10kV配電網(wǎng)智能電纜的研發(fā)

摘 要：為滿足配電網(wǎng)運(yùn)行需求，需要不斷研發(fā)智能電纜，用于10kV配電網(wǎng)的良好運(yùn)行。本文介紹了10kV配電網(wǎng)智能電纜的設(shè)計(jì)，介紹了基于新型光纖傳感器的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)在線分布式測(cè)控功能。

關(guān)鍵詞：10kV配電網(wǎng);智能電纜;研發(fā)

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著城市化進(jìn)程的加快，國(guó)家電力部門也加快了配電網(wǎng)的建設(shè)。10kV電纜的覆蓋范圍和規(guī)模速度增長(zhǎng)，對(duì)于傳統(tǒng)的手動(dòng)控制方式和設(shè)備配置已不再滿足當(dāng)下的電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。因此，充分利用電纜容量，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)電纜工作狀況，已成為配電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要課題。

1 建立配電網(wǎng)智能電纜的重要性

通過(guò)建立配電網(wǎng)智能電纜，可以提高現(xiàn)有電網(wǎng)系統(tǒng)的整體效率。運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)手段和管理模式，可以促進(jìn)配電網(wǎng)順利運(yùn)行。與傳統(tǒng)控制方式相比，配電網(wǎng)智能電纜控制方式具有安全穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。管理人員需要根據(jù)配電網(wǎng)智能電纜的運(yùn)行情況，采取具體的措施。加強(qiáng)對(duì)變電站環(huán)境的檢測(cè)，提高管理決策的科學(xué)性。配電網(wǎng)智能電纜的創(chuàng)建，可以節(jié)約人力資源，減少管理中人為因素造成的事故。從管理的角度來(lái)看，配電網(wǎng)智能電纜運(yùn)營(yíng)模式，為盡快實(shí)現(xiàn)能源集中管理奠定基礎(chǔ)。基于合適的管理模式，員工可以更好提高工作效率，也為電力公司的經(jīng)濟(jì)效益做出必要的貢獻(xiàn)。通過(guò)優(yōu)化配電網(wǎng)智能電纜工作和管理模式，相關(guān)管理人員可以輕松開展電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全管理工作。

2 配電網(wǎng)智能電纜的運(yùn)用特點(diǎn)

配電網(wǎng)智能電纜是根據(jù)電網(wǎng)的技術(shù)要求開發(fā)的，是在電纜導(dǎo)體中植入光纖傳感器，形成智能電纜，結(jié)合測(cè)量設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。它具有電纜運(yùn)維、動(dòng)態(tài)增容、健康評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)防范等功能，可以有效地提高運(yùn)維管理效率，保障供電系統(tǒng)的整體可靠性。與傳統(tǒng)電纜相比，智能電纜具有傳感器的作用，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)傳感的不足，具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。光傳感器既是傳輸信號(hào)的介質(zhì)，該元件具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、易于與系統(tǒng)兼容的優(yōu)點(diǎn)，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離空載測(cè)量，消除了有源傳感電纜無(wú)法通電的缺陷，不存在過(guò)壓和漏電等問題，具有一定的安全性?？裳仉娎|長(zhǎng)度分布進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)，可檢測(cè)沿電纜長(zhǎng)度各物理量，如溫度和變形等，實(shí)現(xiàn)真正的監(jiān)控功能。新型光纖傳感器在運(yùn)行中不受電磁干擾，具有抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。將新型光纖傳感器植入電纜導(dǎo)體中，可以更準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)電纜運(yùn)行的物理量。隨著光纖探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，為產(chǎn)品的升級(jí)提供了無(wú)限的機(jī)會(huì)。

3 10kV配電網(wǎng)問題分析

3.1 過(guò)電壓具有的影響

電氣設(shè)備在運(yùn)行中的電壓包括雷擊過(guò)壓和電弧過(guò)壓等。其中，10kV配電網(wǎng)存在的問題是設(shè)備老化。舊設(shè)備難以承受過(guò)壓，會(huì)出現(xiàn)一些運(yùn)行故障，導(dǎo)致了相關(guān)線路的停電。電弧接地過(guò)壓的幅度相對(duì)較高，一旦電流超過(guò)安全值，會(huì)影響配電網(wǎng)的運(yùn)行。

3.2 10kV配網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理

對(duì)于電力規(guī)劃與城市發(fā)展速度存在巨大差距，導(dǎo)致了電力系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)不合理。配電網(wǎng)負(fù)荷增加，并且電纜不能調(diào)整或更換，需要承受巨大的電壓，配電網(wǎng)無(wú)法安全地運(yùn)行。很多線路沒有有效建設(shè)，一旦停電就無(wú)法傳輸電壓，并且其他結(jié)構(gòu)會(huì)承受更高過(guò)載運(yùn)行。

3.3 配電網(wǎng)工作環(huán)境的影響

配電線路分為架空線路和電纜，樹木的維護(hù)會(huì)干擾配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。在刮風(fēng)和下雨時(shí)，配電網(wǎng)工作受到天氣的影響，會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)線路大面積停電。配電網(wǎng)污染不一定會(huì)導(dǎo)致停電，但肯定會(huì)導(dǎo)致線路的絕緣子燒毀，線路運(yùn)行存在嚴(yán)重的安全隱患。此外，配電線路距離地面較低，地面灰塵很容易吸附在線路的絕緣子上。大多數(shù)配電隔離器不具備抗污染能力，容易積垢，配網(wǎng)時(shí)間長(zhǎng)了難以清理。

3.4 外部因素的破壞

在分析配電網(wǎng)電纜運(yùn)行相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，大部分故障的原因是外力對(duì)配電網(wǎng)的損壞。配電網(wǎng)在運(yùn)行中，必然因外力作用而無(wú)法穩(wěn)定工作。通常，配電網(wǎng)在一些相對(duì)開放的環(huán)境中運(yùn)行。在遇到暴風(fēng)雨時(shí)，配電網(wǎng)面臨雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)因雷擊而斷電。近年來(lái)，由于雷擊配電網(wǎng)事故占故障的一半，因此，配電網(wǎng)應(yīng)設(shè)置防雷網(wǎng)，以保證配電網(wǎng)在暴雨期間的安全運(yùn)行。配網(wǎng)線路的故障不容忽視，配網(wǎng)線路長(zhǎng)時(shí)間在室外的工作容易發(fā)生故障，影響配網(wǎng)的運(yùn)行，給配電網(wǎng)的工作帶來(lái)很大的不便。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 內(nèi)置電纜設(shè)計(jì)

內(nèi)置電纜用于測(cè)量電纜溫度，或用于測(cè)量電力電纜溫度。內(nèi)置電纜主要采用螺旋鎧裝光纖進(jìn)行測(cè)溫。由于內(nèi)置電纜是一種金屬材料，會(huì)影響電纜的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布。使用非磁性金屬材料，但測(cè)量成本會(huì)增加。內(nèi)置電纜為非金屬測(cè)溫電纜，電纜外層護(hù)套采用低壓材料，提高了耐高溫和拉伸壓縮的能力，可承受100℃的高溫，提高牽引性能，可以是測(cè)溫纖維，也可以是振動(dòng)纖維，可根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整。

4.2 智能復(fù)合光纖的發(fā)展

光纖組合電纜具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外護(hù)套、絕緣和導(dǎo)電填料層，基本與常規(guī)電纜相同。不同的是溫度測(cè)量的集成電纜集成在中心。芯線可使用光纖測(cè)量溫度，可以有效控制電纜內(nèi)部溫度，還可以使用振動(dòng)光纖來(lái)控制電線環(huán)境。將10kV光纖制成的復(fù)合電纜集成進(jìn)行測(cè)溫，實(shí)現(xiàn)電纜的體溫監(jiān)測(cè)、溫度變化、異常溫度監(jiān)測(cè)和故障定位。因此，電纜具有獨(dú)立工作和自我診斷的功能，除了提供故障檢測(cè)，減輕電纜的運(yùn)維負(fù)擔(dān)外，還實(shí)現(xiàn)了電纜的智能化功能。

4.3 分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)

10kV智能光纖測(cè)試運(yùn)用的是分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種高精度分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，具有分布式測(cè)溫功能，使得電纜的主體成為溫度計(jì)。系統(tǒng)在運(yùn)行中，可以準(zhǔn)確判斷故障位置功能，通常定位精度±0.2m，誤差位置的偏差0.2m，可準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)運(yùn)行故障位置，減輕后期的檢修運(yùn)維負(fù)擔(dān)。此外，還具有測(cè)溫精度高的優(yōu)勢(shì)，并且測(cè)溫精度誤差±0.5℃，可以準(zhǔn)確比較異常的溫度變化。因此，使用內(nèi)置電纜進(jìn)行局部測(cè)溫，內(nèi)置測(cè)量溫度可以精確控制電纜外殼的溫度。并且該測(cè)溫系統(tǒng)具有多樣化的報(bào)警功能，包括恒溫報(bào)警、溫差報(bào)警、溫升報(bào)警和限溫報(bào)警等。

4.4 不同工況下電纜溫度分析

為有效分析不同電流條件對(duì)電纜溫度的影響，在不同電流的情況下，電纜溝內(nèi)電纜溫度低，這與電纜溝內(nèi)水的高比熱和高導(dǎo)熱性有關(guān)。管道法敷設(shè)的電纜溫度高，是由于電纜管封閉的原因，空氣流量不同?？諝夥ê退淼婪ǖ臏夭畈淮螅饕怯捎陔娎|環(huán)境條件好，可以有效地利用空氣的導(dǎo)電性散熱。采用直埋法和導(dǎo)熱法為土壤，由于導(dǎo)熱方式不同，工作運(yùn)行中傳熱介質(zhì)不同，導(dǎo)熱效率也會(huì)有所不同。并且同一情況下不同條件下的電纜溫度也會(huì)有所不同。隨著通過(guò)電纜的電流增加，電纜溫度有不同程度的升高，并且升高的趨勢(shì)基本一致。10kV智能光纖復(fù)合光纜，當(dāng)通過(guò)500A電流時(shí)，任何條件下的溫度低于80℃，低于交聯(lián)聚乙烯電纜芯線最高允許溫度。在92.9℃高溫下按GB/T 3048.12進(jìn)行放電試驗(yàn)，在1.73U0下，未檢測(cè)到超過(guò)靈敏度的放電。

4.5 故障定位精度分析

為便于配電網(wǎng)智能電纜運(yùn)行發(fā)生溫度異常時(shí)驗(yàn)證故障點(diǎn)的實(shí)際位置，將集成測(cè)溫電纜插入復(fù)合光纜末端。整個(gè)測(cè)溫電纜的總長(zhǎng)度可以設(shè)定為400m，根據(jù)電纜的標(biāo)準(zhǔn)，選擇測(cè)溫點(diǎn)，可以分別選擇在320m和350m處的兩個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。將兩個(gè)測(cè)溫點(diǎn)放在恒溫水箱中，測(cè)試結(jié)果可以顯示準(zhǔn)確位置，然后在恒溫水箱中重復(fù)這個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，可以確定定位正偏差最大值，也可以確定故障10kV智能光纜定位精度大約為±0.2m。

5 配電網(wǎng)智能電纜運(yùn)行改進(jìn)措施

5.1 加強(qiáng)配電網(wǎng)智能電纜維護(hù)

對(duì)于供電系統(tǒng)要重視用電管理，采取合理的制度，保證配電網(wǎng)智能電纜的有效管理。使用配電網(wǎng)智能電纜并實(shí)施先進(jìn)技術(shù)來(lái)改進(jìn)配電網(wǎng)設(shè)備。嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)規(guī)定，對(duì)配網(wǎng)線路進(jìn)行實(shí)時(shí)巡檢，做到定期維護(hù)。一旦配電網(wǎng)智能電纜發(fā)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)安全問題，必須采取適當(dāng)措施進(jìn)行及時(shí)解決，以防止故障不能及時(shí)解決可能發(fā)生的擴(kuò)展性的事故，確保輸配電線路的運(yùn)行。檢修供電設(shè)備時(shí)，要結(jié)合安全管理，調(diào)動(dòng)相關(guān)部門工作人員，配合完成配電網(wǎng)智能電纜檢修工作，提高配電網(wǎng)的供電效率。此外，人員的技術(shù)水平也很重要，只有當(dāng)員工具有很強(qiáng)的技能時(shí)，才能減少人為因素操作不當(dāng)造成的配電網(wǎng)運(yùn)行錯(cuò)誤。在排除配電網(wǎng)智能電纜故障時(shí)，對(duì)于自動(dòng)化處理系統(tǒng)尤其重要。當(dāng)發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)智能電纜故障時(shí)，工作人員必須及時(shí)整改。首先驗(yàn)證和定位故障點(diǎn)，收集現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備相關(guān)信息，分析數(shù)據(jù)并解決存在的配電相關(guān)的故障問題?？筛鶕?jù)實(shí)際情況進(jìn)行配電網(wǎng)的檢修，改善電力系統(tǒng)的供電狀況。配電網(wǎng)智能電纜和自動(dòng)化控制可以提高配網(wǎng)數(shù)據(jù)的采集，實(shí)施科學(xué)有效的管理，制訂穩(wěn)健的方案，解決配網(wǎng)中的故障問題，保障配網(wǎng)安全穩(wěn)定[1]。

5.2 提高配電設(shè)備質(zhì)量

配電設(shè)備質(zhì)量對(duì)配電網(wǎng)智能電纜有重大的影響。隨著電力公司的快速發(fā)展，配電網(wǎng)智能電纜的建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，并且建設(shè)范圍也越來(lái)越廣。如果配電網(wǎng)出現(xiàn)故障，其主要是配電設(shè)備和材料的問題。配網(wǎng)對(duì)所用的相關(guān)使用材料要求很高，特別是變壓器和繼電器等，相關(guān)的設(shè)備必須滿足配網(wǎng)的需要。必須徹底評(píng)估設(shè)備的電流性能，運(yùn)行參數(shù)必須符合配電網(wǎng)智能電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

5.3 優(yōu)化10kV配網(wǎng)結(jié)構(gòu)

配電網(wǎng)智能結(jié)構(gòu)必須充分優(yōu)化，選擇電源結(jié)構(gòu)和布線，實(shí)現(xiàn)有效的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。在10kV配電網(wǎng)中，雙回輸電線路具有可靠性，并且具有輸電容量較高的優(yōu)點(diǎn)。主支線的安裝，以及電力線故障和停電范圍均在相關(guān)設(shè)定的允許范圍內(nèi)，可有效縮小停電的區(qū)域范圍，減少停電造成的損失。

5.4 提高10kV線路抗雷措施

雷電可以直接損壞電力設(shè)備，這是導(dǎo)致電網(wǎng)故障的重要因素之一。在維護(hù)保養(yǎng)中，應(yīng)按照要求安裝防雷裝置，以增強(qiáng)抵御雷擊的能力，確保人們能夠正常用電。在10kV配網(wǎng)電纜出線端線路段加設(shè)避雷器，在變壓器高、低壓側(cè)加裝相應(yīng)等級(jí)的避雷器。對(duì)配網(wǎng)電纜以及避雷器等設(shè)備進(jìn)行定期檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電纜中存在的缺陷，提高配網(wǎng)電纜的質(zhì)量。

5.5 綜合防治污閃問題

在配電網(wǎng)智能電纜正常運(yùn)行過(guò)程中，通常會(huì)發(fā)生污閃，如果污閃嚴(yán)重將會(huì)直接影響配電網(wǎng)智能電纜的正常運(yùn)行，也會(huì)直接導(dǎo)致人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)中無(wú)法使用電力。這個(gè)故障問題也引起了相關(guān)技術(shù)人員的關(guān)注，因此要提供一個(gè)配送網(wǎng)，確保其可以安全地工作，必須解決配電網(wǎng)絡(luò)的污閃問題。為避免污閃問題，技術(shù)工作人員必須在配電網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)設(shè)備上安裝合適的絕緣組件和保護(hù)層。確保安裝后的絕緣部件的表面不會(huì)過(guò)度地造成污染，以避免污染帶來(lái)的線路運(yùn)行故障問題。同時(shí)，技術(shù)工作人員還可以在配電網(wǎng)其他部位安裝除濕機(jī)，提高配網(wǎng)的安全性，滿足人們的用電需求。

5.6 智能電纜在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝和應(yīng)用

如果智能電纜的出現(xiàn)絕緣故障，電力系統(tǒng)中電纜電流和脈沖電流將通過(guò)電纜的絕緣層，沿著金屬屏蔽層進(jìn)行傳播。因此，需要在電纜地線上安裝電容漏電流傳感器和高頻脈沖電流傳感器，以確保采集電容漏電流和脈沖電流數(shù)據(jù)。由于監(jiān)控設(shè)備必須安裝在電纜支架上，因此需要使用高空作業(yè)將現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)安裝人員抬到立桿支架上工作。對(duì)于此過(guò)程安裝設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，因此，需要在保證現(xiàn)場(chǎng)安裝設(shè)備的同時(shí)，還要保證人員自身的安全，避免跌落或者發(fā)生觸電事故。另外，在檢修監(jiān)控設(shè)備時(shí)，要保證安裝穩(wěn)定，還要考慮到太陽(yáng)能板的效率，使太陽(yáng)能板能夠吸收更多的陽(yáng)光，確保監(jiān)控設(shè)備高效運(yùn)行。

5.7 智能電纜故障檢測(cè)措施

在智能電纜的管理和檢測(cè)方面，技術(shù)人員需要對(duì)配電電纜的故障排除自動(dòng)化進(jìn)行研究，并推出了新型智能電纜故障排除措施。全面的故障排除，可以很好地完成導(dǎo)線短路和接觸不良等故障排除。使用測(cè)距儀和定位儀產(chǎn)生的正弦波來(lái)細(xì)化電纜的傳輸線，并且必須接收所有信號(hào)，結(jié)合信號(hào)分析，總結(jié)出智能電纜的大致方向和鉆孔的深度，并精確定位電纜的位置。不需要人工檢測(cè)，用信息化技術(shù)表示故障的位置，將合適的測(cè)試儀送到前端。主要是針對(duì)故障的精確定位，以及對(duì)內(nèi)置深度和電纜路徑故障原因的分析。利用電磁感應(yīng)原理和脈沖原理，可以準(zhǔn)確確定故障區(qū)域。必須使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和GPS定位技術(shù)來(lái)確保可以準(zhǔn)確的檢測(cè)。在特定的工作中，需要分析電纜故障的類型，檢查直流對(duì)電壓的電阻，可以通過(guò)該方法來(lái)確定智能電纜故障的類型。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在目前經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的階段，社會(huì)各界對(duì)電力的需求在不斷增長(zhǎng)，電力部門在此過(guò)程中建設(shè)了大量的配電網(wǎng)。在這種發(fā)展條件下，傳統(tǒng)的電網(wǎng)模式難以適應(yīng)新時(shí)代的需要。因此，要從現(xiàn)代配電網(wǎng)的需要出發(fā)，建立配電網(wǎng)智能電纜，進(jìn)一步提高配電輸電管理效率，加強(qiáng)新技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)電力公司的可持續(xù)發(fā)展。進(jìn)一步提高配電網(wǎng)智能電纜運(yùn)行效率，促進(jìn)電力系統(tǒng)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]冀帥，趙興勇，范佳琪，齊琦.智能電網(wǎng)下固態(tài)變壓器電源切換故障自適應(yīng)定位分析[J/OL].電源學(xué)報(bào)，1-14[2021-07-01].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/12.1420.TM.20210629.1554.002.html.

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作者簡(jiǎn)介：朱立宇（1995— ），男，漢族，北京人，本科，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。