10 kV电缆终端头温度故障指示器的研究

李岚冰，张逢雪，张 强，李 培，张圣光

(国网山东省电力公司菏泽供电公司，山东 菏泽 274000)

0 引言

为了满足配电网发展的需求,采用电缆供电已成为必然趋势。通过建立以高压开关柜配电模式为主的配电网络,实现在复杂网架下故障的快速处理和恢复,大大缩短了停电时间[1]。目前,配电高压开关柜以其可靠性和经济性成为配电网络电缆化的首选形式。与此同时,对配电高压开关柜可靠供电的要求也愈来愈高。《国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施》的相关规定指出,定期检查开关设备的接头、隔离开关的导电部分,尤其是在负荷高峰期或高温季节,加强监测运行设备的温升,及时发现问题后,根据缺陷登记情况采取相应的处理措施[2]。

因此,实时监测电缆终端接头温度,及时消缺处理可避免高压开关柜接头过热等问题,有效预防火灾和大规模停电事故的发生[3]。

配电高压开关柜的电缆仓内部空间狭小,设备长时间带负荷运行,环境温度和电气接点温度容易偏高,电缆接头是最容易出现故障的部位,由于电缆接头松动引起的高温事故很多,故障的主要原因是电缆接头松动,产生高温,长时间运行热量增加,引起爆炸和火灾。研究发现,当交联聚乙烯电缆的工作温度超过允许值的8 %时,其寿命将减半；超过15 %时,电缆寿命则只剩下1/4[4]。目前,在检修过程中大多都靠肉眼观察或是仪器现场测量,检修过程中很多高温点不容易发现,主要是高温发生的时间和用电负荷有很大关系,给检修带来了不便,且这种传统的作业方式已经不能满足配网自动化的需求。

针对上述问题,下面提出了一种电缆终端头温度故障指示器。该设备彻底解决了传统故障指示器对于环网柜及电缆分支箱等设备的电缆终端接头温度测量困难等问题。

1 设备概述

该电缆终端头温度故障指示器,采用三个相序温度传感器和一个环境温度传感器实时监测电缆接头的温度变化,并采用RS-485 接口对温度信息、故障信息进行实时数据上传,通过温度的记录查询分析故障的原因,使故障处理更加快捷直观,该套系统在嵌入式程序基础上实现了无人值守、故障报警上传和当地显示等功能。

该设备的温度信号实时检测系统,如图1 所示。在高压开关柜空间狭小的电缆仓内,将相序温度传感器设置在电缆终端接头处,此类传感器的测温探头与电缆终端接头连接,用以探测电缆终端接头运行温度,通过信息传送光纤,将温度信号准确快速地传输至中央控制单元,实现实时检测电缆终端接头温度的功能。环境温度传感器设置在电缆仓内,通过信息传送光纤将检测到的环境温度与电缆终端接头的运行温度进行比较,如果其差值小于或等于阈值,则表明电缆终端接头的温度无异常；如果其差值大于阈值,则表明电缆终端接头的温度异常,通过故障指示器发出故障指示信号,故障指示信号则通过记录单元传输到中央控制单元,再利用计时单元对记录的信息进行计时,实现定时发出指令信息。通过温度信号实时检测系统,实现温度信号的快速精准的传输和故障的智能控制,及时发现异常信号,迅速组织安排检修工作,避免了大面积核查故障点,极大地提高了配电网设备的检修效率。

图1 温度信号实时检测系统结构

该设备还设置了压力传感器,安装在电缆终端接头处,若电缆终端接头有松动,则压力传感器感受到的压力发生变化,进而通过内置转换电路将压力信号通过信息传送光纤传送至中央控制单元,并发出核对故障和检修指令。

该设备还包括了报警单元和无线通信模块,其中报警单元直接与中央控制单元连接,当检测到的电缆终端头温度信号、环境温度信号以及压力信号大于设置的阈值时,报警单元会发出异常报警信号,即面板主机相应的相位色变白,对应的故障指示灯会闪烁红色报警提示。当故障处理完毕后,通过触发指示器主机面板上的“复位/-”按钮解除报警,按下面板上“复位/-”按钮且小于1 s,本机进入复位状态,所有继电器复位,清除报警状态,设备在3 s 内不接受任何操作,以明确复位操作被执行。

无线通信模块采用RS-485 接口与通信终端相连接,通过无线通信模块的设置,能够使温度检测和故障检测功能更为便捷高效。无故障时,线路监测点的温度通过RS-485 电缆定时上报给上位机。

目前,在高压开关柜中的电缆终端接头温度在线监测系统中,均存在传感器及其他监测设备供电困难的问题[5]。而该装置采用配备的内置大容量锂电池供电方式,一方面能够改变传统传感器对外部供电的依赖,另一方面使安装更加便捷。

2 智能网络终端

电缆终端头温度故障指示器根据环网柜的间隔要求,安装到相应的间隔,根据环网柜的布局,将每个间隔的电缆终端头温度故障指示器主机的通信地址依次更改为1 到6 或者1 到5,其中可以根据间隔数量决定通信地址的数值。每一个智能网络管理终端代表一个环网柜,根据现场安装要求做好网络终端配置内容,将相应的变量名称更改和现场本地名称一致,便于后台系统的操作与管理。当出现本地温度故障报警,智能网络终端可以将故障点的故障信息以短信的形式发送到需要接收报警短信的手机号码,这样就可以更好地实时监测电缆接头的温度数值也可以有效提示温度过高预警。

当传感器检测到故障信号时把故障信息通过光纤传给故障指示器主机,再由故障指示器主机通过RS-485 总线传送给报警终端,最后报警终端发送短信给用户。

智能网络管理终端还可以通过网络通信设置实现手机号码管理功能、手机短信查询功能、温度检测历史数据曲线分析功能以及历史数据查询导出等功能。

3 结束语

以上提出的一种电缆终端头温度故障指示器，安装方便，操作简单，可广泛应用于电力电缆网设备中，如箱式开关站、电缆分支箱、环网柜等。固定在电缆接头处的温度传感器实时检测接头温度，通过数据线将数据传给显示主机，在面板上的LCD 屏显示数值，具备温度故障报警功能。数据通过光纤传输，避免了电磁干扰与电击危险；配置RS-485 通信接口，支持MODBUS 等协议和自定义协议，以便工作人员能够随时了解故障指示器所在线路的电缆终端接头温度变化情况。

因此，对高压开关柜电缆终端接头的温度进行在线监测，一定程度上规避了大规模停电等事故的发生，大大提高了电力系统的智能化水平，提升了电网供电质量。