基于通訊信號(hào)共纜傳輸技術(shù)的高壓電纜線路接地系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)

國(guó)網(wǎng)天津市電力公司培訓(xùn)中心 孫天碩 丁楠 馬琳琦 孫正明 王建虎

1 引言

在通信信號(hào)技術(shù)中，電纜線路接地系統(tǒng)是一種非常重要的設(shè)備，具有安全性、可靠性和靈活性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種工程場(chǎng)合。但是，對(duì)于高壓電氣線路，設(shè)施傳輸距離長(zhǎng)，對(duì)環(huán)境要求較高。傳統(tǒng)應(yīng)用中使用的是靜態(tài)接線方式來(lái)進(jìn)行電纜敷設(shè)工作，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一些弊端，比如說(shuō)漏電、斷路等問(wèn)題。因此需要采用一種新的接地方式來(lái)解決這一問(wèn)題。本文主要研究在無(wú)線通信信號(hào)技術(shù)中電纜線路發(fā)生短路故障時(shí)如何通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在實(shí)際生活中,由于電力線路的運(yùn)行環(huán)境和工作方式都較為惡劣,需要對(duì)系統(tǒng)采取一定措施進(jìn)行維護(hù)。

2 課題背景及現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力行業(yè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)越來(lái)越重要的地位。電纜線路是由各種不同類型、規(guī)格或不同材質(zhì)等多種材料組成的線纜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系。在我國(guó)的電力系統(tǒng)中，電纜線路是非常重要且關(guān)鍵的部分之一，但是其中所存在的問(wèn)題較為嚴(yán)重，并且會(huì)對(duì)人身安全造成危害。所以，為了保證供電質(zhì)量、提高安全性、減少成本，必須采取多種措施解決一系列技術(shù)難題，需要選擇更加可靠和經(jīng)濟(jì)的連接方法；在電纜線路中加入各種保護(hù)設(shè)備來(lái)保障整個(gè)系統(tǒng)能夠正常工作[1]。

3 電纜線路接地系統(tǒng)

3.1 電纜線路接地系統(tǒng)分類

電纜線路接地系統(tǒng)的主要作用是通過(guò)對(duì)各種不同類型信號(hào)進(jìn)行采集和傳輸，并將其轉(zhuǎn)換為電壓，然后由模擬量或數(shù)字量輸出到計(jì)算機(jī)接口[2]。電力線纜接地技術(shù)可以分為直接接觸式的方式，非間接觸點(diǎn)間歇電弧放電法。直接接觸性電弧回路接地系統(tǒng)中主要有屏蔽型、消阻型、串聯(lián)補(bǔ)償類型。其中,串聯(lián)補(bǔ)償類型又可以分為短路電流接地系統(tǒng)、并聯(lián)消阻型、跨步電壓接地。非直接觸點(diǎn)間歇電弧回路的中性線與導(dǎo)線上的交流零次互耦電路[3]。非接觸點(diǎn)間歇電弧回路的中性線和零次互耦電路。一種電纜接地系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 一種電纜接地系統(tǒng)

3.2 電纜線路對(duì)接地系統(tǒng)的影響

在對(duì)電纜線路進(jìn)行接地系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)時(shí)，由于受到各種因素影響，導(dǎo)致電纜回路與大地之間存在大量干擾和不穩(wěn)定性，需要加強(qiáng)對(duì)接地點(diǎn)以及連接方式等方面的控制。如果發(fā)生問(wèn)題就要及時(shí)采取措施來(lái)解決或者是將隱患降低到最小化，但是在進(jìn)行接地系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)時(shí)，由于受到各種因素影響導(dǎo)致電纜運(yùn)行狀態(tài)無(wú)法達(dá)到預(yù)期要求并且對(duì)信號(hào)傳輸造成嚴(yán)重干擾，所以在對(duì)電纜進(jìn)行接地監(jiān)測(cè)時(shí)，要保證通信線路的安全性，需要將故障排除。

3.3 電纜線路接地系統(tǒng)的防護(hù)措施

由于電纜線路在運(yùn)行過(guò)程中容易受到外界環(huán)境因素的影響，而導(dǎo)致其自身發(fā)生老化、腐蝕等現(xiàn)象。因此為了保證設(shè)備安全可靠地接拆,必須對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢查維護(hù)。首先要對(duì)電纜接頭以及線槽溝底的絕緣情況和接觸電阻值進(jìn)行檢測(cè);其次是通過(guò)監(jiān)測(cè)與分析來(lái)判斷是否有破損出現(xiàn)并及時(shí)修復(fù)受損處；最后是在電纜線路運(yùn)行時(shí)如果發(fā)現(xiàn)異常狀況則需要采取相應(yīng)措施加以解決。將故障部位及原因詳細(xì)記錄下來(lái),并進(jìn)行分析處理。對(duì)于電纜線接地系統(tǒng)中的斷路器、接觸電阻等問(wèn)題,可以通過(guò)檢測(cè)其運(yùn)行狀態(tài),判斷是否存在故障；對(duì)設(shè)備所產(chǎn)生的電磁干擾情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；對(duì)出現(xiàn)的故障點(diǎn)制定相應(yīng)措施[4]。

4 高壓電纜線路接地系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)硬件設(shè)計(jì)

4.1 本次設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸方式的選擇

在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，可以選擇通過(guò)光纖或者電纜對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行處理。因?yàn)楣饫w或者電纜具有較高的抗干擾性以及較強(qiáng)靈活性等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用于各種領(lǐng)域中。光纖或者電纜也是目前最為常見且最常用、方便使用范圍最廣和技術(shù)成熟度較高的通訊方式。所以，采用光纖傳光原理作為主要研究對(duì)象，傳輸過(guò)程中數(shù)據(jù)信息的采集與接收工作狀態(tài)之間需要達(dá)到一定程度上同步進(jìn)行,并且需要實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控[5]。在進(jìn)行通信信號(hào)處理時(shí)，可以選擇采用光纖傳光原理，因?yàn)榫哂泻芎玫目垢蓴_性、靈活性和穩(wěn)定性等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域中。光纖傳光原理可以分為是物理傳輸、化學(xué)傳送。

在實(shí)際應(yīng)用中采用的技術(shù)有很多種。一是物理法。物理法主要包括兩種方式：模擬電路和數(shù)字式電磁場(chǎng)方法。前者以單幅信號(hào)為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)、放大或發(fā)射等相關(guān)操作來(lái)完成通信數(shù)據(jù)信息處理工作并得到結(jié)果后再輸出到接收設(shè)備上而被稱為模擬法，后者則是利用光纖通道實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)也可稱之為雙波同步的方法。二是化學(xué)法?；瘜W(xué)法主要包括兩種方式：模擬電路和數(shù)字信號(hào)處理的方法。模擬式電磁場(chǎng)是指用一個(gè)特定波長(zhǎng)或一定頻率來(lái)測(cè)量介質(zhì)中離子濃度或電荷量的變化而形成一種特殊波形進(jìn)行傳輸，其特點(diǎn)為頻率高、信噪比大以及抗干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)；后者則適用于對(duì)不同類型信息信號(hào)采用相同通道實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)傳送工作時(shí)可以使用兩種方式。在未來(lái)發(fā)展中，光纖通訊技術(shù)也逐漸向著高帶寬、多功能等方向進(jìn)行。所以，為了能夠讓數(shù)據(jù)傳輸更加穩(wěn)定可靠，需要對(duì)其實(shí)現(xiàn)高效性、安全性以及兼容性方面進(jìn)行更深層次研究；還應(yīng)該從多個(gè)方面來(lái)提高系統(tǒng)性能，降低成本，才能更好地滿足人們對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)信息安全需求；要在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮通信信號(hào)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以滿足多種通信技術(shù)的要求。最后，應(yīng)該對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行全面分析，在保證安全、可靠性同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性，從而選擇合適的傳輸方式。

4.2 高壓電纜線路接地系統(tǒng)電源選擇

在進(jìn)行接地系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到不同的環(huán)境因素，例如對(duì)高壓電纜線纜運(yùn)行情況、線路參數(shù)變化等都會(huì)影響到接地性能。為了保證供電可靠性和穩(wěn)定性就要選擇合適的電源，在進(jìn)行接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮多種方案以滿足不同環(huán)境因素對(duì)高壓電纜線纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的需求。由于低壓電纜線路的接地電阻較小，且其絕緣水平都比較高，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要對(duì)高壓供電系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。但是高壓電源與線路之間存在一定距離時(shí)也會(huì)造成影響。當(dāng)電壓等級(jí)為+6V或-9V以下時(shí)，可以采用不同類型的電涌流源來(lái)有效檢測(cè)電力設(shè)備運(yùn)行情況并加以控制；若是低壓電源接地電阻較大且絕緣水平比較低則可以將其直接引入到接地點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜線纜進(jìn)行保護(hù)；而在接地電阻相對(duì)較大的情況下，則需要通過(guò)對(duì)電纜線纜進(jìn)行接地保護(hù)。若是在接地電阻較小的情況下，可以將低壓電源直接引入到電纜線纜中。

接地保護(hù)措施的目的是提高對(duì)電纜線纜進(jìn)行安全防護(hù)，而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，當(dāng)高壓電源與線路之間存在一定距離時(shí)也需要采取相應(yīng)方法來(lái)確保其能夠得到良好的維護(hù)。

接地選線裝置如圖2所示。

圖2 接地選線裝置

4.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

在接地故障發(fā)生時(shí)，需要對(duì)故障進(jìn)行分析，根據(jù)信號(hào)的不同來(lái)判斷是否存在隱患。首先要檢測(cè)線路運(yùn)行中的所有設(shè)備和裝置。如果有異常情況出現(xiàn)則可以通過(guò)觀察、測(cè)量與測(cè)試等方法確定問(wèn)題所在并找出原因解決；其次是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及外部環(huán)境因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集不精準(zhǔn)或不準(zhǔn)確（包括電源回路）、通信中斷或者故障引起的信息傳輸延時(shí)等等，然后根據(jù)不同類型電纜進(jìn)行分類處理，最后再將其分成幾組進(jìn)行檢測(cè)分析。在對(duì)故障進(jìn)行分析時(shí),要根據(jù)不同的電纜接線方式來(lái)確定具體哪一組,并將其分為幾組。在故障分析時(shí)，要求將不同的接地方式進(jìn)行綜合，然后對(duì)所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都統(tǒng)計(jì)處理。對(duì)于通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于電纜線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)以及傳輸環(huán)境惡劣等原因造成運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)異常問(wèn)題是很常見的一種情況。因此需要通過(guò)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控來(lái)檢測(cè)該故障點(diǎn)是否存在隱患；另外還可以利用遠(yuǎn)程操作技術(shù)（GPRS）來(lái)完成對(duì)通訊通道中數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和分析工作的目的，從而為以后開展事故處理提供依據(jù)。

在通信系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，由于信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)，信號(hào)處理速度慢，因此需要對(duì)其進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。首先要保證數(shù)據(jù)信息采集與分析工作順利完成；其次是數(shù)據(jù)處理結(jié)果準(zhǔn)確、可靠性。通過(guò)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控可以提高通信設(shè)備安全性能和可靠性以及降低誤報(bào)率損失；最后是能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題，并采取相應(yīng)措施解決故障難題的發(fā)生[5]。在通信系統(tǒng)中加入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸距離短，因此需要加強(qiáng)對(duì)安全性的關(guān)注。

4.4 接地系統(tǒng)可靠性分析

在進(jìn)行接地故障檢測(cè)時(shí)，需要對(duì)運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸路徑以及電源等因素，以保證系統(tǒng)的可靠性。接地形式是利用電纜線與其他設(shè)備之間所存在一定距離來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集和傳遞；而不是使用架空線路將其敷設(shè)在地下或者有可能會(huì)發(fā)生泄漏情況下從而達(dá)到保護(hù)目的。例如在進(jìn)行防雷作業(yè)時(shí)需要在地面埋設(shè)避風(fēng)口、防止工作人員誤入到地線上,以避免產(chǎn)生不必要損失以及人身傷亡事故。電源方式是采用此種接地系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集、傳輸以及處理。在進(jìn)行數(shù)據(jù)收集時(shí)需要使用電力線纜來(lái)完成供電工作。通過(guò)電纜線路與外界相連，會(huì)產(chǎn)生大量熱電或者是電磁干擾等問(wèn)題出現(xiàn)在通信網(wǎng)絡(luò)中去解決其存在的安全隱患，從而保證通信設(shè)備能夠正常運(yùn)行和維護(hù)。如果需要更換電源則必須將接地系統(tǒng)重新恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)下才能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)傳輸。通信方式是通過(guò)對(duì)電纜接地系統(tǒng)的監(jiān)測(cè),可以發(fā)現(xiàn)存在安全隱患，從而及時(shí)進(jìn)行故障排除。接地系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)是通過(guò)對(duì)通信線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，從而及時(shí)將故障排除。接地系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是通過(guò)對(duì)通信線路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，從而避免了故障。

5 結(jié)語(yǔ)

在本課題研究中,主要采用分層管理模式、自適應(yīng)控制策略以及智能化接地監(jiān)測(cè)技術(shù)等來(lái)進(jìn)行電纜線路運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)變化情況的有效檢測(cè)和分析；并在此基礎(chǔ)上提出提高通訊信號(hào)光纜傳輸系統(tǒng)可靠性的措施建議,以促進(jìn)我國(guó)高壓光纖供電網(wǎng)發(fā)展水平進(jìn)一步提升；最后對(duì)模擬通信網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間通信質(zhì)量評(píng)價(jià)方法做了深入研究。

本文對(duì)電纜線路傳輸信號(hào)特征分析方法研究還不夠深入。本文主要是對(duì)無(wú)線通信系統(tǒng)當(dāng)中所涉及到的一些技術(shù)進(jìn)行了初步探討，以期為高壓電纜線路接地系統(tǒng)建設(shè)提供參考。