智能電網(wǎng)中電纜終端泄漏電流的監(jiān)測及預(yù)警

（國網(wǎng)舟山供電公司）

智能電網(wǎng)中電纜終端泄漏電流的監(jiān)測及預(yù)警

徐海寧 史令彬 胡偉東 唐 越 錢 杰

（國網(wǎng)舟山供電公司）

近些年技術(shù)在快速進步，與之相應(yīng)的智能電網(wǎng)也日益拓展了總體的規(guī)模，覆蓋于更廣的城鄉(xiāng)范圍。相比于傳統(tǒng)電網(wǎng)，智能電網(wǎng)表現(xiàn)出更高層次的綜合性以及自動化，是電網(wǎng)更新的總體趨勢。然而，智能電網(wǎng)銜接的電纜若泄露了終端的電流，那么很易遭受時間較長及面積較大的斷電故障，電力體系因而受到損失。為了防控泄露電流的故障，有必要實時監(jiān)測電網(wǎng)，在這種基礎(chǔ)上設(shè)置必備的電網(wǎng)預(yù)警體系。對于此，有必要解析智能電網(wǎng)中泄露電流的根本原理，結(jié)合電纜終端的真實情況，給出相適應(yīng)的預(yù)警以及監(jiān)測方式。

智能電網(wǎng)；電纜終端；泄漏電流；監(jiān)測；預(yù)警

0 引言

從在線監(jiān)測的角度看，監(jiān)測智能電網(wǎng)的指標(biāo)包含了是否泄漏電流。通過對泄漏電流進行估算就能夠得到絕緣子的具體污穢狀態(tài)。然而不應(yīng)忽視的是，泄漏電流通常強度并不很大，同時還會遭受來自磁場的較多干擾。為了及時預(yù)警，有必要實時監(jiān)測電纜終端泄漏的電流。對于此，需要綜合考慮搜集泄漏電流、搜集接入電網(wǎng)的信號、處理泄漏電流的相關(guān)信息等[1]。針對數(shù)字處理，可以選擇小波消噪的特定方式來消除電纜終端遭到的干擾信號，進而對比得到精確的信噪比。實驗結(jié)果證實：預(yù)警和監(jiān)測電纜終端電流泄漏的具體方式可以切實防控電纜信號的泄漏，并且可以過濾電網(wǎng)的噪聲。

1 預(yù)警監(jiān)測的必要性

最近幾年，技術(shù)水準(zhǔn)在快速提升，這種趨勢下的智能電網(wǎng)也表現(xiàn)出更高的可控性和可觀測性。自動化控制的新式智能電網(wǎng)可以優(yōu)化智能服務(wù)，在電網(wǎng)控制中選擇了綜合的智能化方式。然而統(tǒng)計表明，近些年來智能電網(wǎng)仍頻發(fā)時間較長且面積較大的斷電事故，事故根源通常為絕緣子污閃[2]。

在電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，污穢絕緣子通常會發(fā)生表層的污閃現(xiàn)象，這種狀態(tài)并非僅僅來自空氣間隙。從根本上看，污閃現(xiàn)象源自多樣的要素，例如熱力學(xué)、化學(xué)以及受電造成的影響。在絕緣子的表層，熱動力如果要達到平衡那么通常伴有局部性的弧絡(luò)。具體判斷絕緣子遭到污穢污染的程度時，可選擇的指標(biāo)包含了表層電導(dǎo)率、閃絡(luò)場強因素、電纜泄漏的電流、等值附鹽密度。在這些要素中，終端泄漏的具體電流大小關(guān)系到當(dāng)時氣候、爬電比距、污穢的程度等。電纜在運行時，電網(wǎng)可提供實時性的監(jiān)測信息，據(jù)此能夠測出運行時的絕緣子狀態(tài)。

通過長期的監(jiān)測可知，電流泄漏關(guān)系到周邊環(huán)境。若電纜處在電流較大且電壓較高的具體環(huán)境中，那么更易遭受多樣的干擾。例如：周邊的電磁輻射、雷電對于電網(wǎng)的沖擊、諧波或噪聲的沖擊。發(fā)生污閃的現(xiàn)象包含了多階段，若可以實時監(jiān)控智能電網(wǎng)，那么就便于判定絕緣子污穢達到的真實程度。發(fā)生污閃之前，智能電網(wǎng)就可以給出精準(zhǔn)的預(yù)警信息。這樣做，在更大范圍內(nèi)可以確?？煽壳曳€(wěn)定的供電，與此同時也有利于電網(wǎng)的檢修[3]。

2 設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)

監(jiān)測電纜泄漏電流時，關(guān)鍵點為最大的電導(dǎo)率，也就是表層最高的電導(dǎo)率。經(jīng)過測算以及觀察，可以給出多層次的預(yù)警模型。具體來看，構(gòu)建預(yù)警模型之后，就可以借助模型來判斷電纜污穢的具體組成、污穢的總量和相關(guān)成分、污穢的形態(tài)等。同時，表層電導(dǎo)率也關(guān)系到實時的濕度。在不同階段內(nèi)，電纜受潮的狀態(tài)也并不相同，在這基礎(chǔ)上可以判斷電導(dǎo)率和受潮程度二者的聯(lián)系。此外，污閃電壓與電導(dǎo)率二者也表現(xiàn)出特定的函數(shù)關(guān)系。經(jīng)過綜合判斷，可以估測得到精確的爬電距離和終端電纜的具體結(jié)構(gòu)。提取特征量之后，就能夠給出普遍適用的預(yù)警模型，這樣做更便利了實時監(jiān)測絕緣子污穢，設(shè)置在線的評估[4]。

泄漏電流必須予以實時監(jiān)測，這樣才可以確保安全。在線監(jiān)測安裝了搜集電流的模塊，經(jīng)過監(jiān)測可得受潮和污染的狀態(tài)。通過網(wǎng)絡(luò)的方式，遠程中心能夠判斷并且接收實時性的監(jiān)測信息。在安裝監(jiān)測時，可以選擇蓄電池和電池板的綜合安裝方式。投運的狀態(tài)下，相關(guān)部門也應(yīng)掌控各階段的電纜泄漏狀態(tài)。依照測定的數(shù)據(jù)，有序安排最恰當(dāng)?shù)臅r間用來修復(fù)智能電網(wǎng)。這樣做，可在更大范圍內(nèi)杜絕隱患，杜絕污閃帶來的故障，因而也從根本上確保最優(yōu)的智能運營質(zhì)量。

從監(jiān)測原理看，在線測量電纜泄漏的具體途徑包含了非電量法和相應(yīng)的電量測量法。最近幾年，新式的測量方法還包含了非接觸的測量和在線遠程測量。針對泄漏的電流，通常選擇截取引流的方式來具體測量。這種方式包含：在接地的過程中加入必要的導(dǎo)線用來引流，直接把泄漏電流導(dǎo)入地下，然后截取電流并且獲得精確的數(shù)值。這種方式具備了優(yōu)良的精度，但卻相對較危險。此外，還可選擇接觸法來測量：采集電流時可以加裝接觸式的固定單元，等電位法可以判定電流數(shù)值。這種方式妥善彌補了直接測量電流時的漏洞，可以實時反饋泄漏的位置，進而給出修補的方式。

3 預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)架

針對終端泄漏電流的電纜予以實時監(jiān)測，監(jiān)測系統(tǒng)配備了若干的子站。子站具體的性能包含：在特定的階段內(nèi)能夠上傳電流，并且提供實時的濕度以及溫度參數(shù)。子站接受了指令后，可以迅速予以響應(yīng)，在特定范圍內(nèi)上傳信息。同時，子站還具備了休眠和喚醒的性能，可以節(jié)省電能。針對失電時的信息，子站能夠予以保護。自動診斷故障，在這種基礎(chǔ)上自動恢復(fù)。在設(shè)置了報警閾值后，可以支持報警和遠程的復(fù)位，還能夠設(shè)置聯(lián)網(wǎng)時的參數(shù)[5]。子站設(shè)有各自的編號以及密碼，可以查詢并且校正時間。針對供電電壓，也能夠?qū)崟r檢測。

預(yù)警和監(jiān)測的性能具體針對電纜電流的泄漏，系統(tǒng)設(shè)有電池板、太陽能蓄電池、搜集電流的單元、子站的主機等。在這些模塊中，總線配備了采集信息的前端單元。經(jīng)過采集之后，相應(yīng)的單元能夠把數(shù)值傳送至主機，監(jiān)測子站可以上報實時性的泄露電流。這樣做就確保了在線式的遠程電纜監(jiān)控。主機平臺能夠用來獲取電纜泄漏的在線信息，分析并且整理數(shù)值，在這之后實現(xiàn)存儲信息。從系統(tǒng)整體看，主機平臺構(gòu)成了中心，能夠用來實時預(yù)警。預(yù)警系統(tǒng)搜集的對象包含了桿塔污穢程度，搜集了關(guān)于污穢的實時狀態(tài)。經(jīng)過后期的評估，監(jiān)測中心就能夠接收規(guī)約中的監(jiān)測信息。從平臺角度看，監(jiān)測中心也能夠判斷電流泄漏的監(jiān)測指令，能夠讀取前端傳感器發(fā)出的各類動作。詳細來看，預(yù)警以及監(jiān)測電纜終端的具體模塊包含如下：

接入傳感器的模塊配備了足夠的接口，能夠銜接主機平臺。通過在線的監(jiān)測，為傳感器設(shè)置了管理主機的多個通道。經(jīng)過這種改進，主機就能夠密切銜接智能式的傳感器，可以測量多條電纜的污穢度。針對類似的傳感監(jiān)測，傳感器模塊也可以留出必備的通道。處理數(shù)據(jù)的模塊設(shè)置了雙重的CPU，這樣做可以在根本上加快監(jiān)測泄漏以及處理泄漏電流的速度。可以選擇嵌入式的具體設(shè)計，便于拓展更廣的監(jiān)測性能。同時，模塊化軟件也便于拓展。

在通信模塊中，初期設(shè)計時必須考慮日常監(jiān)測中的復(fù)雜環(huán)境，這種基礎(chǔ)上設(shè)置在線的監(jiān)測。通常來看，在監(jiān)測電纜終端時，系統(tǒng)會面對多樣的復(fù)雜環(huán)境，這種環(huán)境也隱含了不可確定的要素。因此，設(shè)計模塊時也不應(yīng)當(dāng)忽視監(jiān)測過程中的復(fù)雜環(huán)境。受到通信的制約，系統(tǒng)可以選擇特定手段用來傳輸，具體在選擇過程中還需要兼顧真實的通信需要。從現(xiàn)狀看，可以設(shè)置光纖傳輸以及無線傳輸這兩類的方式，例如TCP/IP、CDMA-1X以及GPRS。在線監(jiān)測電流泄露的電源模塊通常安裝于較高的桿塔或者電力線路，因此受到供電限制，某些情況下不可以提供交流的220V供電。因此，可以轉(zhuǎn)而選擇蓄電池加上太陽能的綜合方式來提供電能。

4 具體的預(yù)警監(jiān)測流程

4.1 搜集終端電流

一般情況下，電纜都會泄漏較小的電流。對于較微弱的電流，通常需要測出很微弱的電纜泄漏。針對在線系統(tǒng)，怎么搜集必要的終端電流是技術(shù)中的重點。與此同時，搜集得到的泄漏電流也可以反映出絕緣子的狀態(tài)。從幅值來看，泄漏電流表現(xiàn)出較大波動幅度，電流最大時通常能夠達到上百毫安。相比來看，智能電纜長期工作于惡劣環(huán)境中，因而在搜集泄漏電流的同時也不應(yīng)忽視潛在的環(huán)境要素。采集信號之后，系統(tǒng)先要連接轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)換單元可以接收泄漏信號。經(jīng)過保護電路，就能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榫_的電壓數(shù)值。

電纜終端如果泄漏電流，那么這種電流就會表現(xiàn)出特定的幅頻性質(zhì)。從高低頻的浮動來看，電流傳感器并沒能表現(xiàn)出劇烈的衰減，相位也很穩(wěn)定。由此可以表明，電流傳感器得到的電流信息是十分精準(zhǔn)的；在特定頻率內(nèi)，也能夠確保信號是靈敏的。在接入泄漏電流的電纜線時，引流裝置加裝的位置為鐵塔側(cè)的絕緣子串。這樣做，采集信息的單元就能夠搜集泄漏電流[6]。

4.2 分析并處理信息

在高壓的電纜線上，絕緣子長期運行，這種運行環(huán)境通常表現(xiàn)出高磁場和強電流的特性。同時，電纜終端會泄漏很微弱的電流。電纜在運行中也很容易遭受熱噪聲。這種狀態(tài)下，若單獨憑借濾波的硬件來處理，那么很難徹底濾除電流泄漏的噪聲。因而在具體處理信息或者分析數(shù)據(jù)時，可以優(yōu)先選擇小波降噪來處理。相比于其他處理方式，小波降噪可以針對局部的頻域或者時域。在這時，即便電流發(fā)生了突變，仍然能夠依照常規(guī)的方式來處理泄漏電流[7]。

小波降噪在具體分析時，是依照頻率和時間的雙重尺度來分析數(shù)據(jù)的。從總體上看，小波降噪擁有更高的分辨率。從頻域和時域來看，這種分析方式都便利了局部數(shù)據(jù)的處理。也就是說，小波降噪可以設(shè)置固定的窗口面積，在這種基礎(chǔ)上適當(dāng)改動窗口形狀。針對較高或者較低的頻域，還能夠展示瞬時的噪聲。這樣做，就分離了正常的電纜信號以及噪聲信息，借以濾除噪聲。

4.3 測驗泄漏電流

輸入傳感器之后，泄漏電流可以變成電壓數(shù)據(jù)，然后用來輸出。然而在真實的運用中，傳感器很難避免畸變的信號，同時也會放大非線性的信號，這些要素增加了后期處理時的偏差[8]。

因此，需要通過測驗來處理泄漏電流。具體而言，對于正弦電流，先要輸出頻率不等的電流，并且適當(dāng)調(diào)整幅值。經(jīng)過試驗可以得知，在各個頻率中，電壓的輸出并沒有表現(xiàn)出相位漂移過大的現(xiàn)象。測驗過程中，在輸出不同數(shù)值時，搜集得出的結(jié)果通常會停留于特定范圍內(nèi)，這種結(jié)果表明了電流傳感器具備優(yōu)良的線性度。由此也能夠表明，從瞬態(tài)響應(yīng)的角度來看，傳感器也具備了最佳的響應(yīng)性。

5 結(jié)束語

近些年，智能電網(wǎng)表現(xiàn)出更高層次的智能性，快速發(fā)展中的智能電網(wǎng)凸顯了可控性和自動化的新優(yōu)勢。在新式的智能電網(wǎng)中，電纜終端很容易泄漏電流，因此帶來了供電中斷的威脅。情況嚴(yán)重時，還會傷害到人身安全。絕緣子電流泄漏的現(xiàn)象會帶來規(guī)模較大的斷電及停電，相關(guān)部門對此應(yīng)能及時予以預(yù)警，選擇最適當(dāng)?shù)姆揽卮胧9]。未來的實踐中，電力部門及相關(guān)人員仍應(yīng)不斷歸納經(jīng)驗，實現(xiàn)電纜終端監(jiān)測水準(zhǔn)的提升，強化對于智能電網(wǎng)的實時預(yù)警。

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