淺談高壓電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置

江門電力設(shè)計院有限公司 楊志滔

淺談高壓電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置

江門電力設(shè)計院有限公司 楊志滔

本文分析了電纜金屬護套環(huán)流的形成，以及簡述了電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置的系統(tǒng)功能與裝置組成部分。

電纜金屬護套；接地方式；環(huán)流；環(huán)流監(jiān)測裝置；監(jiān)測

正常運行時，高壓單芯電纜線芯電流產(chǎn)生的交變磁場將在金屬護套上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，為保證電纜安全穩(wěn)定運行和維護人員的人身安全，要求電纜金屬護套至少一端可靠接地。對于較短電纜，高壓單芯電纜金屬護套一般采用單端接地方式，即一端直接接地另一端接保護器接地；對于較長電纜，高壓單芯電纜金屬護套一般采用交叉互聯(lián)接地方式。

若單芯電纜金屬護套通過大地或回流線形成通路,則金屬護套上將產(chǎn)生環(huán)流，該環(huán)流最大可以達(dá)到線芯電流的90%以上，較大的環(huán)流不僅造成巨大的損耗,導(dǎo)致電纜載流量降低，影響電纜線路的輸送能力及安全穩(wěn)定運行，還會使電纜發(fā)熱、溫度升高，嚴(yán)重時會造成電纜主絕緣的損壞從而減少電纜的運行壽命。

通過安裝電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置，在線實時連續(xù)監(jiān)測電纜金屬護層循環(huán)電流和電纜終端頭、接頭或本體表面溫度并分析比較來監(jiān)測護層絕緣情況與電纜的運行情況，可及時有效地解決電纜事故。安裝電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置，是目前不改變線路連接，不影響電纜運行的可行有效的辦法。

1.電纜金屬護套環(huán)流的形成分析

（1）單芯電纜線芯和金屬護套構(gòu)成一個中間介質(zhì)為電纜絕緣層的圓柱電容器。為此在金屬護套環(huán)流中，除感應(yīng)電流外，還包括電容電流和泄漏電流，兩種電流的大小主要與線芯和金屬護套之間的電壓和電纜結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，與電纜布置方式無關(guān)。經(jīng)對大量護套環(huán)流測量結(jié)果表明，金屬護套內(nèi)電容電流和泄漏電流之和一般小于6A。所以當(dāng)電纜金屬護套采用單端接地方式時，其環(huán)流電流不大，對電纜運行的影響不大。

（2）當(dāng)電纜金屬護套兩端直接接地時，電纜金屬護套與大地形成回路時，電纜金屬護套則會產(chǎn)生環(huán)流。該環(huán)流有三種情況會產(chǎn)生，一是電纜金屬護套采用交叉互聯(lián)接地方式；二是電纜外套主絕緣發(fā)生損壞，從而使電纜金屬護套發(fā)生多點接地；三是運行電纜發(fā)生短路或被雷擊現(xiàn)象，使單端接地方式中接保護器接地的一端電壓過高，將保護器擊穿從而形成金屬護套兩端直接接地。第一種情況是電纜較長時所采用的正常接地方式，若完整的交叉互聯(lián)內(nèi)各段電纜的長度相差不大時，電纜金屬護套上的感應(yīng)電壓則較低，其所產(chǎn)生的環(huán)流也就較小，不影響電纜的正常運行。后兩種情況則屬于電纜故障，金屬護套所產(chǎn)生的環(huán)流極大，使金屬護套發(fā)熱，以致?lián)p害電纜主絕緣，加速電纜絕緣老化，甚至發(fā)生電纜爆炸事故；同時，護層感應(yīng)電壓超出安全范圍，可導(dǎo)致外層絕緣擊穿帶來人身安全隱患；嚴(yán)重時并可直接導(dǎo)致電纜載流量40%的損失，威脅電纜線路的安全運行，并造成直接的經(jīng)濟損失，嚴(yán)重影響電纜的運行，應(yīng)盡可能地減少此情況的發(fā)生，若發(fā)生則應(yīng)盡快采取措施解決。

2.電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置的系統(tǒng)功能

電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置,可實時監(jiān)測電纜金屬護層循環(huán)電流、運行電流和電纜表面溫度，并以GPRS通訊方式將測量數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)器，監(jiān)控服務(wù)器將數(shù)據(jù)進行處理與顯示。監(jiān)測員在調(diào)度室內(nèi)可通過對各種參數(shù)的變化趨勢波形圖、記錄數(shù)據(jù)表等進行分析，并判斷電纜絕緣情況是否良好，運行電纜是否發(fā)生故障，從而可迅速及時地采取措施解決故障，從根本上避免了電纜事故的發(fā)展，保證電纜安全、可靠的運行。

電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置可以安裝在室外桿塔上，監(jiān)測電纜終端頭與電纜的狀態(tài)；也可以安裝在電纜工井內(nèi)，監(jiān)測電纜中間接頭與電纜的狀態(tài)。一般在一個完整的交叉互聯(lián)接地方式 的直接接地箱處安裝一套電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置，在電纜護套單端接地方式的直接接地箱處安裝一套電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置。電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置的系統(tǒng)功能有：

（1）實時測量運行電纜的金屬護層循環(huán)電流、運行電流、電纜表面溫度、環(huán)境溫度，接地箱溫度等。

（2）通過GPRS無線將測量數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控服務(wù)器。

（3）數(shù)據(jù)實時采集，系統(tǒng)數(shù)據(jù)采樣頻率5秒至1小時可控。

（4）監(jiān)測終端不需要外部提供電源，通過電流互感器獲取電纜運行電流并作為整個數(shù)據(jù)采集終端的電源。運行電流在50～1000A的范圍內(nèi)終端均可正常工作。

3.電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置的組成及主要功能

電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集終端主機、電纜護層接地電流測量互感器、電纜運行電流測量互感器、溫度傳感器、取電互感器、報警系統(tǒng)。

3.1數(shù)據(jù)采集終端主機

（1）數(shù)據(jù)采集終端主機，是系統(tǒng)的核心硬件，安裝于桿塔上或電纜工井內(nèi)。主要用于收集現(xiàn)場各測量點傳感器數(shù)據(jù)，并通過GPRS通訊方式發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)器。

（2）系統(tǒng)采集終端主機接線請嚴(yán)格按照下表所示接線座排進行。

電源　溫度　護層循環(huán)電流　運行電流1　2　3　4　5　6　7　8　9　10　11　12　13　14　15空　S1　S2　地　VCC DQ GND C3(C相)　C2(B相)　C1(A相)　C5

S1、S2：接取電互感器輸出端。

地：接保護地。

VCC、DQ、GND：接溫度傳感器的溫度總線。

C1、C2、C3：接護層循環(huán)電流互感器輸出端（A相，B相，C相）。

C5：接運行電流互感器輸出端。

3.2電纜護層循環(huán)電流互感器

電纜護層循環(huán)電流互感器，直接套在接地電纜上，用來監(jiān)測電纜金屬護層的循環(huán)電流，并將實時采集的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)采集終端主機。

3.3電纜運行電流互感互感器

電纜運行電流互感互感器，直接套在運行電纜上，用來監(jiān)測電纜的運行電流，并將實時采集的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)采集終端主機。

3.4溫度傳感器

溫度傳感器，安裝于電纜終端頭或電纜中間接頭處，用來監(jiān)測電纜終端頭或電纜中間接頭與電纜表面的溫度，并將實時采集的數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)采集終端主機。

3.5取電互感器

取電互感器，直接套在運行電纜上，用來向數(shù)據(jù)采集終端主機提供電源。該取電互感器采用的是開合式電流互感器，要求運行電纜的運行電流必須≥50A，這樣才能保證數(shù)據(jù)采集終端主機的正常運行。

3.6報警系統(tǒng)

報警系統(tǒng)：具備護層接地電流參數(shù)超限自動報警或者異常變化自動報警功能，在集中監(jiān)控中心對接地電流參數(shù)超過預(yù)設(shè)值時發(fā)出視聽報警，在集中監(jiān)控平臺的圖形展示界面上報警，并自動將報警資料存檔。對環(huán)流的當(dāng)前值與歷史值進行分析，當(dāng)出現(xiàn)下列情況時，系統(tǒng)發(fā)出報警：

A、環(huán)流增大到某一數(shù)值；

B、環(huán)流變化率增大到某一數(shù)值；

C、環(huán)流與線芯電流的比值增大到某一數(shù)值；

D、對環(huán)流與線芯電流的比值變化率增大到某一數(shù)值。

4.結(jié)束語

高壓單芯電纜在正常的運行中，其電纜金屬護套必定會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，從而也必然會產(chǎn)生電纜金屬護套環(huán)流。當(dāng)運行電纜發(fā)生故障時，如電纜發(fā)生短路、被雷擊、主絕緣損壞產(chǎn)生金屬護套多點接地等等，在電纜金屬護套上則會產(chǎn)生較大的環(huán)流，影響電纜線路的輸送能力與運行壽命。而安裝電纜護套環(huán)流監(jiān)測裝置,可24小時實時監(jiān)測電纜金屬護層循環(huán)電流、運行電流和電纜表面溫度，及時發(fā)現(xiàn)電纜護層接地電流（環(huán)流）的異?，F(xiàn)象，及時迅速發(fā)現(xiàn)并定位環(huán)流異常故障。通過軟、硬件技術(shù)手段，智能判斷故障種類：如保護多點接地故障、保護接地故障、交叉互聯(lián)接線錯誤等，利用接地電流的變化及輔助手段，及時發(fā)現(xiàn)運行電纜故障、交叉互聯(lián)箱及接地線異常情況，迅速采取措施解決電纜運行故障，提醒值班人員及時處理，確保電纜線路安全、可靠運行。