后通过内置的电光转换模块将信号以光的形式沿通信光纤上传至主控室主机屏，适用于电缆隧道、坑道、竖井及户外场地等各种环境。

2电缆护层接地电流在线监测系统

2.1检测原理

采用接地环流和负荷电流传感器分别测量电缆护层上的环流和电缆本体上的负荷电流，这两种传感器也称为霍尔电流传感器，都是基于磁平衡式霍尔原理，即闭环原理。当原边IP电流产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中时，霍尔元件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边IP产生的磁通，使得磁路中磁通始终保持为零。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。当金属护层接地环流异常时，系统会自动报警，信号被实时传送到集中监控中心，将接地环流在线监测设备测量数据与电缆负荷数据（电力调度中心提供）进行对比和综合分析，从而达到实时掌握电缆金属护层接地系统的运行状况的目的。

2.2系统配置

护层接地电流在线监测系统的主要设备包括测量接地环流传感器、测量负荷电流传感器、采集器和站端服务器。

（1）接地环流传感器。接地环流传感器有两种结构，1）采用ABS塑料外壳，内置电流变送器，磁芯采用硅钢作为导磁材料；2）采用采用罗氏线圈（是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈）与电流变送器一体化结构，输出信号是电流对时间的微分，通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原输入电流。这两种接地环流传感器均无需拆开被测主回路。

（2）负荷电流传感器。负荷电流传感器作用就是测量运行电缆本体的负荷电流，其原理与测量接地电流传感器相同。

（3）采集器。采集器可以采集电缆三相的接地环流数据及负荷电流数据，保护箱内装配电光转换模块，将接地环流采集器数据上传至主控室控制屏站端服务器。

接地电流在线监测系统的系统框架如图3所示。

图3电缆护层接地环流在线监测系统框架

隧道工程的电缆护层接地电流在线监测系统配置如图4所示。

图4电缆护层接地电流在线监测系统配置

3电缆分布式光纤测温系统

3.1检测原理

分布式光纤温度传感系统基于光纤拉曼（Raman）散射现象，激光器光源发出的光脉冲与光纤分子相互作用，发生散射，散射光有多种类型，如瑞利（Rayleigh）散射、布里渊（Brillouin）散射和拉曼散射等。其中拉曼散射与光纤分子的热振动相关联，因而对温度敏感，可以用来进行温度测量［2］。

在光纤中，散射信号是连续的，通过使用高速信号采集技术测量入射光和拉曼散射光之间的时间间隔，可以得到拉曼散射光发生的位置，由于拉曼散射光对温度敏感，所以可以沿着光纤测量到相应的温度分布。其原理如图5所示。

图5分布式光纤的检测原理

3.2系统配置

电缆分布式光纤测温的主要设备包括测温光纤、智能光纤测温主机、站端服务器，系统配置如图6所示。

（1）测温光纤。测温光纤分为内置式和外置式，本系统的测温光纤主要是指内预置测温光纤引出端到主控室控制屏之间的外置部分。本系统采用的测温光纤为通用型铠装感温光纤，适用于对光纤抗破坏能力要求高的环境，采用双层不锈钢铠装结构。

（2）光纤测温机。光纤测温主机有8个光输入，一个以太网接口，两个232数据串口。

图6电缆分布式光纤测温系统配置

4电缆分布式光纤测温系统

4.1检测原理

电缆接头由于施工环境、人员操作、绝缘老化等各种因素，往往成为电缆运行的最薄弱环节。根据电缆故障原因统计，电缆90%以上的主体故障均发生在电缆接头上，其中有相当一部分电缆故障是慢慢积累起来的，主要表现形式是故障点的温度异常。对电缆线路的接头进行温度监控，可及时、有效发现电缆潜在故障。

电缆分布式光纤测温系统采用内含6个间隔排列捆绑的PT100感温探头的测温带捆绑在电缆接头上进行测温，每个接头按品字形捆绑3根测温带。通过测温带重点多点测量接头的温度，将接头的温度信息通过巡检装置保护箱进行采集和实时显示，并将巡检装置的数据通过网线传至接地电流采集器保护箱内的电光模块，再以光纤上传至主控室控制屏内站端服务器。

4.2系统配置

电缆接头多点测温系统的主要设备包括数字测温带、多点测温巡检装置和站端服务器。

（1）数字温带。数字测温带外壳为不锈钢，所有材料均为非导磁材料，对电缆运行无影响。每相接头捆绑3根测温带，中间接头采用尼龙扎带，终端接头采用不锈钢扎带，如图7、8所示。

图7测温带在中间接头的安装

图8测温带在终端场的安装

（2）多点测温巡检装置。多点测温巡检装置配置情况为每相一台，可连接3条测温带，共18个监测点。终端场巡检装置保护箱安装在电缆支架上，中间接头巡检装置保护箱安装在电缆接头附近并靠近接地电流采集保护箱。

5　小结

电缆本体在线监测手段还在发展阶段，本文所述的4种电缆本体在线监测手段，除了在隧道工程得到应用外，在其他在建工程中也得到广泛采纳。采用电缆本体在线监测系统，能够很好地帮助运行人员实时掌握电缆的运行状态，及时发现问题，解决问题，保证电缆运行安全可靠，从而减少工作人员巡检的次数，有利于进一步保证巡检人员的人身安全。这是未来电缆工程发展趋势。

参考文献：

［1］陈鹏堃.电力隧道在线监测及安全监控技术探讨［J］.技术应用, 2014（13）:78- 79.

［2］曹华.电力电缆隧道综合监控系统研究与应用［D］.保定:华北电力大学, 2013.

【责任编辑：任小平renxp90@163.com】

Discussion on configuration of online monitoring system for high voltage cable

WUXiu- qiu
（Guangdong Weiheng Power Transmission and Distribution Engineering Co. Ltd., Foshan 528200, China）

Abstract:According to the cable engineering in Foshan area, this paper discusses the configuration of online monitoringsystemfor high voltage cable. The purpose is toshare practical experience and provide a reference.

Keywords:cable; online; monitoring; configuration

文章编号：1008- 0171（2016）01- 0083- 05

作者简介：吴秀球（1989-），女，广东佛山人，广东威恒输变电工程有限公司助理工程师。

收稿日期：2015-05-05

中图分类号：TM71

文献标志码：A