高壓電力電纜護(hù)層電流在線監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)

北京朝陽電力實(shí)業(yè)開發(fā)有限公司 王 恒 李 威

1 引言

為提高電源的穩(wěn)定性，以及適應(yīng)人類對(duì)穩(wěn)態(tài)電流壓力變化的要求，各電力部門要對(duì)出現(xiàn)的主要問題予以高度關(guān)注，并采取相應(yīng)的對(duì)策防止問題的發(fā)生。

2 電纜綜合在線監(jiān)測(cè)必要性

在實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)管理工作的流程中，能夠有效降低漏電事件的出現(xiàn)概率，并在實(shí)現(xiàn)信息化、科學(xué)化管理工作的同時(shí)，改善高壓供電系統(tǒng)工作的安全穩(wěn)健狀況，為提升電能利用效率和品質(zhì)水平創(chuàng)造了基本的技術(shù)條件；而從業(yè)務(wù)角度來看，這項(xiàng)技術(shù)手段的運(yùn)用和開展可以給使用者提供良好的用電體驗(yàn)，在降低了安全事故的基礎(chǔ)上也極大地降低了對(duì)電力工業(yè)和整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)工業(yè)發(fā)展帶來的損失；從具體發(fā)展作用上，這項(xiàng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的問題主要表現(xiàn)在金屬護(hù)套環(huán)流、接電線老化、告警狀態(tài)三方面。

一是在對(duì)金屬材料護(hù)套環(huán)流的網(wǎng)上檢測(cè)中，由于利用連續(xù)性的網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)技術(shù)對(duì)金屬材料護(hù)套的接觸電壓及工作狀況經(jīng)過了對(duì)比分析，能夠比較合理地確定金屬材料護(hù)套結(jié)構(gòu)的絕緣狀況，并在不更改線路連接方法的同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)工作。

二是接地線的老化狀況也是技術(shù)監(jiān)控的重點(diǎn)項(xiàng)目，尤其是在老化而產(chǎn)生的環(huán)流突變時(shí)務(wù)必需要利用互聯(lián)網(wǎng)的信息化優(yōu)勢(shì)，在第一時(shí)間內(nèi)把故障情況的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)及時(shí)上報(bào)到值班人員手上，以提高線纜運(yùn)維中業(yè)務(wù)管理員的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管狀態(tài)。

三是形成狀態(tài)預(yù)警系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)直觀性特點(diǎn)的關(guān)鍵組成要件，在這種技術(shù)條件下，能夠?qū)⒈O(jiān)控歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)并整理出規(guī)范性的數(shù)據(jù)參量區(qū)間，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)處于閾值的情況，即可在智能化管理系統(tǒng)中在第一時(shí)間作出反應(yīng)，并將智能安全檢測(cè)信息及時(shí)匯總到監(jiān)測(cè)平臺(tái)的部署后臺(tái)中，使管理人員能夠在技術(shù)軟件中，利用WEB 客戶端進(jìn)行狀態(tài)預(yù)警信息查詢。

3 高壓電力電纜故障護(hù)層電流計(jì)算

3.1 基于交叉互聯(lián)接線模式的電流計(jì)算

在插頭設(shè)有接地箱和同軸電纜，由此能夠進(jìn)行交叉互換。同軸電纜主要是由軸心相似的絕緣導(dǎo)線所組成，因此一般被使用于連接。而使用該線纜是為了有效減少短波阻抗以達(dá)到減少電流下降的效果。經(jīng)過對(duì)同軸電纜的合理使用，還能夠使連接線路具有更好的抗干擾能力。根據(jù)線纜段保護(hù)層厚度，一般利用線纜導(dǎo)線層和互聯(lián)箱進(jìn)行相連，之后再利用金屬片層實(shí)現(xiàn)交叉換位。但根據(jù)這些連接方法，如果需要進(jìn)行一定的護(hù)層電流折算較為麻煩。

3.2 由接頭松動(dòng)造成的開路故障

接頭松動(dòng)是指一個(gè)普通的電纜系統(tǒng)故障，造成這種問題是在安裝操作中的不規(guī)范或受到了某種外力破壞。在這種故障情況下，因?yàn)樵谡l件下電源回路無法實(shí)現(xiàn)閉合，所以故障區(qū)域的保護(hù)層厚度輸出電壓將變成零。

3.3 互聯(lián)箱進(jìn)水

我國(guó)部分地方夏季降雨相對(duì)較多，因此所有設(shè)置在隧道中的電纜及附件有相當(dāng)概率會(huì)產(chǎn)生進(jìn)水問題，而一旦互聯(lián)箱發(fā)生破損則其附近的水域便會(huì)滲入至箱內(nèi)，導(dǎo)致護(hù)層保護(hù)器被水淹沒從而形成短路等故障。因?yàn)?，?nèi)部水域成分有一些差異，所以阻力也有所不同，但是對(duì)污水來說，其電阻率一般都較低而且互聯(lián)箱的內(nèi)部水域在滲漏后仍然繼續(xù)連通，即使內(nèi)部水域的實(shí)際使用覆蓋面也已遠(yuǎn)超深度，所以水電阻也是可以不考察的。因此，一旦保護(hù)箱內(nèi)被水淹沒，容易造成接地問題，相當(dāng)于把保護(hù)層厚度的二端都連接,從而大幅提高了感應(yīng)電流。

3.4 接頭預(yù)制件被擊穿

一旦電纜連接中的預(yù)制件被擊穿，不但會(huì)使與保護(hù)層垂直連通破壞系統(tǒng)，而且還會(huì)增加保護(hù)層的厚度電壓，并且還會(huì)急劇提高保護(hù)層的厚度電壓從而導(dǎo)致預(yù)制件迅速升溫。由于連接器并不是很好的冷卻散熱環(huán)，因此任何預(yù)制件過熱作用都會(huì)產(chǎn)生一些隱患。當(dāng)預(yù)制件被全部擊穿之后產(chǎn)生感應(yīng)電流，但當(dāng)中只有一個(gè)控制電路的輸出電壓不會(huì)變化。

4 高壓電力電纜形成故障的最重要因素分析

高壓電力電纜是輸電唯一有效手段，覆蓋面廣，干擾區(qū)域?qū)?。如果發(fā)生問題將會(huì)干擾一個(gè)地方的正常電能。高壓絕緣電纜護(hù)層在輸電系統(tǒng)中存在著很大的壓力，而且輸電系統(tǒng)一經(jīng)啟動(dòng)，在檢修階段的其余時(shí)間幾乎滿負(fù)荷，同時(shí)又非常容易遭受外界環(huán)境影響，從而形成事故造成供電中斷。根據(jù)實(shí)際的具體情況加以分析，造成線路產(chǎn)生問題的因素可以總結(jié)為三個(gè)，即工作條件、設(shè)計(jì)問題和質(zhì)量缺陷。形成供電問題的主要因素包括：

4.1 運(yùn)行環(huán)境的特殊性

高壓電纜保護(hù)層的厚因?yàn)楣╇娸斔托枰糠中藿ㄔ诒容^偏僻的郊區(qū)，所以工作環(huán)境也相當(dāng)惡劣。但是由于高壓電纜保護(hù)層厚正在長(zhǎng)期的工作中并且承載的電流量較大，加上周圍環(huán)境的干擾，還有自然原因及人為因素，如果沒有有效的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，長(zhǎng)時(shí)間狀態(tài)下非常容易產(chǎn)生故障。例如我國(guó)部分地區(qū)雨水量大并且長(zhǎng)時(shí)間使用，使得設(shè)備的使用年限大大降低，這樣一來就造成了雨水進(jìn)入線纜交叉互聯(lián)箱，易發(fā)生電纜護(hù)層短路或失效的情況，從而形成了電氣問題。

4.2 施工中出現(xiàn)了隱患

在進(jìn)行高壓電纜護(hù)層的敷設(shè)和安裝時(shí)，因?yàn)榘惭b技術(shù)人員的忽視，在后期運(yùn)行的過程中也易發(fā)生故障，例如線纜連接松動(dòng)問題，即因?yàn)樵诮ㄔ爝^程中施工人員的大意所造成的故障。而在交叉與互聯(lián)線纜部署的過程中，連接部分也極易在后期應(yīng)用中松動(dòng)，因無法建立有效的閉合電路，從而造成了斷路的故障。

4.3 光纜保護(hù)層厚度存在產(chǎn)品質(zhì)量問題

因?yàn)楣饫|保護(hù)層厚度量產(chǎn)的特殊性，所以無法做到全部的光纜保護(hù)層厚度都可以滿足質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。必須確?？傮w的品質(zhì)到達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之上，因?yàn)檫@樣在輸電運(yùn)營(yíng)的整個(gè)過程中極易形成電纜護(hù)層老化等問題。再加上環(huán)境所造成的不利因素，極易導(dǎo)致故障形成。除去上述以上的主要因素以外，壓力和電流的影響也會(huì)影響電纜護(hù)層的絕緣性，從而造成故障的發(fā)生?？梢钥闯?，在高壓電纜中電流產(chǎn)生故障的因素很多，但是大部分的因素都被歸于電纜保護(hù)層超負(fù)荷運(yùn)行。因?yàn)槌?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)造成電纜工作溫度迅速上升，使最外層的絕緣層擊穿后產(chǎn)生電流故障[1]。

5 高壓電纜護(hù)層電流在線控制及故障診斷

通常情況下，因?yàn)殡妷簜鬟f的特點(diǎn)，一個(gè)普通高壓電纜的總長(zhǎng)度一般在公里以上。因而要獲得穩(wěn)定的高壓，則保護(hù)層內(nèi)電壓的值也會(huì)增加。為減小其產(chǎn)生的負(fù)面影響，一般采取電纜交叉互聯(lián)的方法來減小電壓值，以便實(shí)現(xiàn)保護(hù)電路的目標(biāo)，但對(duì)于在線檢測(cè)系統(tǒng)和故障診斷技術(shù)的使用，還必須根據(jù)不同的故障狀況來分類。

5.1 對(duì)高壓電纜護(hù)層電流的在線檢測(cè)原理

在線檢測(cè)應(yīng)用到的軟件系統(tǒng)組成主要涵蓋以下幾部分：電子傳感器部分、溫度檢測(cè)系統(tǒng)和電腦中控系統(tǒng)等。當(dāng)利用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)電纜護(hù)層進(jìn)行監(jiān)控時(shí)，計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中控系統(tǒng)起到了最主要的功能，包括與其他系統(tǒng)監(jiān)控模塊實(shí)現(xiàn)功能上的銜接，以協(xié)調(diào)不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的分布。通過將各種傳感器捧布設(shè)在各個(gè)地方高壓電纜保護(hù)層厚度內(nèi)的各個(gè)區(qū)域上，將所采集的信息進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，運(yùn)行情況中包括了環(huán)境溫度、壓力參數(shù)、發(fā)電量參數(shù)等是否符含有關(guān)要求，從而可以做到了對(duì)電纜護(hù)屋運(yùn)營(yíng)情況的即時(shí)監(jiān)控，同時(shí)如果發(fā)生了電氣故障也便于第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題所在，從而明確電氣故障發(fā)生的原因并能夠有效提高電力搶修的能力，為現(xiàn)場(chǎng)問題的及時(shí)處理提供了保證，節(jié)省了人力同時(shí)又節(jié)省了時(shí)間成本，可謂一舉二得。

值得注意的是，在實(shí)際的電流在線檢測(cè)中，通過分析電流數(shù)據(jù)是簡(jiǎn)便也是高效的方式。通過將鉗子形狀的電壓感應(yīng)器放入電纜保護(hù)層中，雖然幾乎所有故障的因素都將影響電壓的數(shù)據(jù)，但由于環(huán)境溫度等變化都可能與外部溫度有關(guān)，影響變量也較多，因此將電流數(shù)據(jù)與正常值比較將可以有效節(jié)省后續(xù)的數(shù)據(jù)分析過程[2]。

5.2 高壓電纜電流在線監(jiān)測(cè)診斷方式

在高壓電纜的在線檢測(cè)中，可利用檢測(cè)電流和其他數(shù)據(jù)對(duì)在線工作狀況做出評(píng)價(jià)，檢測(cè)的方式多種多樣，以下為常見的在錢診斷檢測(cè)方式：

脈沖監(jiān)測(cè)法也是其最重要的工作方式一種，它主要是利用脈沖檢測(cè)器所放出的由脈沖波反射回來的電磁波來完成檢測(cè)判斷管理工作，當(dāng)脈動(dòng)波碰到波阻時(shí)就會(huì)把部分波反射回去，再利用信號(hào)波形感應(yīng)器的信號(hào)采集，把波的反射路徑在陰極射線示波器上加以放大顯示，得出相應(yīng)的波形速率和反映持續(xù)時(shí)間，從而可以推算并得出線纜故障情況的出現(xiàn)點(diǎn)，也可以進(jìn)行故障情況的精確定位。但在采用此方法的工作過程中，必須考慮光纜插頭及其線纜以外的金屬材料管材也會(huì)生成波形反映，所以若要達(dá)到正確發(fā)現(xiàn)故障情況，了解有關(guān)的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)是必不可少的。也只有在充分認(rèn)識(shí)的前提下，對(duì)故障的正確定位才變?yōu)榭赡躘3]。

上文提及溫度也可以視為在線檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，在高壓電纜電流中溫檢測(cè)也是除去操作外的常規(guī)方式之一，而高溫檢測(cè)的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以精確掌握線纜的材料絕緣狀況，從而在當(dāng)環(huán)境溫度超過故障多發(fā)點(diǎn)時(shí)可以準(zhǔn)確算出電路的電流負(fù)荷，并根據(jù)光時(shí)域反射的基本原理提出了廣泛的故障多排技術(shù)。

電橋檢測(cè)方法在高壓電力電纜的檢測(cè)中可以起到較大作用，這項(xiàng)技術(shù)通過檢測(cè)電阻值，將故障電阻值下的數(shù)值加以統(tǒng)計(jì)，從而判斷短路故障接地的發(fā)生位置，這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用于相間短路故障和接地故障的倩況，在實(shí)際條件下最好還可以選用適當(dāng)?shù)幕貥蚍绞剑ㄟ^確定線纜長(zhǎng)度和電流的比例，并根據(jù)相應(yīng)的科學(xué)原理，把接地和短路故障中的電阻值引入到電橋傳輸電路中進(jìn)行比值的統(tǒng)計(jì)[4]。

局部放電信號(hào)檢測(cè)法是運(yùn)用信號(hào)釋放實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的方式，其運(yùn)用于對(duì)電纜絕緣體微孔的信號(hào)釋放，通過檢測(cè)外界絕緣介質(zhì)傳輸?shù)募夹g(shù)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。這一檢測(cè)方式為在線檢測(cè)提供了方便，當(dāng)獲取的信息超過30萬Hz 時(shí)，可以使用互感器的耦合來實(shí)現(xiàn)信息的采集，其好處就是信息的采集相比于光纜內(nèi)部信息的采集更加方便。此外在監(jiān)測(cè)接地類型的線纜故障中，由于單電芯的電纜護(hù)層很易于形成磁力鉸鏈的狀況，進(jìn)而危害感應(yīng)電流。想要消除這樣的狀況，就必須把所有接地措施都投入到監(jiān)測(cè)的工作過程中來，做好護(hù)層的保障工作，使故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以得到更準(zhǔn)確的信號(hào)資料，為今后的電力維護(hù)提供必要技術(shù)工作[5]。

5.3 避免故障發(fā)生的建議

在一般情況下，有關(guān)部門只提供安全維護(hù)措施，就可以在一定范圍中將電流故障的發(fā)生率限制在合理的范圍以內(nèi)，因此電力有關(guān)部門要培訓(xùn)專門的高壓線電流檢測(cè)診斷人員，而檢測(cè)診斷人員在對(duì)出現(xiàn)的電流故障原因作出了深入探討之后，也要注意運(yùn)用正確的處理辦法正確的查找到電流故障形成的主要因素，從而及時(shí)制訂有關(guān)電流參數(shù)規(guī)范，并提出故障預(yù)防，以做好保障工作。只有在進(jìn)行故障檢測(cè)和分析條件下，才可以確保高壓電源的穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

總體來說，由于高壓電力電纜中出現(xiàn)的問題主要是由各種原因造成的，所以檢測(cè)和判斷工作并不能一概而論，必須針對(duì)實(shí)際情況選用正確的辦法來加以處理，在解決故障的過程中，有關(guān)人員也要注意充分利用合理的、高科技的技術(shù)手段解決，以保證電力供應(yīng)在第一時(shí)間內(nèi)獲得合理恢復(fù)。