電纜線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究

陳蘊迪 鮑小慧

摘要：隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，電力電纜因為其特有的美化環(huán)境、不占用線路走廊、故障率低、供電可靠等優(yōu)點而得到了廣泛的應(yīng)用，但它發(fā)生故障時，查線困難，故障恢復(fù)時間長，影響面將遠大于架空線路。因此，為了保證電力電纜安全可靠供電，對電纜進行在線故障診斷與檢測意義重大。

關(guān)鍵詞：電纜線路故障；在線監(jiān)測；電力電纜

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）29-0104-02

電力電纜是電力系統(tǒng)主干線中用以傳輸和分配大功率電能的電纜產(chǎn)品，常用于城市地下電纜、發(fā)電站引出線路、過江過海水下輸電線等，按電壓等級可分為中低壓電力電纜、高壓電纜、超高壓電纜，配電網(wǎng)中用的是中低壓電纜。隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，電力電纜的應(yīng)用越來越廣泛，其故障影響面也越來越大。雖然電纜線路日常維護成本少，但是相比架空線，電纜線路故障定位和修復(fù)相對難、修復(fù)時間長、維修費用高得多。據(jù)介紹，在美國城市地區(qū)地下電纜的維護費約為架空線的4倍。因此，研究出電纜預(yù)測維修和故障定位對提高電纜供電可靠性意義重大。

1 研究背景及意義

截止2012年底，平陽公司10kV線路229條，1957.578公里。其中架空線路203條，1557.850公里；電纜線路26條，399.728公里。近年來電纜線路每年以13%的速度增長。

目前平陽電纜線路主要應(yīng)用在城鎮(zhèn)，基本上免維護，維護費用少，但是一旦發(fā)生故障，其維護成本也大大超出架空線路。2011年7月，昆陽10kV人北513線安置小區(qū)支線電纜故障，損失負荷2000kW；2013年3月，昆陽10kV鎮(zhèn)二662線電纜故障，損失負荷8000kW。隨著電纜線路的增加，電纜故障影響面將不斷擴大。

本項目通過建立一套電纜線路故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時在線監(jiān)測線路運行負荷、溫度及故障電流；快速定位線路故障位置，避免事故擴大，縮短停電時間；減輕工作人員的勞動強度，節(jié)省人力物力；提高供電可靠性、電纜線路自動化管理水平，為今后電纜大面積使用后，電纜安全可靠運行提供保障。

2 實施方案

2.1 研究要點

本項目針對安裝、供電方式、通信方式、數(shù)據(jù)處理等多方面研究，確定最佳實施方案。故障檢測終端采用開口穿心式安裝及拆卸。電纜線路短路、接地故障檢測終端供電方式采用感應(yīng)取電；大功耗通信主機采用雙路感應(yīng)取電裝置或AC220V供電；兩個感應(yīng)取電裝置裝在不同線路上保證通信主機在某一線路發(fā)生故障后有備用電源。利用突變電流量和零序電流量法提高電纜線路故障檢測準確度。利用單片機內(nèi)核把計算速度提高到每秒500萬次，同時進行10位數(shù)字采樣；所有測量均采用數(shù)字方式，減少干擾，提高精度。通信主機與系統(tǒng)主站間用無線GPRS加無線射頻網(wǎng)絡(luò)通信；使用大功率射頻傳輸技術(shù)和無線傳輸終端中繼方式，解決無GPRS網(wǎng)絡(luò)的通信問題。系統(tǒng)主站負責接收故障檢測終端上傳負荷及報警信息并進行數(shù)據(jù)處理、報警轉(zhuǎn)

發(fā)等。

為保證終端長期穩(wěn)定運行，裝置每天進行一次自檢，檢查自身的通訊及供電等情況，將相關(guān)信息發(fā)送到系統(tǒng)主站。主站若持續(xù)24小時未接收到相應(yīng)終端的自檢信息則發(fā)出提示信息，提醒工作人員加以處理。

2.2 檢測方法的確定

現(xiàn)在檢測方法主要有四種：

2.2.1 “首半波”檢測法?！笆装氩ā痹砑僭O(shè)接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間，利用線路故障后暫態(tài)零序電流每一個周期首半波與非故障線路相反的特點實現(xiàn)保護，缺點是不能反映相電壓較低時的接地故障，受接地過渡電阻影響較大且存在工作死區(qū)。

2.2.2 “諧波方向”原理檢測。利用5次或7次諧波電流的大小或方向形成選擇性接地保護，缺點是其零序電壓動作值往往很高、靈敏度較低，在接地點存在一定過渡電阻情況下容易出現(xiàn)拒動現(xiàn)象。

2.2.3 “信號注入法”。利用單相接地時原邊被短接暫時處于不工作狀態(tài)的接地相PT，人為地向系統(tǒng)注入一個特殊信號電流，利用只反映注入信號而不反映工頻及其諧波成分的信號電流探測器，跟蹤注入電流，對單相接地故障進行定位。

2.2.4 零序電流檢測法。當零序電流值超過設(shè)定值時判為接地故障。電纜線路故障時零序電流量比架空線路的要大很多，容易檢測與運算分析。

通過比較，本項目對于短路故障采用突變電流量來判定；對于接地故障采用準確度高的零序電流法檢測，提高故障檢測準確度，減少誤報情況的發(fā)生。

2.3 電纜線路在線故障檢測系統(tǒng)確定

該系統(tǒng)主要由7部分組成：電纜線路短路故障檢測終端、電纜線路接地故障檢測終端、面板指示器、電纜型通信主機、通信交換機、服務(wù)器、系統(tǒng)軟件，結(jié)構(gòu)圖如圖1

所示：

掛在線路上的電纜線路檢測終端采集線路上的負荷溫度信息、短路、接地故障信息等，通過無線射頻把它們傳輸?shù)诫娎|型通信主機，電纜型通信主機通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸?shù)酵ㄐ沤粨Q機進入服務(wù)器，服務(wù)器相關(guān)軟件在運算處理后進行信息的顯示、報警、報警短信轉(zhuǎn)發(fā)等。當出現(xiàn)故障時，配電檢修人員根據(jù)通信交換機轉(zhuǎn)發(fā)的報警短信迅速到達故障現(xiàn)場予以處理，避免事故擴大，減少用電損失，減輕工作人員勞動強度，提高電纜線路現(xiàn)代化管理

水平。

3 應(yīng)用情況及成效

3.1 應(yīng)用情況

本項目硬軟件組成：10組故障檢測終端、10臺通信主機、1套電纜線路故障監(jiān)測系統(tǒng)。平陽公司對10條10kV電纜線路進行在線監(jiān)測，主要實現(xiàn)以下功能：

3.1.1 進行短路和接地故障的準確判斷和快速定位；實時監(jiān)測和定時上傳負荷電流、導(dǎo)線溫度、故障電流和異常溫度。

3.1.2 通過聲光、短信、面板指示報警通報短路故障、接地故障、電纜溫度越限等，同時指出故障時間、位置及類型。

3.1.3 支持各終端接收主站系統(tǒng)時鐘對時；故障檢測終端每天定時進行自檢，自檢信息包括自檢信息特征碼、通信主機的組號、未收到自檢信息的終端編號等，確保終端正常運作。

3.1.4 支持數(shù)據(jù)統(tǒng)計、信息查詢、擴展功能等，提供歷史數(shù)據(jù)分類統(tǒng)計、分時統(tǒng)計和多種條件組合查詢；可以與其他子系統(tǒng)（如饋線自動化系統(tǒng)）綜合運用，使線路故障判斷更加準確、故障查找和排除更加迅速。

3.2 實施成效

3.2.1 利用突變電流、零序電流檢測等方法，提高電纜線路故障檢測準確度。

3.2.2 系統(tǒng)具有“二遙”功能，能夠感應(yīng)取電，具有無線通信、光纖通信、電纜通信功能，就地顯示報警功能，能抗電磁干擾及勵磁涌流影響，提高平陽公司電纜自動化運行水平。

3.2.3 系統(tǒng)在線監(jiān)測電力電纜運行情況，將監(jiān)測到的報警信息送至相關(guān)責任人手機上，減輕工作人員的勞動強度，減少電纜故障停電時間，提高工作效率。

3.2.4 本系統(tǒng)能直觀顯示數(shù)據(jù)，具有報警、報警短信轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)分析、報表生成等功能。

3.2.5 本系統(tǒng)支持與其他運行管理系統(tǒng)互聯(lián)，可與調(diào)度自動化系統(tǒng)、配電自動化系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)等軟件集成，允許更多的部門使用故障監(jiān)測數(shù)據(jù)；同時電纜故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究，為電纜廣泛應(yīng)用后的自動化管理提供經(jīng)驗。

4 結(jié)語與展望

隨著電纜線路的廣泛應(yīng)用，其運行性能對配電網(wǎng)供電安全影響越來越大，對電纜線路現(xiàn)代化管理提出更高的要求，因此，開展各類研究提高電纜運行水平意義重大。比如：研究電纜運行中出現(xiàn)的各類電氣障礙、安全隱患、防范措施，研究電纜表層測量技術(shù)、研究電力電纜仿真模型、研究電纜局部放電量的測量方法、研究系統(tǒng)在線監(jiān)測技術(shù)等。

參考文獻

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