電纜線路故障在線監測系統的研究

陳蘊迪 鮑小慧

摘要：隨著配電網的發展，電力電纜因為其特有的美化環境、不占用線路走廊、故障率低、供電可靠等優點而得到了廣泛的應用，但它發生故障時，查線困難，故障恢復時間長，影響面將遠大于架空線路。因此，為了保證電力電纜安全可靠供電，對電纜進行在線故障診斷與檢測意義重大。

關鍵詞：電纜線路故障；在線監測；電力電纜

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）29-0104-02

電力電纜是電力系統主干線中用以傳輸和分配大功率電能的電纜產品，常用于城市地下電纜、發電站引出線路、過江過海水下輸電線等，按電壓等級可分為中低壓電力電纜、高壓電纜、超高壓電纜，配電網中用的是中低壓電纜。隨著配電網的發展，電力電纜的應用越來越廣泛，其故障影響面也越來越大。雖然電纜線路日常維護成本少，但是相比架空線，電纜線路故障定位和修復相對難、修復時間長、維修費用高得多。據介紹，在美國城市地區地下電纜的維護費約為架空線的4倍。因此，研究出電纜預測維修和故障定位對提高電纜供電可靠性意義重大。

1 研究背景及意義

截止2012年底，平陽公司10kV線路229條，1957.578公里。其中架空線路203條，1557.850公里；電纜線路26條，399.728公里。近年來電纜線路每年以13%的速度增長。

目前平陽電纜線路主要應用在城鎮，基本上免維護，維護費用少，但是一旦發生故障，其維護成本也大大超出架空線路。2011年7月，昆陽10kV人北513線安置小區支線電纜故障，損失負荷2000kW；2013年3月，昆陽10kV鎮二662線電纜故障，損失負荷8000kW。隨著電纜線路的增加，電纜故障影響面將不斷擴大。

本項目通過建立一套電纜線路故障在線監測系統，實時在線監測線路運行負荷、溫度及故障電流；快速定位線路故障位置，避免事故擴大，縮短停電時間；減輕工作人員的勞動強度，節省人力物力；提高供電可靠性、電纜線路自動化管理水平，為今后電纜大面積使用后，電纜安全可靠運行提供保障。

2 實施方案

2.1 研究要點

本項目針對安裝、供電方式、通信方式、數據處理等多方面研究，確定最佳實施方案。故障檢測終端采用開口穿心式安裝及拆卸。電纜線路短路、接地故障檢測終端供電方式采用感應取電；大功耗通信主機采用雙路感應取電裝置或AC220V供電；兩個感應取電裝置裝在不同線路上保證通信主機在某一線路發生故障后有備用電源。利用突變電流量和零序電流量法提高電纜線路故障檢測準確度。利用單片機內核把計算速度提高到每秒500萬次，同時進行10位數字采樣；所有測量均采用數字方式，減少干擾，提高精度。通信主機與系統主站間用無線GPRS加無線射頻網絡通信；使用大功率射頻傳輸技術和無線傳輸終端中繼方式，解決無GPRS網絡的通信問題。系統主站負責接收故障檢測終端上傳負荷及報警信息并進行數據處理、報警轉

發等。

為保證終端長期穩定運行，裝置每天進行一次自檢，檢查自身的通訊及供電等情況，將相關信息發送到系統主站。主站若持續24小時未接收到相應終端的自檢信息則發出提示信息，提醒工作人員加以處理。

2.2 檢測方法的確定

現在檢測方法主要有四種：

2.2.1 “首半波”檢測法。“首半波”原理假設接地故障發生在相電壓接近最大值瞬間，利用線路故障后暫態零序電流每一個周期首半波與非故障線路相反的特點實現保護，缺點是不能反映相電壓較低時的接地故障，受接地過渡電阻影響較大且存在工作死區。

2.2.2 “諧波方向”原理檢測。利用5次或7次諧波電流的大小或方向形成選擇性接地保護，缺點是其零序電壓動作值往往很高、靈敏度較低，在接地點存在一定過渡電阻情況下容易出現拒動現象。

2.2.3 “信號注入法”。利用單相接地時原邊被短接暫時處于不工作狀態的接地相PT，人為地向系統注入一個特殊信號電流，利用只反映注入信號而不反映工頻及其諧波成分的信號電流探測器，跟蹤注入電流，對單相接地故障進行定位。

2.2.4 零序電流檢測法。當零序電流值超過設定值時判為接地故障。電纜線路故障時零序電流量比架空線路的要大很多，容易檢測與運算分析。

通過比較，本項目對于短路故障采用突變電流量來判定；對于接地故障采用準確度高的零序電流法檢測，提高故障檢測準確度，減少誤報情況的發生。

2.3 電纜線路在線故障檢測系統確定

該系統主要由7部分組成：電纜線路短路故障檢測終端、電纜線路接地故障檢測終端、面板指示器、電纜型通信主機、通信交換機、服務器、系統軟件，結構圖如圖1

所示：

掛在線路上的電纜線路檢測終端采集線路上的負荷溫度信息、短路、接地故障信息等，通過無線射頻把它們傳輸到電纜型通信主機，電纜型通信主機通過GPRS網絡將信息傳輸到通信交換機進入服務器，服務器相關軟件在運算處理后進行信息的顯示、報警、報警短信轉發等。當出現故障時，配電檢修人員根據通信交換機轉發的報警短信迅速到達故障現場予以處理，避免事故擴大，減少用電損失，減輕工作人員勞動強度，提高電纜線路現代化管理

水平。

3 應用情況及成效

3.1 應用情況

本項目硬軟件組成：10組故障檢測終端、10臺通信主機、1套電纜線路故障監測系統。平陽公司對10條10kV電纜線路進行在線監測，主要實現以下功能：

3.1.1 進行短路和接地故障的準確判斷和快速定位；實時監測和定時上傳負荷電流、導線溫度、故障電流和異常溫度。

3.1.2 通過聲光、短信、面板指示報警通報短路故障、接地故障、電纜溫度越限等，同時指出故障時間、位置及類型。

3.1.3 支持各終端接收主站系統時鐘對時；故障檢測終端每天定時進行自檢，自檢信息包括自檢信息特征碼、通信主機的組號、未收到自檢信息的終端編號等，確保終端正常運作。

3.1.4 支持數據統計、信息查詢、擴展功能等，提供歷史數據分類統計、分時統計和多種條件組合查詢；可以與其他子系統（如饋線自動化系統）綜合運用，使線路故障判斷更加準確、故障查找和排除更加迅速。

3.2 實施成效

3.2.1 利用突變電流、零序電流檢測等方法，提高電纜線路故障檢測準確度。

3.2.2 系統具有“二遙”功能，能夠感應取電，具有無線通信、光纖通信、電纜通信功能，就地顯示報警功能，能抗電磁干擾及勵磁涌流影響，提高平陽公司電纜自動化運行水平。

3.2.3 系統在線監測電力電纜運行情況，將監測到的報警信息送至相關責任人手機上，減輕工作人員的勞動強度，減少電纜故障停電時間，提高工作效率。

3.2.4 本系統能直觀顯示數據，具有報警、報警短信轉發、數據分析、報表生成等功能。

3.2.5 本系統支持與其他運行管理系統互聯，可與調度自動化系統、配電自動化系統、GIS系統等軟件集成，允許更多的部門使用故障監測數據；同時電纜故障在線監測系統的研究，為電纜廣泛應用后的自動化管理提供經驗。

4 結語與展望

隨著電纜線路的廣泛應用，其運行性能對配電網供電安全影響越來越大，對電纜線路現代化管理提出更高的要求，因此，開展各類研究提高電纜運行水平意義重大。比如：研究電纜運行中出現的各類電氣障礙、安全隱患、防范措施，研究電纜表層測量技術、研究電力電纜仿真模型、研究電纜局部放電量的測量方法、研究系統在線監測技術等。

參考文獻

[1] 傅儷.美國配電網架空線入地改造成本效益分析及對

我國的啟示[J].電力與電工，2009，（3）.

[2] 杭州圣道電氣有限公司.電纜線路故障在線監測系統

產品說明書[S].