高壓電纜接地環(huán)流監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

歐陽建軍

摘? 要：該文主要介紹高壓電纜金屬護(hù)套接地環(huán)流在線監(jiān)測技術(shù)原理、告警策略及系統(tǒng)在實際運(yùn)行的高壓電纜線路上的應(yīng)用情況，并通過其中一個已投運(yùn)的接地環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)成功檢測到接地電流突變的故障信號來說明接地環(huán)流監(jiān)測技術(shù)在高壓電纜上應(yīng)用的實時性和有效性。

關(guān)鍵詞：高壓電纜;環(huán)流;告警;監(jiān)測

中圖分類號：TM274 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

近年來，隨著城市化的發(fā)展，電力電纜在電力系統(tǒng)中，尤其是110 kV以上等級的高壓電纜受到廣泛的應(yīng)用。隨著高壓電力電纜廣泛的使用，其弊端也漸漸顯現(xiàn)。電力電纜由于自身結(jié)構(gòu)特殊，所處環(huán)境復(fù)雜加上運(yùn)輸不規(guī)范的錯誤、現(xiàn)場制作工藝不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纫蛩?，?dǎo)致電纜絕緣性降低，進(jìn)而引發(fā)電纜絕緣性故障。傳統(tǒng)的監(jiān)測方式不能及時發(fā)現(xiàn)電纜絕緣性問題，所以電纜故障頻發(fā)。因此，在高壓電纜線路安裝金屬護(hù)套環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)是很有必要性的，該文主要闡述高壓電纜線路接地環(huán)流產(chǎn)生的機(jī)理、主要故障形態(tài)、檢測接地環(huán)流的技術(shù)原理、監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成、監(jiān)測告警策略及現(xiàn)場應(yīng)用時電纜設(shè)備故障時接地電流變化情況的發(fā)現(xiàn)、分析及現(xiàn)場驗證過程[1-2]。

1 接地環(huán)流機(jī)理

接地環(huán)流機(jī)理有如下5點。1）對于有護(hù)層絕緣缺陷的電纜線路，金屬護(hù)套循環(huán)電流中會產(chǎn)生感性電流分量，導(dǎo)致流入電纜終端直接接地點的電流將變大，具有電流值與護(hù)層的接地點數(shù)量、接地電阻值及線芯電流等參數(shù)有關(guān)。2）在電纜較短線路中，通常采取一端直接接地，另一端通過保護(hù)器保護(hù)接地，該方式理論上由于電纜金屬護(hù)套只有單點接地，沒有形成閉合回路，不會形成環(huán)流。3）高壓電纜在運(yùn)行過程中金屬護(hù)套外部絕緣如果受到破壞，出現(xiàn)超過兩點接地故障時將發(fā)生環(huán)流的變化。4）不論是單端接地還是交叉互聯(lián)接地系統(tǒng)，其因電纜金屬護(hù)套與芯線中交流電流產(chǎn)生的磁力線相鉸鏈，使其兩端出現(xiàn)較高的感應(yīng)電壓，故需采取合適的接地措施，使感應(yīng)電壓處在安全電壓范圍內(nèi)。5）當(dāng)電纜較長時，采取的是交叉互聯(lián)接地或兩種接地方式組合，如果交叉互聯(lián)單元內(nèi)的三段電纜長度一致，則理論上金屬護(hù)套基本沒有環(huán)流。

因此在運(yùn)行的高壓電纜中安裝接地環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測電纜金屬護(hù)套的環(huán)流指標(biāo)，通過各種環(huán)流突變信號反應(yīng)出主電纜線芯運(yùn)行電流是否超負(fù)荷、主絕緣及護(hù)套絕緣是否存在缺陷，對于避免電纜長期過載或絕緣缺陷運(yùn)行等方面都具有重要意義。

2 接地環(huán)流監(jiān)測技術(shù)及系統(tǒng)構(gòu)成

高壓電纜接地環(huán)流檢測主要是針對電纜線路各個接頭部位進(jìn)行，如中間接頭的交叉互聯(lián)箱、直接接地箱、終端接頭的接地箱等，運(yùn)行電纜的接地環(huán)流變化情況均可以通過在接頭位置的接地線或者鎧裝引出線處進(jìn)行檢測到相應(yīng)的電流值。

另外，為了能夠?qū)拥仉娏鞯淖兓皶r、準(zhǔn)確的檢測并分析展示以及電纜故障（本身運(yùn)行故障或者外力破壞等）位置的實時確定，在研究接地環(huán)流監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加了電纜接頭點溫度的監(jiān)測及接頭故障振動參量的監(jiān)測，從而實現(xiàn)高壓電纜接地環(huán)流在線監(jiān)測技術(shù)的多參量綜合應(yīng)用，為電纜運(yùn)行的安全及穩(wěn)定性提供更有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

技術(shù)基本原理：通過環(huán)流傳感器采集高壓電纜接地環(huán)流信號，PT100傳感器檢測電纜接頭的溫度值，加速度傳感器檢測電纜接頭的振動參量信號，并經(jīng)過信號處理模塊進(jìn)行采樣與濾波處理后利用通信光纜或者4G無線路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，將環(huán)流信號發(fā)送至后端分析展示平臺進(jìn)行分析處理。根據(jù)系統(tǒng)所檢測到的金屬護(hù)套環(huán)流信號來判斷高壓電纜的絕緣狀況和線路運(yùn)行狀況，實現(xiàn)環(huán)流實時采樣、數(shù)據(jù)實時更新、保存及超限報警功能，有效的預(yù)防高壓電纜缺陷故障的發(fā)生，保障電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。

接地環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)采取模塊化設(shè)計，由金屬護(hù)套環(huán)流信號傳感器、環(huán)流信號處理模塊;環(huán)流信號無線傳輸模塊和后端監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示平臺構(gòu)成。其中，金屬護(hù)套環(huán)流信號采集模塊主要是環(huán)流傳感器;環(huán)流信號處理模塊由信號采樣裝置及濾波裝置組成;環(huán)流信號無線傳輸模塊主要由光纖交換機(jī)或者4/5G無線路由器組成;后端處理分析展示平臺即監(jiān)測系統(tǒng)中心服務(wù)器。

3 接地環(huán)流告警策略

當(dāng)高壓電纜金屬護(hù)層接地電流異常時，系統(tǒng)會自動報警，信號被實時傳送到集中監(jiān)控中心，將接地電流在線監(jiān)測設(shè)備測量數(shù)據(jù)與電纜負(fù)荷電流數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和綜合分析，從而達(dá)到實時掌握電纜金屬護(hù)層接地系統(tǒng)的運(yùn)行狀況的目的。

由于實際運(yùn)行中的高壓電纜環(huán)境復(fù)雜多樣，導(dǎo)致接地環(huán)流變化甚至突變的情況原因比較復(fù)雜，因此接地環(huán)流系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中會存在誤告警的情況，為了降低甚至避免誤告警的情況，監(jiān)測系統(tǒng)需要根據(jù)多個參量因數(shù)設(shè)置不同的告警方式及策略，其歸納見表1。

4 應(yīng)用案例

4.1 接地環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用

高壓電纜接地環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)由前端采集傳感器（接地環(huán)流傳感器、溫度傳感器、振動傳感器）、就地信號采集裝置及后臺監(jiān)測平臺構(gòu)成。環(huán)流傳感器主要安裝在接頭的鎧裝引出線（接地線、交叉連接片）上，而溫度傳感器及振動傳感器直接貼附安裝在電纜接頭表面，就此信號處理裝置根據(jù)每個監(jiān)測點的環(huán)境就近安裝，可以是在接頭工井內(nèi)，也可以是終端場靠近墻壁安裝等，后臺服務(wù)器一般是安裝在變電站主控室或者是用戶辦公室等。

4.2 高壓電纜接地環(huán)流突變故障案例

4.2.1 接地環(huán)流突變監(jiān)測信號

在一條110 kV電纜線路上安裝了一套接地環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)，自投運(yùn)以來，實現(xiàn)運(yùn)行管理人員可在辦公室訪問系統(tǒng)后端平臺，隨時監(jiān)控運(yùn)行電纜線路運(yùn)行絕緣狀況。

于某一天該套接地環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出該線路中間接頭環(huán)流監(jiān)測處C相環(huán)流突變超限告警信號，隨即通過辦公室電腦訪問遠(yuǎn)程環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)，查看監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化及實時報警情況，如圖1所示。

由圖1可知，該線路環(huán)流監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)測的#1接頭監(jiān)測點監(jiān)測到一個突變電流值，最大變化值由正常運(yùn)行值5A左右的電流突變至超過200 A，由此初頻判斷該環(huán)流監(jiān)測環(huán)內(nèi)出現(xiàn)某處瞬間接地現(xiàn)象，同時接地點又瞬間斷開。經(jīng)檢查高壓電纜線路系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行電流，當(dāng)天線路一次運(yùn)行電流正常，說明環(huán)流突變與系統(tǒng)運(yùn)行無關(guān)，需要排查其他引起的接地環(huán)流突變的因素。

4.2.2 現(xiàn)場驗證

查看并確認(rèn)環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到環(huán)流值突變情況后，到線路現(xiàn)場對該線路2個終端及#1接頭井進(jìn)行排查：兩個終端接地系統(tǒng)設(shè)備均沒有發(fā)現(xiàn)任何異常現(xiàn)象，而在#1中間接頭井處在未打開接地箱前發(fā)現(xiàn)#1接頭保護(hù)器接地箱的箱體腫脹，箱體底部固定在墻壁的螺絲脫落，而箱體蓋板部分螺絲處有燒黑痕跡。

打開腫脹箱體檢查后，發(fā)現(xiàn)C相保護(hù)器炸裂，保護(hù)器主體脫落，箱內(nèi)殘留脫落的保護(hù)器外皮2片，氧化鋅閥片1片;A、B相保護(hù)器除了外表附有些銀灰色粉末外未見其他異常。

故障原因初步分析，通過檢測該箱體3相接地電流情況及開箱后的檢查情況看，A、B相保護(hù)器絕緣完好，而C相保護(hù)器炸裂基本可排除因箱體進(jìn)水引起短路故障，在線路運(yùn)行正常情況下，可能是保護(hù)器質(zhì)量不穩(wěn)定引起的故障。在該線路接頭環(huán)流突變故障的狀態(tài)時，接頭點測溫及振動傳感器未檢測到明顯的變化參量，因為本次故障點是在保護(hù)接地箱內(nèi)部的保護(hù)器故障，與電纜本體及接頭本身無直接關(guān)聯(lián)，因此這2個參量值未有明顯的狀態(tài)變化。

5 結(jié)語

高壓電纜接地環(huán)流監(jiān)測技術(shù)及相應(yīng)的在線監(jiān)測系統(tǒng)可及時檢測發(fā)現(xiàn)電纜線路環(huán)流值突變并發(fā)出告警信號，實現(xiàn)運(yùn)維人員及時掌握設(shè)備缺陷發(fā)生并予以消缺處理，是電力設(shè)備安全可靠運(yùn)行的強(qiáng)有力保障。

根據(jù)電纜線路金屬護(hù)套環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)所監(jiān)測到環(huán)流值突變處經(jīng)現(xiàn)場驗證，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示結(jié)果與現(xiàn)場驗證位置相符合，由此也進(jìn)一步驗證了環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)在現(xiàn)場應(yīng)用的有效性。

多參量接地環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)的接頭溫度監(jiān)測及接頭振動監(jiān)測還具備進(jìn)一步提升及完善的技術(shù)空間，考慮監(jiān)測范圍及對象，為電纜線路的實時運(yùn)行狀態(tài)提供更有效的數(shù)據(jù)參考。

參考文獻(xiàn)

[1]楊忠君.高壓電纜護(hù)層環(huán)流在線監(jiān)測的實現(xiàn)與應(yīng)用[J].冶金動力，2017（2）：47-50.

[2]傅玉嬌.高壓電纜線路接地系統(tǒng)在線監(jiān)測淺述[J].電力科技，2016（6）：293.