一种高压电缆及通道综合在线监测系统研究

陈 勇，王永君，郝 乾，周玉涛

（武汉朗德电气有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引 言

随着我国电力行业的快速发展，高压电缆线路的数量越来越多。高压电缆线路在整个国家输电网系统中占有极其重要的地位，因此确保高压电缆线路的高效、安全、稳定运行显得尤为重要。针对高压电缆线路运行管理的常规做法是人工操作模式，通过定期计划停电进行预防性试验和人工巡查。一方面预防性试验并不能保证试验后不发生故障，另一方面人工效率低下，增加了设备停电次数，对运行良好的设备来说造成了试验资源的浪费，甚至可能在试验中引入了新的隐患[1]。

电力电缆在线监测及诊断的任务是采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法了解电缆的绝缘状态。结合系统的历史和现状考虑环境因素，评估电缆绝缘状态，判断其处于正常或非正常状态，并对状态进行显示和记录，对异常状态发出报警，以便运行人员及时进行处理，同时为设备的绝缘评估、合理使用和安全工作提供信息和基础数据[2]。

考虑到电力电缆的工作环境复杂，检修复杂，日常维护开支巨大，提出了一种高压电缆及通道综合在线监测系统[3]，能准确和及时了解电力电缆的绝缘状态，大幅度减少了日常维护的工作量和开支。同时，在线监测的长期运行将会累积宝贵的历史数据，为电力系统工作人员对电网输电线路进行系统评估提供了数据资源[4-5]。

1 高压电缆及通道综合在线监测系统组成

高压电缆及通道综合在线监测系统，如图1所示。它由传感器、信号采集单元和监控主机3部分组成，能对高压交流电缆的运行状态进行连续或周期的监测、分析与辅助诊断[6-7]。传感器包含护层电流传感器、运行电流传感器等。信号采集单元[8]主要完成能量提取、电源管理、数据采集、数据处理和通信等功能。监控主机则主要对状态监测量进行处理、分析，实现对信号采集单元的管理。

2 传感器模块分析

CT电流传感器整体应采用开合钳式结构设计，磁芯应采用硅钢片的材质，外表应采用抗腐蚀工艺处理。CT电流传感器应用于护层电流暂态录波实时展示和电力电缆护层接地电流数据的耦合，满足线路短路等故障时的瞬态响应。

图1 高压电缆及通道综合在线监测系统结构图

电流传感器完成接地电流和主缆电流测量，如图2所示。其中接地电流传感器量程为300 A，变比为300：5，精度为1%。主缆电流传感器最大量程为1 000 A，量程为1 000：5，精度为1%。电流传感器参数情况，如表1所示。

图2 电流传感器装置图

表1 电流传感器参数表

3 信号采集单元分析

采集单元共包含电源板、通信处理单元、电流/电压采集板以及高频采集板等插件，如图3所示。其中，电源板可配置为双CT感应取电板、交流电源板和直流电源板3种插件。通信处理单元实现数据综合处理、无线4G传输、以太网传输及RS485信号采集功能。

CT取电插件将感应取电电流传感器获取的能量，经过整流、滤波、稳压等过程获得稳定的电压信号。

图3 采集单元结构图

如图4所示，双CT取电插件引入先进的超级电容设计，可以保证在电力断电后，系统保证工作10 min。超级电容的引入为数据采集单元提供了后备电源。超级电容在感应取电电流传感器获取的电压信号后，经整流稳压为超级电容充电。当无法获取感应电流或感应电流无法满足数据采集单元工作时，超级电容进行放电为数据采集单元提供电能。

图4 双CT取电插件

4 监控主机分析

监控主机对状态检测量进行处理、分析，实现对信号采集单元的管理，并能与综合监测分析系统进行标准化通信。监控主机可以实现对信号采集单元的参数设置、数据召唤、对时、强制重启等控制功能。

系统可实时展示护层接地电流、运行电流等数据。系统根据监测数据对高压电缆进行状态诊断，并将数据和诊断结果保存显示。系统可显示监测数据的实时曲线，电缆运行维护人员可根据曲线信息了解电缆及通道的长期运行状态。系统功能包括系统配置、全维度数据等模块。显示界面的操作如图5和图6所示。其中，图5为首页界面展示设备安装线路位置、设备编号及设备在线状态；图6为数据曲线展示界面，展示电流、温度、振动、电压等参数的曲线状态。

图5 首页界面

图6 数据曲线显示

5 结 论

针对电力电缆在线监测及诊断复杂、成本高的问题，提出了一种高压电缆及通道综合在线监测系统。系统由传感器、信号采集单元和监控主机3部分组成，并对3个模块的功能进行了系统性描述，对监测系统的3个部分进行了详细参数分析与功能介绍。最后，对监测系统的通信方式以及界面显示波形变化曲线进行了分析。提出的这种高压电缆及通道综合在线监测系统在线监测数据，能对数据采集单元采集的数据进行后台分析、统计，判断故障发生的时间和地点，为电缆运行单位日常维护和检修提供依据。