浅谈高压电缆护套环流监测装置

江门电力设计院有限公司 杨志滔

浅谈高压电缆护套环流监测装置

江门电力设计院有限公司 杨志滔

本文分析了电缆金属护套环流的形成，以及简述了电缆护套环流监测装置的系统功能与装置组成部分。

电缆金属护套；接地方式；环流；环流监测装置；监测

正常运行时，高压单芯电缆线芯电流产生的交变磁场将在金属护套上产生感应电压，为保证电缆安全稳定运行和维护人员的人身安全，要求电缆金属护套至少一端可靠接地。对于较短电缆，高压单芯电缆金属护套一般采用单端接地方式，即一端直接接地另一端接保护器接地；对于较长电缆，高压单芯电缆金属护套一般采用交叉互联接地方式。

若单芯电缆金属护套通过大地或回流线形成通路,则金属护套上将产生环流，该环流最大可以达到线芯电流的90%以上，较大的环流不仅造成巨大的损耗,导致电缆载流量降低，影响电缆线路的输送能力及安全稳定运行，还会使电缆发热、温度升高，严重时会造成电缆主绝缘的损坏从而减少电缆的运行寿命。

通过安装电缆护套环流监测装置，在线实时连续监测电缆金属护层循环电流和电缆终端头、接头或本体表面温度并分析比较来监测护层绝缘情况与电缆的运行情况，可及时有效地解决电缆事故。安装电缆护套环流监测装置，是目前不改变线路连接，不影响电缆运行的可行有效的办法。

1.电缆金属护套环流的形成分析

（1）单芯电缆线芯和金属护套构成一个中间介质为电缆绝缘层的圆柱电容器。为此在金属护套环流中，除感应电流外，还包括电容电流和泄漏电流，两种电流的大小主要与线芯和金属护套之间的电压和电缆结构参数有关，与电缆布置方式无关。经对大量护套环流测量结果表明，金属护套内电容电流和泄漏电流之和一般小于6A。所以当电缆金属护套采用单端接地方式时，其环流电流不大，对电缆运行的影响不大。

（2）当电缆金属护套两端直接接地时，电缆金属护套与大地形成回路时，电缆金属护套则会产生环流。该环流有三种情况会产生，一是电缆金属护套采用交叉互联接地方式；二是电缆外套主绝缘发生损坏，从而使电缆金属护套发生多点接地；三是运行电缆发生短路或被雷击现象，使单端接地方式中接保护器接地的一端电压过高，将保护器击穿从而形成金属护套两端直接接地。第一种情况是电缆较长时所采用的正常接地方式，若完整的交叉互联内各段电缆的长度相差不大时，电缆金属护套上的感应电压则较低，其所产生的环流也就较小，不影响电缆的正常运行。后两种情况则属于电缆故障，金属护套所产生的环流极大，使金属护套发热，以致损害电缆主绝缘，加速电缆绝缘老化，甚至发生电缆爆炸事故；同时，护层感应电压超出安全范围，可导致外层绝缘击穿带来人身安全隐患；严重时并可直接导致电缆载流量40%的损失，威胁电缆线路的安全运行，并造成直接的经济损失，严重影响电缆的运行，应尽可能地减少此情况的发生，若发生则应尽快采取措施解决。

2.电缆护套环流监测装置的系统功能

电缆护套环流监测装置,可实时监测电缆金属护层循环电流、运行电流和电缆表面温度，并以GPRS通讯方式将测量数据发送给监控服务器，监控服务器将数据进行处理与显示。监测员在调度室内可通过对各种参数的变化趋势波形图、记录数据表等进行分析，并判断电缆绝缘情况是否良好，运行电缆是否发生故障，从而可迅速及时地采取措施解决故障，从根本上避免了电缆事故的发展，保证电缆安全、可靠的运行。

电缆护套环流监测装置可以安装在室外杆塔上，监测电缆终端头与电缆的状态；也可以安装在电缆工井内，监测电缆中间接头与电缆的状态。一般在一个完整的交叉互联接地方式 的直接接地箱处安装一套电缆护套环流监测装置，在电缆护套单端接地方式的直接接地箱处安装一套电缆护套环流监测装置。电缆护套环流监测装置的系统功能有：

（1）实时测量运行电缆的金属护层循环电流、运行电流、电缆表面温度、环境温度，接地箱温度等。

（2）通过GPRS无线将测量数据传输给监控服务器。

（3）数据实时采集，系统数据采样频率5秒至1小时可控。

（4）监测终端不需要外部提供电源，通过电流互感器获取电缆运行电流并作为整个数据采集终端的电源。运行电流在50～1000A的范围内终端均可正常工作。

3.电缆护套环流监测装置的组成及主要功能

电缆护套环流监测装置系统包括：数据采集终端主机、电缆护层接地电流测量互感器、电缆运行电流测量互感器、温度传感器、取电互感器、报警系统。

3.1数据采集终端主机

（1）数据采集终端主机，是系统的核心硬件，安装于杆塔上或电缆工井内。主要用于收集现场各测量点传感器数据，并通过GPRS通讯方式发送给监控服务器。

（2）系统采集终端主机接线请严格按照下表所示接线座排进行。

电源　温度　护层循环电流　运行电流1　2　3　4　5　6　7　8　9　10　11　12　13　14　15空　S1　S2　地　VCC DQ GND C3(C相)　C2(B相)　C1(A相)　C5

S1、S2：接取电互感器输出端。

地：接保护地。

VCC、DQ、GND：接温度传感器的温度总线。

C1、C2、C3：接护层循环电流互感器输出端（A相，B相，C相）。

C5：接运行电流互感器输出端。

3.2电缆护层循环电流互感器

电缆护层循环电流互感器，直接套在接地电缆上，用来监测电缆金属护层的循环电流，并将实时采集的数据传送到数据采集终端主机。

3.3电缆运行电流互感互感器

电缆运行电流互感互感器，直接套在运行电缆上，用来监测电缆的运行电流，并将实时采集的数据传送到数据采集终端主机。

3.4温度传感器

温度传感器，安装于电缆终端头或电缆中间接头处，用来监测电缆终端头或电缆中间接头与电缆表面的温度，并将实时采集的数据传送到数据采集终端主机。

3.5取电互感器

取电互感器，直接套在运行电缆上，用来向数据采集终端主机提供电源。该取电互感器采用的是开合式电流互感器，要求运行电缆的运行电流必须≥50A，这样才能保证数据采集终端主机的正常运行。

3.6报警系统

报警系统：具备护层接地电流参数超限自动报警或者异常变化自动报警功能，在集中监控中心对接地电流参数超过预设值时发出视听报警，在集中监控平台的图形展示界面上报警，并自动将报警资料存档。对环流的当前值与历史值进行分析，当出现下列情况时，系统发出报警：

A、环流增大到某一数值；

B、环流变化率增大到某一数值；

C、环流与线芯电流的比值增大到某一数值；

D、对环流与线芯电流的比值变化率增大到某一数值。

4.结束语

高压单芯电缆在正常的运行中，其电缆金属护套必定会产生感应电压，从而也必然会产生电缆金属护套环流。当运行电缆发生故障时，如电缆发生短路、被雷击、主绝缘损坏产生金属护套多点接地等等，在电缆金属护套上则会产生较大的环流，影响电缆线路的输送能力与运行寿命。而安装电缆护套环流监测装置,可24小时实时监测电缆金属护层循环电流、运行电流和电缆表面温度，及时发现电缆护层接地电流（环流）的异常现象，及时迅速发现并定位环流异常故障。通过软、硬件技术手段，智能判断故障种类：如保护多点接地故障、保护接地故障、交叉互联接线错误等，利用接地电流的变化及辅助手段，及时发现运行电缆故障、交叉互联箱及接地线异常情况，迅速采取措施解决电缆运行故障，提醒值班人员及时处理，确保电缆线路安全、可靠运行。