新型高压电缆状态监测系统研究

黄双得 王韬

摘  要： 新型的高压电缆状态监测系统是以状态监测和故障排查为主要目的。整个监测系统主要由监控系统、预警系统和报警系统组成。系统将物联网、三维可视化和其他技术有效地结合在一起，并能够让电力电缆实现智能化运维。本文主要对新型高压电缆状态的监测系统进行研究。

关键词： 新型;高压电缆;监测系统;状态

中图分类号： TP3    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.10.042

本文著录格式：黄双得，王韬. 新型高压电缆状态监测系统研究[J]. 软件，2019，40（10）：184186

Research on A New Kind of Condition Monitoring System of High Voltage Power Cables

HUANG Shuang-de， WANG Tao

（Kunming Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co.， Ltd.， Kunming， Yunnan 650000）

【Abstract】： The new type of condition monitoring system of high voltage power cables is mainly designed for condition monitoring and troubleshooting. The whole system consists mainly of monitoring system， early warning system and alarm system. Internet of Things， 3D visualization and other technologies are effectively integrated by this system and thus intelligent operation and maintenance of power cables can be achieved. This paper mainly focuses on the new type of condition monitoring system of high voltage power cables.

【Key words】： New-type; High voltage cable; Monitoring system; Condition

0  引言

随着电网的不断发展，目前高压电缆大量投入运用。高压电缆不仅是具有高价值的资产，而且也占据城市输电工程项目的主导地位。但是，到目前为止都没有有效的手段来全面监测器运行的状态。虽然在一般情况下会采用停电试验来对电力电缆的情况进行测量和评估。但是包括测试人员的人身安全和其他细节问题都没有能够被列入常规的检测项目中。因此，本文主要对新型高压电缆状态的监测系统进行研究，希望能够给大家更多的参考性意见。

1  研究背景

随着国民经济的不断发展，我国人民生活水平正不断地提升，大家对电力和电能的需求也在不断地增强。电能已经成为了人们生产和生活中的必须用品。但是，随着城市的不断发展和地理空间变得越来越紧张，电力线路走廊和城市的发展产生了较大的矛盾，人们会对城市规划建设提出更高的要求[1]。诸多架空线路在主干道和景观道上会和城市整体发展的面貌显得非常不和谐。

在实际运行的过程中，其电力电缆的长度和建设比重会不断地增加。但是电力电缆都会采用隧道、穿管和直埋的方式敷设入地下。在日常运行和维护的过程中，大家很难通过肉眼或者红外测温的方式来直接观察其运行的状态。如果局部运行的状态出现异常，則很容易导致故障停运，最终影响电网的安全运行。大家需要针对电缆局部放电、运行温度和绝缘强度进行监测，只有这样才能够提高电力电网在线监测的水平[2]。

2  电力电缆的概述

2.1  电力电缆的概念

电缆主要可以用来输送电能，是一种非常常见的电力设备。在电站内部可以先引入电路，之后再穿过江海来形成一类输电线路。一般而言，电力电缆在城市地下电网相对非常普遍，且使用的比重也在不断地增加。

2.2  电力电缆特点

目前，电力电缆在使用的过程中将会表现出各种特点。电缆除了能够在导体内部被广泛使用之外，其周围还包围着各种类型的绝缘层。在绝缘层的外部还有着一层特殊的保护层，为的是能够让材料不受到潮气和机械的损坏。为了减少电磁感应的影响，一般都会在绝缘层和保护层之间加入半导体或者金属屏蔽层。电力电缆一般都可以被铺设在地下和水底等多种特殊的环境中。

3  电缆运行特点分析

电力电缆在运行的过程中将会呈现浴盆曲线的模式进行运行。整体运行的过程将会呈现如下几个阶段的特点：

第一，在初期运行的阶段，因为电缆的本体或者附件存在产品质量问题，又或者在安装和建设的过程中存在着缺陷，所以电缆很容易在运行的过程中出现故障。第二，当电缆被使用了3-15年的时间之后，电缆运行的过程基本进入了稳定期，所以不太容易发生故障。即便是偶尔发生故障，也是因为潮化现象或者电缆本体绝缘枝状老化而造成的。第三，当电缆被使用超过15年之后，电缆和一些附件的材料也更容易发生老化的现象，在运行的过程中更加容易发生故障。

所以在实际运行的过程中，大家要加强对电缆局部放电、接地电流和运行温度进行分析，这样才能够全面地判断电缆运行的状态，并通过采用合适的措施来避免发生意外。

4  新型高压电力电缆状态监测系统总体框架

整个新型高压电力电缆状态监测系统可以先挂接在选定的线路上，之后再连接到采集终端上部。直接将包括电流、电压、温度和外部温度等信息传输到信息主机上。之后再通过配合GPRS网络传输到交换机内部，并传输到服务器内部。服务器在进行运行和运算处理之后就能够将相关的信息全面集中在一起，并在之后形成日报[3]。专业人员也就能够将通信交换机所发出的报警短信所发出的内容在第一时间传达到现场，并在第一时间处理故障，这样就能够避免出现过大的事故。整个系统的结构如图1所示。下面让我们具体分析如下几个系统结构：

4.1  系统主站

整个系统的主站是由通信交换机、服务器和UPS构件组成的。通信交换机先接收位于检测终端的信息。并在第一时间转发报警信息。在主站的内部也可以采用SQL作为数据库为基础，并配合图像和动画等方式来有效地显示。管理人员就能够在第一时间查看线路状态和报警信息。必要时也需要通过修改终端设定值来生成合适的报表[4]。

4.2  通信模块

为了让通信模块更好地适应复杂的环境。大家在建设的过程中需要结合设备绝缘、安全通信和数据带宽等因素来有效地检测终端和主机之间的通信状态。另外，也要让通信主机和系统主站之间有效地实现网络通信，并配合MCU和GPRS模块来一起发挥作用。

4.3  终端采集装置

终端采集装置主要可以通过采集金属保护层接地电流和电缆金属保护层内部所传输出来的信息将包括电缆外表温度、电缆井温湿度和固体颗粒含量等信息传输入电缆型的通信主机内部。几乎所有的终端装置都会有自检功能。在使用过程中，一定要保证终端装置每天都保持正常工作的状态。这样才能够防止因为装置被损坏而没有办法确定故障位置的情况[5]。

5  新型高压电力电缆状态监测系统主要功能

新型的高压电力电缆状态监测系统主要可以有效地采集包括电缆护套电流、电压和温度等信息，并有效地传输到通信主机内部。相关的信息又可以通过主机传输到监控中心服务器的内部[6]。内部的服务器又可以直接对有关的信息进行分析和处理，并在之后实现数据的有效存储、界面显示和声光报警等功能。其具体的功能主要包括如下两个方面。

5.1  数据无线传输

GPRS技术为最常用的数据无线传输技术，这是以GSM网络为基础所发展出来的一种新的分组数据承载业务。所有GPRS技术都是以分组交换技术为基础的，并在建设的过程中全面支持包括IP数据网络协议等多种协议。GPRS技术能够根据用户实际的需求来有效地分配各类天线资源，并让用户全面共享各类资源[7]。

5.2  电缆隧道内部环境监测数据管理

这一模块可以利用存在于电缆隧道内部的采集系统来有效地监测内部的环境，并在实际操作的过程中记录包括环境数据、环境温度、环境湿度和其他数据信息，并通过对这些数据信息进行分析之后，再有效地确定其变化趋势。存在于系统内部的数据库可以帮助大家在第一时间查询历史数据。如果一旦在建设的过程中发生了任何事故，大家可以在第一时间将数据调出，并查看有关的记录[8]。

6  应用实际案例

例如，某新型高压电力电缆状态监测系统可以在工作过程中对同一电缆线路的参数进行监测。并在之后显示出电缆电流、温度和电压等有关的参数。一旦运行过程中，其电流值出现了任何异常情况，系统就需要进行报警，并及时提醒相关人员进行排查[3]。图2有效地显示了系统内部记录的历史数据。工作人员可以先查看一段内部的历史数据，并在之后有效地分析数据所显示的趋势，方便大家更好地进行下一步工作[9-10]。

7  结论

综上所述，本文先对电力电缆的概念和电力电缆的特點进行分析，并在之后分析新型高压电力电缆状态监测系统总体框架。相关数据表明，新型高压电力电缆状态监测系统能够发挥“数据无线传输”和“电缆隧道内部环境监测数据管理”的功能，希望能够给大家更多的参考性意见。

参考文献

[1]龚士宝， 刘同旭， 谌业刚. 电缆运行状态智能综合在线监测技术[J]. 信息通信， 2017（3）： 149-153.

[2]杨斌， 田杰， 江健武， 等. 分布式光纤载流量/温度安全监测系统的研究[J]. 光学仪器， 2017（5）： 89-95.

[3]时翔， 赵生传， 陈志勇， 等. 电缆及其沟井智能监测技术

研究与应用[J]. 电气技术， 2018（5）： 69-74.

[4]丘雪娇. 基于互联网+的低压电流监测系统的研究[J]. 电子元器件与信息技术， 2018（07）： 106-109.

[5]金钟， 屈光宇， 张军茹. 110 kV高压电缆运行状态监测系统研究与应用[J]. 电工技术， 2017（02）： 46-47+58.

[6]李超强. 矿用高压电缆绝缘状态在线监测系统的研究[J].机械管理开发， 2016， 31（09）： 70-71+86.

[7]刘长涛. 新型高压电力电缆状态监测系统研究[D]. 山东大学， 2014.

[8]陈行滨. 基于GPMS的高压电缆线路状态监测系统研究与应用[D]. 福州大学， 2013.

[9]卢剑. 基于温度的高压电缆状态监测系统的研究[D]. 西南交通大学， 2013.

[10]Martin Kluge， 曾涛. 状态监测系统保障风电设备正常运转[J]. 软件， 2009（07）： 44-45.