電力電纜金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用

胡 偉，任廣振，張禮賓

（杭州市電力局，杭州 310009）

0 引言

目前交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電力電纜已被廣泛應(yīng)用，基本取代了油紙絕緣電纜。XLPE電力電纜多數(shù)采用單芯電纜，其線芯與金屬護層的關(guān)系可看作單匝變壓器。當(dāng)單芯電纜線芯通過電流時，就會有磁力線交鏈鋁包或金屬屏蔽層，在兩端出現(xiàn)感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的電流成正比，當(dāng)電纜很長時，護套上的感應(yīng)電壓有可能會危及人身安全。

有關(guān)XLPE電力電纜狀態(tài)監(jiān)測的研究基本以電纜主絕緣為主，忽略了對電纜保護層絕緣的在線監(jiān)測研究。在實際運行過程中，電纜保護層的缺陷導(dǎo)致主絕緣出現(xiàn)問題的情況也較多，如：金屬護層出現(xiàn)多點接地，導(dǎo)致絕緣層局部過熱并加速絕緣老化，嚴(yán)重影響主絕緣壽命；護層絕緣損傷、因外力或電磁力引起護層聯(lián)接處位移應(yīng)變和錯位導(dǎo)致水分侵入，主絕緣產(chǎn)生水樹老化的概率增加，對電纜壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響等。

因此，監(jiān)測金屬保護層的絕緣狀態(tài)是保護電纜主絕緣的第一道防線，應(yīng)給予充分的關(guān)注。

1 金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測裝置

電力電纜新型金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測裝置采用國內(nèi)先進的制造工藝和非接觸式感應(yīng)取電、無線通信等技術(shù)，能夠?qū)崟r采集電纜金屬護層接地環(huán)流、電纜本體溫度等狀態(tài)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)一的通信規(guī)約將測量數(shù)據(jù)傳輸至前置子系統(tǒng)，實現(xiàn)環(huán)流的在線監(jiān)測。

裝置采用特殊設(shè)計的電流互感器作為感應(yīng)裝置，以超級電容為緩沖儲能器件，以功率控制及穩(wěn)壓變換方式對超級電容充電和對設(shè)備供電，采用大功率瞬態(tài)抑制器件、二級反饋斬波泄放電路和飽和點設(shè)計，提高了輸出功率，減少了發(fā)熱量，降低了震動和噪聲。

2 感應(yīng)取電裝置的設(shè)計原理

感應(yīng)取電裝置由電流互感器、保護反饋控制、超級電容充電管理、輸出控制等幾部分組成。

電流互感器從母線感應(yīng)能量供后級使用；保護反饋控制包括瞬態(tài)抑制、反饋斬波泄放控制，主要作用是根據(jù)后級對能量的需求自動調(diào)節(jié)輸出到后級的能量大小，同時抑制瞬態(tài)峰值電流，保護后級電路不被損傷，也解決了后級空載時的互感器震動問題；充電管理部分的主要作用是根據(jù)互感器線圈感應(yīng)的能量動態(tài)調(diào)節(jié)對超級電容的充電電壓和充電電流，在達到互感器功率輸出最大化的同時保護超級電容等后級電路及元器件；輸出控制部分主要監(jiān)視超級電容的儲能狀況，對負載設(shè)備提供直流能量。

3 金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測裝置的應(yīng)用

該監(jiān)測裝置于2011年4月首次安裝在杭州市電力局110 kV南新1202線3號中間接頭處（該中間接頭的接地方式為直接接地），經(jīng)過半年多的試運行，表明該裝置能夠準(zhǔn)確測量接地環(huán)流數(shù)據(jù)，能夠?qū)﹄娏﹄娎|線路環(huán)流數(shù)據(jù)異常情況及時報警，為電力電纜絕緣狀態(tài)監(jiān)測提供依據(jù)。截至2011年底，已安裝66套監(jiān)測裝置，覆蓋8條220 kV電纜線路和1條110 kV電纜線路。圖1為金屬護層環(huán)流在線監(jiān)測裝置現(xiàn)場安裝示意。

圖1 在線監(jiān)測裝置現(xiàn)場安裝示意

表1對2條220 kV電纜線路的任意2組中間接頭的人工檢測數(shù)據(jù)和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了對比，表明在線監(jiān)測裝置的實測數(shù)據(jù)（月平均值）與傳統(tǒng)人工測量得到的數(shù)據(jù)是基本一致的，從而說明電纜護層絕緣監(jiān)測系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù)是可以被采信并用于指導(dǎo)生產(chǎn)的。

接地環(huán)流在線監(jiān)測裝置采集的數(shù)據(jù)通過前置子系統(tǒng)傳輸至電力系統(tǒng)生產(chǎn)管理平臺，使運行管理人員可直觀地觀測到A/B/C三相護層接地環(huán)流的每時、每日、每月的數(shù)據(jù)曲線。

表1 金屬護層接地環(huán)流歷史數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)對比

圖2為220 kV陸古2R50線4號中間接頭A/B/C三相環(huán)流在2012年 1月 16日00∶00—12∶00的實時記錄曲線。根據(jù)電力電纜線路等效原理圖分析，金屬護層感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的電流成正比，導(dǎo)體電流隨線路負荷變化而變化，接地電流隨導(dǎo)體電流變化而變化且為正比關(guān)系。在00∶00—12∶00時間段內(nèi)電力電纜線路負荷是遞增的，導(dǎo)體電流和接地環(huán)流也呈現(xiàn)遞增趨勢，在系統(tǒng)內(nèi)展示為上升曲線。由于A/B/C三相電纜自身絕緣狀態(tài)不同，三相接地環(huán)流數(shù)據(jù)之間也存在差距。根據(jù)多年運行經(jīng)驗判斷，接地環(huán)流在15 A以下時接地系統(tǒng)基本屬于正常狀態(tài)。

圖2 在線監(jiān)測系統(tǒng)環(huán)流記錄曲線

當(dāng)電力電纜線路環(huán)流或在線監(jiān)測裝置出現(xiàn)異常時（如設(shè)備故障、數(shù)據(jù)異常、通信中斷等），系統(tǒng)能在短時間內(nèi)通過語音、短信、界面提示等手段發(fā)出告警信號。

圖3顯示的是220 kV司白4414線9號接頭處的接地環(huán)流數(shù)據(jù)，最高已達到58.3 A，遠超出正常數(shù)據(jù)范圍，在線監(jiān)測裝置第一時間發(fā)出報警信號，并將線路名稱、接頭位置、相別、故障數(shù)據(jù)和故障簡要結(jié)論發(fā)至預(yù)先設(shè)置的手機號碼，通知設(shè)備主人有異常的環(huán)流數(shù)據(jù)出現(xiàn)。

圖3 在線監(jiān)測系統(tǒng)異常環(huán)流數(shù)據(jù)曲線

通過護層接地環(huán)流在線監(jiān)測裝置以及相應(yīng)的智能數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)記錄測量數(shù)據(jù)、故障記錄、故障回復(fù)記錄等功能，還可提供曲線圖、柱狀圖等直觀圖表，大大減輕現(xiàn)場測量的勞動強度，提高系統(tǒng)維護效率。

4 結(jié)論

（1）高壓電纜線路是電網(wǎng)的重要組成部分，電纜護層絕緣良好是電纜運行必不可少的電氣條件之一。通過實時監(jiān)測電纜金屬護層環(huán)流并進行分析比較來監(jiān)測金屬護層絕緣情況，是目前不需停電、不改變線路連接，且不影響電纜運行的有效辦法。

（2）采用非接觸式感應(yīng)取電、無線通信等技術(shù)實現(xiàn)對高壓電力電纜接地電流、交叉互聯(lián)接地電流24 h不間斷實時在線監(jiān)測，并以GPRS通信方式將測量數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)器，通過判據(jù)判斷電纜絕緣情況是否良好，可以從根本上避免電纜事故的發(fā)生，保證電纜安全、可靠運行。

（3）在線監(jiān)測手段可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工定期測試，大大降低工作量，提高工作效率，提高對金屬護層絕緣狀況的診斷分析質(zhì)量，具有較大的實用價值。

[1] 李宗廷，王佩龍，趙光庭，等.電力電纜施工手冊[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2] Q/GDW 512-2010電力電纜線路運行規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2010.

[3] 肖耀榮，高祖綿.互感器原理與設(shè)計基礎(chǔ)[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2003.