淺談配電電纜的狀態(tài)監(jiān)測

王耀亞

摘 要：伴隨著我國城市發(fā)展步伐的不斷加快，配電電纜已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的架空輸電線路，并已成為城市配電網(wǎng)的主要組成部分，但是由于外力破壞、絕緣老化、產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)境影響等因素而出現(xiàn)電纜故障，而配電電纜狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)一方面能夠保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，另一方面也極大地降低了電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)成本，對于城市電網(wǎng)的長遠(yuǎn)發(fā)展有著重要意義。本文主要闡述了配電電纜的材料與特性，分析了配電電纜故障的原因，并探討了配電電纜狀態(tài)監(jiān)測的重要性，重點(diǎn)研究了配電電纜狀態(tài)監(jiān)測的硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)，以期為配電電纜狀態(tài)檢測技術(shù)的提升提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)設(shè)備；配電電纜；狀態(tài)監(jiān)測

1 配電電纜概述

配電電纜是用于直接供電到戶線路的一類電纜，其運(yùn)行電壓較低，一般為380V低壓線路以及10kV高壓線路，配電電纜是城市電網(wǎng)的主要組成部分。與架空線路相比，配電電纜的結(jié)構(gòu)更為負(fù)載，電纜芯外部包裹著嚴(yán)密的絕緣層，在絕緣層外圍還有保護(hù)絕緣材料性能的保護(hù)層，而對于高壓配電電纜，在絕緣層與保護(hù)層之間還有采用半導(dǎo)體或金屬材料的屏蔽層，從而有效減少電磁感應(yīng)的影響。隨著材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，配電電纜的材料也在不斷發(fā)生變化，過去的電纜多為鋁芯電纜、紙質(zhì)絕緣電纜、PVC聚氯乙烯電纜以及充油電纜，而當(dāng)前的配電電纜主要以銅芯電纜為主。在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行中，使用最為廣泛的是塑料絕緣電纜，這類電纜又劃分為普通型、阻燃型以及耐火型。近年來，伴隨著城市發(fā)展步伐的不斷加快，過去常用的架空輸電線路已經(jīng)逐漸被配電電纜所取代，配電電纜的狀態(tài)監(jiān)測也已經(jīng)成為近年來研究的重點(diǎn)。

2 配電電纜的狀態(tài)監(jiān)測

2.1 配電電纜的故障分析

配電電纜在長期的運(yùn)行過程中，由于自身產(chǎn)品質(zhì)量、材料特性、環(huán)境變化、安裝工藝等因素的影響，不可避免地會出現(xiàn)不同類型的故障。根據(jù)電纜故障類型的不同，配電電纜的故障原因主要包括以下幾個(gè)方面：一是外力破壞，在市政施工中因施工管理不到位而使電纜受到損害，另外，電纜敷設(shè)過程中未按規(guī)范進(jìn)行也會因外力破壞而造成電纜故障；二是絕緣老化，隨著電纜運(yùn)行時(shí)間的延長，電纜絕緣材料出現(xiàn)老化的幾率就會不斷加大。電樹枝老化、水樹老化、熱老化、局部放電都是絕緣老化的影響因素；三是產(chǎn)品質(zhì)量問題，電纜生產(chǎn)廠家盲目追求利潤而降低生產(chǎn)成本，導(dǎo)致電纜存在一定的質(zhì)量問題，嚴(yán)重影響電纜的正常、安全運(yùn)行；四是安裝與施工問題，電纜安裝過程中外護(hù)套破損、未按規(guī)范進(jìn)行施工敷設(shè)、滑輪放置不合理、牽引力過大等均會導(dǎo)致電纜故障的出現(xiàn)；五是運(yùn)行環(huán)境問題，惡劣的電纜運(yùn)行環(huán)境會加快電纜的老化，使電纜絕緣層受到損傷破壞，從而大大增加了電纜的故障率。

2.2 配電電纜狀態(tài)監(jiān)測的重要性

伴隨著配電電纜應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)展，配電電纜已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的架空輸電線路，并已成為城市配電網(wǎng)的主要組成部分，配電電纜的安全、穩(wěn)定運(yùn)行對于整個(gè)城市電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著重要意義。從配電電纜的故障原因來看，自身的產(chǎn)品質(zhì)量、電纜材料、安裝工藝以及運(yùn)行過程中的環(huán)境因素、外力條件都是導(dǎo)致配電電纜故障的重要原因。隨著配電電纜使用期限的延長，近年來電纜故障率也呈現(xiàn)逐年增長的態(tài)勢，因配電電纜故障而導(dǎo)致的各類事故也不斷出現(xiàn)，加強(qiáng)配電電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測已經(jīng)成為城市電網(wǎng)建設(shè)中亟待解決的難題。配電電纜多位于地面以下，檢修與維護(hù)工作十分繁重，通過建立科學(xué)的配電電纜狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，一方面能夠保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，另一方面也極大地降低了電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)成本，推動了電力企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

3 配電電纜狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 配電電纜狀態(tài)監(jiān)測的硬件設(shè)計(jì)

配電電纜狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件部分主要由局部信號采集裝置以及溫度信號采集裝置組成，下面將分別對這兩類裝置色設(shè)計(jì)進(jìn)行簡要的闡述。

本次研究中所設(shè)計(jì)的局部信號傳感器主要由高頻傳感器與特高頻傳感器組成。高頻傳感器主要負(fù)責(zé)檢測電纜局部放電量的情況，并由此得出配電電纜的運(yùn)行狀況。通過此類方法能夠在不與電纜芯體直接接觸的狀態(tài)下達(dá)到檢測目的，因而不用考慮高壓、絕緣等問題，不會對電纜造成任何破壞。本次設(shè)計(jì)的高頻傳感器為羅氏線圈型電流傳感器，其等效電路如圖1所示。通常情況下，配電電纜的局部放電現(xiàn)象是極其微弱的，因此即便是較為靈敏的高頻傳感器仍然難以得出有效的信號，因此必須使用調(diào)理電路對高頻傳感器輸出的脈沖電壓進(jìn)行放大與濾波處理，放大濾波電路的電路原理如圖2所示。

考慮到配電電纜的局部放電檢測中存在大量低于400MHz的現(xiàn)場噪聲干擾，因此需要采用特高頻傳感器來抑制噪聲干擾。本次設(shè)計(jì)采用阿基米德螺旋天線來作為特高頻信號傳感器，這種傳感器能一方面夠檢測高頻段信號，另一方面還具備極強(qiáng)的抗干擾性能。阿基米德螺旋天線多采集的信號需要經(jīng)過阻抗匹配器來進(jìn)行傳輸，從而有效降低傳輸信號波形的畸變以及能量反射，避免信號出現(xiàn)失真。與高頻傳感器相同，特高頻傳感器同樣需要信號調(diào)理電路對信號進(jìn)行放大與濾波處理，濾波處理器包括帶通濾波器以及帶阻濾波器。

配電電纜的溫度信號采集裝置主要負(fù)責(zé)檢測配電電纜及其附件的表面溫度，當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的電纜溫度檢測方法包括普通溫度傳感器、紅外測溫技術(shù)、感溫電纜測溫技術(shù)以及光線傳感器技術(shù)。

3.2 配電電纜狀態(tài)監(jiān)測的軟件設(shè)計(jì)

配電電纜狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)需要對局部放電以及表面溫度信息進(jìn)行處理與分析，需要建立數(shù)據(jù)庫來形成狀態(tài)診斷系統(tǒng)，從而得出配電電纜的故障信息。配電電纜狀態(tài)監(jiān)測的軟件系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)處理、信息傳輸、狀態(tài)監(jiān)測與診斷、系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)庫管理。下面將分別從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、檢測診斷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等3個(gè)方面進(jìn)行分析。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要作用是收集、存儲配電電纜的局部放電數(shù)據(jù)以及表面溫度數(shù)據(jù)，局部放電數(shù)據(jù)采用采集頻率可調(diào)的高速采集模式，利用上升沿出發(fā)從保證能夠連續(xù)采集信號；溫度狀態(tài)信號根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的采集頻率進(jìn)行采集，并記錄溫度信號所對應(yīng)的時(shí)間。從而方便系統(tǒng)的故障分析。檢測診斷系統(tǒng)主要由局部數(shù)據(jù)處理、局部診斷、溫度數(shù)據(jù)處理、溫度診斷等部分組成，分別負(fù)責(zé)局部放電信息與溫度信息的數(shù)據(jù)處理與故障診斷?？刂葡到y(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)參數(shù)管理、數(shù)據(jù)導(dǎo)出等4個(gè)模塊組成，主要為狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提供技術(shù)支持，以保證數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計(jì)、處理、分析、診斷等功能的實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)語

配電電纜的安全、穩(wěn)定運(yùn)行對于整個(gè)城市電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著重要意義，借助狀態(tài)檢測技術(shù)能夠在不影響線路運(yùn)行的情況對電纜狀態(tài)進(jìn)行檢測。配電電纜狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的硬件部分主要由采集局部信號的高頻傳感器、高頻信號調(diào)理電路、特高頻傳感器、特高頻信號調(diào)理電路以及采集配電電纜及其附件表面溫度的溫度信號采集裝置組成，而軟件部分則主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、檢測診斷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等3個(gè)部分組成。

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（作者單位：國網(wǎng)福建省電力有限公司莆田供電公司）