芻議電力電纜運行監(jiān)測技術(shù)

江蘇省電力公司南京供電公司 金為祥

1.分布式光纖測溫技術(shù)

1.1 分布式光纖測溫原理

當(dāng)光在光纖中傳輸時，在每一點上激光都會與光纖分子相互作用而產(chǎn)生后向散射，既有Rayleigh散射，也有Raman散射。Raman散射是處于微觀熱振蕩狀態(tài)下的固態(tài)SiO2晶格與入射光相互作用，產(chǎn)生與溫度有關(guān)系的比原光波波長較長的斯托克斯光和波長較短的反斯托克斯光。這兩種光的一部分沿光纖被反射回來，通過檢測出Raman散射光的比值，可以確定光纖沿線的溫度。通過沿電纜線路通常敷設(shè)一根光纖或?qū)⒐饫w在電纜生產(chǎn)時加裝在電纜內(nèi)，由此可以沿著探測光纖，實現(xiàn)連續(xù)、實時、在線測量溫度信息的目的。DTS分布式溫度傳感技術(shù)是以O(shè)TDR原理為基礎(chǔ)的。

1.2 分布式光纖測溫系統(tǒng)的構(gòu)成

該系統(tǒng)組成并不復(fù)雜，主要包括：1臺主處理機(jī)，1臺當(dāng)?shù)乜刂齐娔X，1臺遠(yuǎn)端用戶控制電腦，1條或幾條傳感光纖，使用時將傳感光纖制造于電纜內(nèi)部或直接敷設(shè)在電纜表面即可。

1.3 分布式光纖測溫系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

分布式光纖測溫系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)包括：①測試通道端口為8～16個；②系統(tǒng)測量的空間分辨率為±1m；③測量時間分辨率為秒；④系統(tǒng)的溫度精度好于±1.00；⑤由于使用MW級的喇曼激光源，其工作壽命大于10年。

1.4 分布式光纖測溫的適用范圍和主要用途

分布式光纖測溫適用于電力電纜全線，并進(jìn)行全天候的實時測量。

1.4.1 合理調(diào)整電纜的載流量

根據(jù)IEC60287標(biāo)準(zhǔn)，電纜的最大載流量是由一系列參數(shù)決定的，如所敷設(shè)位置周圍媒質(zhì)的溫度和熱阻。在電纜長期的運行中，環(huán)境條件是不斷變化的。因此為了確定電纜系統(tǒng)最佳和最安全的載流量，有必要對電纜及其環(huán)境進(jìn)行實時、精確的溫度監(jiān)測。

1.4.2 防止電纜及隧道發(fā)生火災(zāi)

引起電纜及隧道火災(zāi)的直接原因是電纜及中間頭固有缺陷、制作質(zhì)量不良、壓接不緊、接觸電阻過大，長期運行造成電纜頭過熱而燒穿絕緣，最后導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。分布式光纖測溫系統(tǒng)能早期進(jìn)行預(yù)警，迅速采取措施，有效的避免火災(zāi)事故的發(fā)生。

1.5 分布式光纖測溫系統(tǒng)的特點

分布式光纖測溫系統(tǒng)的特點包括：①適合用于10kV及以上電纜線路；②能夠直接找出故障或隱患點；③能作為調(diào)整運行載流量的根據(jù)；④受環(huán)境等因素的干擾；⑤能全天候?qū)崟r監(jiān)測。

2.局部放電量的測量

2.1 測量原理

圖1 局部放電量測量的接線原理及等價回路

圖2 終端接頭的PD檢測方法的接線原理及等價回路

圖3 中間接頭的PD檢測原理及方法的接線原理及等價回路

交聯(lián)聚乙烯電纜線路，由于電纜本體或附件絕緣中存在某一點或多點的缺陷，如微孔、雜質(zhì)、半導(dǎo)電層表面突起或凹陷等，使得該點局部電場強(qiáng)度增加。當(dāng)電場強(qiáng)度超過絕緣介質(zhì)的耐電強(qiáng)度時，就會在該點發(fā)生局部擊穿放電現(xiàn)象，所產(chǎn)生的放電脈沖電流，會在電纜線路回路中傳播，如果在線路中接上檢測傳感元件，就可以測量到這一局部放電量，但只是所謂的視在局部放電量，與放電點的真實放電量有一定的相關(guān)性，但也存在很大差異。電纜線路局部放電常用的檢測方法為脈沖電流法。

局部放電量測量的接線原理及等價回路見圖1。

（1）現(xiàn)象：試樣發(fā)生局放時，試樣以外的正常部分CA和CC都同樣要通過試樣的局放點進(jìn)行放電。

（2）檢測原理：只要在CA或CC的部分裝上脈沖電流耦合器件，就可以檢測出流過局放點的一部分脈沖電流。

2.2 終端接頭的PD檢測原理和方法

終端接頭的pd檢測原理和方法的接線原理及等價回路見圖2。

（1）現(xiàn)象：當(dāng)CB（終端頭）內(nèi)發(fā)生PD時，脈沖信號均會流過接地線E和D、C。

（2）檢測方法：只要在D、E、C上裝上脈沖耦合器（PD傳感器），則可以檢測PD信號。

（3）實用方法：當(dāng)D線和E線小于1mm時，可在接地線上裝上高頻TA（f=50MHZ）測量PD信號。當(dāng)接地線有3～5m或以上長時，因接地的阻抗使脈沖電流難以通過，故TA法的靈敏度會大大降低，此時可采用薄膜電極法。

2.3 中間接頭的PD檢測原理及方法

中間接頭的PD檢測原理及方法的接線原理及等價回路見圖3。

檢測方法：對于IJ顯而易見，在IJ兩邊的外包電極上可獲得PD信號。對于NJ來說，內(nèi)部應(yīng)力錐元件采用絕緣接頭方式，外部采用6線接地箱同樣可獲得PD信號；實際上NJ采用正常的PD也可以獲得信號，只是測試靈敏度會受到一定程度的影響。

2.4 判別標(biāo)準(zhǔn)

終端判別標(biāo)準(zhǔn)和中間接頭判別標(biāo)準(zhǔn)見表1、表2。

2.5 特點

中間接頭的PD檢測原理具有的特點包括：①適合用于交聯(lián)聚乙烯電纜線路；②能夠最早發(fā)現(xiàn)電纜及附件中的缺陷；③易受環(huán)境等因素的干擾；④一般不能全天候?qū)崟r監(jiān)測。

3.紅外熱成像技術(shù)監(jiān)測熱故障

3.1 故障原理

由輻射理論可知，一切溫度高于絕對零度的物體，每時每刻都會向外輻射人眼看不見的紅外線，也同時發(fā)射輻射能量。物體的溫度越高，發(fā)射的能量也越大。根據(jù)斯蒂芬玻爾茲曼定律，輻射能量：W=εδATA式中：W為發(fā)熱體發(fā)射的功率；ε為發(fā)射體的黑度（也稱發(fā)射率）；為玻爾茲曼常數(shù)；A為發(fā)射體表面積，cm2；T為發(fā)射體的絕對溫度K。只要知道發(fā)射體表面的反射率ε，再檢測出紅外輻射能量，就可推斷出發(fā)射體的溫度。

3.2 電纜線路熱故障的分類

當(dāng)帶電電纜線路有了熱故障，其特點是過熱點為最高溫度，形成一個特定的熱場，并向外輻射能量。通過紅外成像儀的光掃描系統(tǒng)，可以把這一熱場直觀的反映在熒光屏上。根據(jù)這個熱像圖，很容易找出熱場中的最高溫度點，這個最高溫度點就是熱故障點。電纜線路熱故障多種多樣，但一般分為兩類：接觸熱故障（如導(dǎo)體連接件接觸不良，接地線連接不良，電流流過時發(fā)熱）和絕緣材料固有缺陷以及變質(zhì)老化。

3.3 幾種主要材料的發(fā)射率（見表3）

3.4 特點

紅外熱成像技術(shù)監(jiān)測熱故障的特點包括：①適合用于所有絕緣電纜線路；②能夠直接找出故障或隱患點；③不容易也不適合發(fā)現(xiàn)電纜及附件中的缺陷和絕緣老化；④易受環(huán)境等因素的干擾；⑤一般不能全天候?qū)崟r監(jiān)測。

3.5 應(yīng)用紅外成像監(jiān)測的注意事項

（1）為了防止太陽輻射與背景輻射影響。戶外終端監(jiān)測應(yīng)選擇在陰天、日出前或日落后，最好在晚上。戶內(nèi)終端監(jiān)測時，應(yīng)關(guān)閉照明燈。當(dāng)附近有高溫設(shè)備時，應(yīng)進(jìn)行遮擋或選擇合適的監(jiān)測方向。

（2）應(yīng)避開環(huán)境溫度過高和過低的夏季和冬季，以防止環(huán)境溫度的影響。

（3）防止氣象條件的影響。

（4）監(jiān)測時應(yīng)正確設(shè)定發(fā)射率，并在監(jiān)測結(jié)果處理時，進(jìn)行發(fā)射率修正。

4.電纜線路交叉互聯(lián)系統(tǒng)接地電流的監(jiān)測

4.1 原理

在交流電壓作用下，電流的監(jiān)測一般都采用穿心電流互感器，它是在一個環(huán)形鐵心上繞上線圈，流過被測電流的導(dǎo)線穿過鐵心。當(dāng)被測的交流電流通過時，線圈兩端就會出現(xiàn)感應(yīng)電動勢，于是只要用儀表測出線圈兩端的電動勢，就可換算出被測的電流。

110kV及以上電纜線路的交叉互聯(lián)段是按把感應(yīng)電壓限制在65V或100V內(nèi)設(shè)計的，每一分段長度是等長的，如果電纜排列對稱，三相載流量平衡，系統(tǒng)中的環(huán)流為0，一般情況下也很小。通過監(jiān)測電流的大小，就可以判斷交叉互聯(lián)系統(tǒng)的好壞。

4.2 監(jiān)測交叉互聯(lián)系統(tǒng)電流的用途

監(jiān)測交叉互聯(lián)系統(tǒng)電流的用途包括：①檢驗電纜分段長度是否相等；②檢查接線是否正確；③檢查互聯(lián)線是否受潮，交叉互聯(lián)箱、接地箱是否進(jìn)水；④檢查電纜外護(hù)套是否破損或受到外力破壞而形成多點接地。

4.3 實用方法

使用鉗行電流表，在每個交叉互聯(lián)段的直接接地箱處測量每相電流和接地電流。

4.4 特點

監(jiān)測交叉互聯(lián)系統(tǒng)電流的特點包括：①適合用于所有絕緣交叉互聯(lián)電纜線路；②不受環(huán)境等因素的干擾；③一般不能夠直接找出故障或隱患點；④一般不能全天候?qū)崟r監(jiān)測。

5.結(jié)語

綜上所述：用狀態(tài)監(jiān)測逐漸取代預(yù)防性試驗是發(fā)展的趨勢，在線測量可以及時了解電纜線路的運行狀態(tài)，以求維護(hù)的合理化。這對于合理地使用設(shè)備，保證電力系統(tǒng)安全運行，將起到極大的作用。