基于海南省惡劣環境下的電力電纜及在線監測設備穩定性分析

貝嘉鵬,楊智覃,符芳文,蔡永輝

（海口供電局輸電管理所，廣東海口，570100）

基于海南省惡劣環境下的電力電纜及在線監測設備穩定性分析

貝嘉鵬,楊智覃,符芳文,蔡永輝

（海口供電局輸電管理所，廣東海口，570100）

電力電纜是電網系統基礎設施最重要的組成部分之一，且地下電纜的覆蓋率和規模正在迅速增加。海南省氣候炎熱潮濕、海水鹽堿性強，使得其城市地下敷設的電力電纜及其附屬實時監測設備的運行環境十分惡劣。電力電纜及實時監測設備的正常運行對于電力系統而言具有十分重要的意義。因此，為了實現這一指標，需采用相應的處理技術并且滿足相應的高等級要求來達到。

電力電纜；實時監測設備；惡劣工作環境；防護維護

1 海南電纜及監測設備工作環境

地下電纜系統如電纜隧道系統等的建設目的是為了地下電纜的敷設和電力電能的安全傳輸。與傳統的架空線電纜傳輸系統不同，海南地下電力電纜和相應監測設備的運行狀況是由其本身的屬性特點及地底環境的各個因素兩方面決定的。典型的環境因素有：溫度、濕度、氧氣濃度、H2S（硫化氫）濃度、CH4（甲烷）濃度、水位、煙霧、電纜及設備被偷盜情況、井蓋情況、其它纜線（如光纜等）私拉情況等。

溫度：電纜一般由導體、絕緣體和熱護套組成。在運行中，電纜溫度會隨著耐壓量、載流量、氣溫的上升而上升。電纜溫度不能超過閥值，否則會引起供電中斷，甚至發生火災。監測設備情況類似。

濕度：電纜及設備埋于地下，通風散熱情況不佳，加上地下水的滲透，使得電纜和設備周圍濕度較高，這會影響其絕緣度并加快設備生銹。

有害氣體及煙霧：H2S、CH4、CO及煙霧濃度過高，會危機檢修人員安全及造成火災隱患。

積水：海水、雨水等的下滲容易造成電纜隧道內部水位過高，浸泡電纜和設備。這會造成絕緣丟失及短路故障損壞設備，甚至危及人員生命安全。

其他環境情況：井蓋被破壞，纜線被無關人員任意敷設私拉等其他情況，造成對電纜和設備的管理困難，危害人民安全。

以上惡劣的工作環境尤其是濕度、積水情況等在海南省的地下電纜系統中十分突出。如何探索有效的方式來預防和制止這些情況對電力系統運行造成嚴重的后果是很有必要的。

2 電纜及監測設備的運行維護

2.1 電力電纜維護

海南省電力電纜多以地下電纜敷設為主。根據第二節的工作環境可知，海南地下電纜的工作環境十分惡劣。在這種環境下對電纜進行更好的維護是十分重要的。

為了防止其他人員進入電纜溝道私自拉線甚至偷盜電纜，可對電力電纜出入口溝井蓋處及每段纜溝隧道內建立安裝電子監測預警及視頻在線監控子系統，實現對各個地區內井蓋和電力電纜及相關設備周圍情況進行實時監測并發出相應預警。為了防止電力電纜接頭過熱而發生故障，需采用可靠性高的溫度傳感器，并將實時采集得到的溫度數據及時快速可靠地傳送至監測中心并發出相應預警信號通知工作人員。對于水位監測而言，電纜溝道內安裝水位監測計，實時地對水位信息進行監控，可防止溝道內水位由于雨水滲透，海水侵入等原因引起水位上漲而浸泡、侵蝕電纜造成故障。此外，防止有害氣體超標，維持電纜隧道內的安全工作環境，安裝隧道空氣質量在線監測子系統是必要的。以上的幾種電力電纜在線監測系統的現場圖集中于圖1所示。

2.2 實時監測設備方面

由上述分析可知，對于電力電纜安全運行及電纜隧道環境的維護工作而言，穩定的實時監測系統是大的前提保障。如果實時監測系統不夠完善，那么對于地下電力電纜系統的管理和維護將是空談。因此，對監測設備在如此惡劣的環境下進行保養維護是具有重要的現實意義的。

相對于其它設備，海南省地下電纜隧道監控設備由于長期被惡劣的環境所影響而具有防護保養困難、設備供電不可靠、數據采集和通信功能不準確等特點。針對這幾項缺陷，需要合理地對地下電纜在線監測設備進行改善。

圖1 電力電纜監測功能

2.2.1 實時監測設備防水防護

電力電纜隧道深入地下幾米、十幾米甚至更深，階段性進水甚至長時間的滲水積水的情況并不少見。因此，在如此惡劣的環境下，對于電纜接頭和實時監測設備的防水性能是必須達到的要求。在對工控產品的防水防腐中，最高的要求是達到IP68的防護等級。相對于水泵控制器而言，它在電纜隧道中應用3個月以后，由于其表面由于因空氣濕度大、腐蝕性強，最終引起結晶現象。拆開控制器后，里面的電路板已出現被腐蝕、損壞，無法使用。為克服此問題，我們采用與專業化工研究所合作調配的硅膠對電纜接口及監測設備進行灌封，可實現IP68防護等級。采取專業硅膠的優勢有：

（1）硅膠不僅可以防止液態水，還可以防止氣態的水蒸氣（水蒸氣和隧道內其他氣態份子化學反應之后，其腐蝕性比液態水強）；

（2）相對空氣而言，硅膠的散熱指標更好。同時，對產品采用低功耗設計，所有的產品的功耗都在2~5W之間，因此,用硅膠將其密封效果更佳；

（3）硅膠穩定性好，它是“果凍式”結構，長期在隧道環境中工作不會發生龜裂、滲漏等現象。

2.2.2 電線、光纖接口處理

設備及外圍模塊間往往常用電線相連接，通信設備中光纖是很重要的原材料。電線和光纖的接口處理應采用合理的連接工藝，這樣可以有效地提高工作效率和減少事故的發生。

對于電線接頭而言，設備間線纜連接時應按照以下流程嚴格操作。

（1）線纜連接時應在接線盒內預留1～2圈長度，再進行設備線纜端接。

（2）剝線皮時不能損傷線芯，線頭長度1.0~1.5cm。

（3）多股銅芯線接頭處應先擰緊線芯，在焊錫連接，露銅段焊接焊錫時應均勻飽滿無毛刺。

（4）焊接好采用合適的熱縮套管包裹嚴密，熱縮套管長度應長于接頭露銅段約1.5cm，多余的1cm包裹于線纜的外皮段，0.5cm長于露銅段（高溫下壓扁密封）。熱縮套管的熱縮必須到位，無龜裂。

（5）熱縮套管熱縮完畢后，將接頭涂抹防水膠，防水膠涂刷必須均勻飽滿無縫隙，涂抹長度應超過熱縮套管0.5~1.0cm左右。

（6）防水膠干燥后，將線纜接頭按順序綁扎布放到接線盒內，并將設備裝置合適地安裝在設備箱、電纜溝墻壁或電纜隧道墻壁等位置。電線接頭處理過程如圖2所示。

對于光纖而言，光纖終端的連接應符合以下規定：

（1）光纖終端處的連接在須在光纖終端設備盒內完成。

圖2 電線接頭處理流程

（2）光纖終端引出的光纖尾纖與熔接的光纖尾纖采用耦合器連接，耦合器連接時必須對準卡口插接牢固無松動。

（3）光纖連接完畢后，光纖頭和耦合器部分采用PVC絕緣膠帶按照電工施工規范包裹嚴密，至少包裹2圈。

（4）光纖接頭包裹嚴密后，涂刷防水膠，防水膠涂刷必須均勻飽滿無縫隙，防水膠涂抹應超過光纖接頭的藍色護套的0.5~1.0cm左右。

（5）防水膠干燥后，先將光纖終端和進入光纖終端的尾纖進行固定，進入光纖終端的尾纖必須放置在光纖終端的預留口內，最終蓋上光纖終端外殼。光纖接頭處理如圖3所示。

圖3 光纖接頭處理流程

2.2.3 實時監測設備可靠供電設計

對于海南省的電纜網而言，實時監控系統的供電設計較為復雜。由于許多監控設備的安裝位置距離市電接口較遠，因此無法采用220V市電供電。而監控設備的功耗往往都大于20W，因此，僅采用干電池供電的方式也不可取。為了提高對監控設備的可靠供電，需采用電流互感取能供電方式。電流互感取能供電方式如圖4所示。它相對于傳統供電方式而言，多了前級的電流互感取能，過流保護、整流穩壓及充放電管理環節，經過這幾個環節的調節之后對監測設備可靠供電，從原理上而言可在電纜的任意處安裝監測設備。

3 結束語

海南省地下電纜及監測設備的工作環境惡劣。為了使電纜及設備長期穩定，需采用相應的處理技術并且滿足相應的高等級要求（如IP68等級等）。在電纜井或電纜溝道內安裝設置防水、防盜、溫度監測、空氣質量監測等可以對電纜工作環境進行全方位監測來保證其可靠工作；對監測設備等而言，采用合適的供電技術、防水技術并保證監測設備的通信、采集可靠準確性可使監測設備能夠適在惡劣環境下穩定運行。這都對電力系統的可靠性具有重大意義。

[1] 張村.電力電纜在線監測系統的研究與設計[D].電子科技大學,2012:6.

[2] 賴磊洲.電纜隧道環境在線監測系統的研究與設計[D].華南理工大學,2012:7.

[3] 肖瀚.隧道應急通信系統設計實現及在電力隧道中的應用[J].電氣制造,2013,5:70-75.

[4] 熊蘭,何友忠,宋道軍,等.輸變電線路在線監測設備供電電源的設計[J].高電壓技術,2010,36(9):2252-2257.

Stability Research of Power Cable and On-line Monitor Devices Based on Extreme Environment of Hainan Province

Bei Jiapeng,Yang Zhitan,Fu Fangwen,Cai Yonghui
（Haikou power transmission management,Guangdong Haikou,570100）

Power cable is one of the most important parts of power grid base equipments.The scale of underground electrical power cable is improving greatly.The stability work of underground electrical power cables and its corresponding monitor devices is of great value to power system.However,power cables and monitor equipments in Hainan province are suffering hot weather, wet and saline-alkali environment. Appropriate methods should be applied to achieve the objective of high grade protect demand of power cables and monitor devices.

Power cable；on-line monitor device；extreme environment；equipment maintenance

圖4 互感取能供電框圖