高壓電纜金屬護層智能互聯系統方案

盧站芳　周鐘　雍明超　牧繼清　毛麗娜

摘要：本文根據高壓電纜交叉互聯系統中護層電流異常時不能準確反映絕緣狀況的現狀，提出了電纜智能互聯系統和新的護層電流監測的設計思路，并設計了由切換模塊和時序控制模塊組成的智能互聯箱，在此基礎上構建智能互聯系統實現對每段每相護層電流的監測，為電纜監測和檢修帶來便利。

關鍵詞：高壓電纜；交叉互聯；接地；護層電流監測

中圖分類號：TM755 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）02-0075-02

1 前言

在空間資源緊張的城市，電纜輸電線路近年來得到了快速發展。在電纜線路運行中，由于內護層和外護層的電容分壓而在金屬護層產生較高的電壓，為了限制金屬護層電壓，需要將金屬護層接地。同時，為了避免形成感應環流，金屬護層不能多點接地。在長距離的高壓電纜輸電領域，通常將長距離的電纜線路劃分成三段等長度的電纜，在每兩段中間的交叉互聯箱里將A、B、C三相的金屬護層交叉連接在一起，然后在電纜的兩端將金屬護層直接接地，如圖1。

電纜金屬護層電流監測是監視運行中電纜絕緣情況最靈敏可靠的方式，對保證電纜線路的安全穩定運行發揮了很大作用。但是電纜金屬護層交叉互聯改變了護層電流的性質和分布，使護層電流監測僅反應了大小是否越限的初步判斷，對缺陷位置查找提供的信息不足；另外，對于一些正在運行電纜系統，由于缺少通訊通道，而難以安裝監測設備。為此，本文設計了高壓電纜智能互聯系統，可實現遠方對每段每相電纜護層電流的監測。

2 高壓電纜智能互聯系統的實現方案

2.1 設計思路

當前電纜交叉互聯系統不能監測到每段每相絕緣的原因是交叉互聯方式使護層電流的主要成分為護層感應環流，其大小受輸電電流、系統阻抗、環境狀況、電纜排列方式等多種因素的影響，環流大小難以計算確定；同時，交叉互聯的方式將不同相的金屬護層串聯在一起，感應環流超標超標時無法判斷絕緣破壞的位置。

為了監測到電纜具體段和相別的絕緣情況，必須打破現有固定的連接模式，按照需要將交叉互聯系統切換為一端接地系統，從而將監測大小難以確定的護層感應環流轉換為監測大小僅僅與電纜護層長度呈線性關系的護層電容電流，實現對絕緣情況的監測。為此通過設計智能互聯箱切換模塊和時序控制模塊實現。

2.2 智能互聯箱切換模塊設計

設計電纜智能互聯箱切換模塊，實現對電纜金屬護層連接方式的控制切換。電纜智能互聯切換模塊的原理如圖2，切換模塊左邊連接前段三相的金屬護層，切換模塊右邊連接后段三相的金屬護層。切換模塊由三組三位置切換開關組成，分別實現后段金屬護層A相、B相、C相的智能互聯；每相智能互聯切換開關的三個位置分別連接于交叉相、接地、和本相，正常運行時三位置開關處于交叉相位置，在需要切換的時候，可根據時序控制模塊的指令，在交叉相、接地、本相之間切換，三個三位置切換開關同時聯動切換。

2.3 時序控制模塊設計

電纜智能互聯箱時序控制模塊如圖3所示。控制模塊由一個定時器、一個雙位置切換開關和三個計時器組成。雙位置切換開關是為了預留遠方啟動切換的接口，工作時首先由定時器根據預設的時間發出指令，使電纜智能互聯切換模塊切換為連接于接地，同時觸發計時器1、計時器2、計時器3。計時器1被觸發后根據預設的時間發出指令，使電纜智能互聯切換模塊切換為連接于本相。計時器2被觸發后根據預設的時間發出指令，使電纜智能互聯切換模塊切換為連接于接地。計時器3被觸發后根據預設的時間發出指令，使電纜智能互聯切換模塊切換為連接于交叉相。

2.4 高壓電纜智能互聯系統和每段每相金屬護層接地電流監測方法

使用智能互聯箱組成的電纜智能互聯系統如圖4所示，用智能互聯箱取代交叉互聯箱，將互聯系統的一側安裝接地電流傳感器，另一側接地點斷開；通過對時序控制模塊設置合適的定時時間和計時時間，使智能互聯箱根據需要在接交叉相、接地、接本相之間切換。當1#、2#交叉互聯箱中三位置切換開關均處于接地狀態時，接地電流傳感器監測的分別是A1段、B1段、C1段的接地電流IA1、IB1、IC1；當1#交叉互聯箱中三位置切換開關處于接本相狀態、2#交叉互聯箱中三位置切換開關處于接地狀態時，接地電流傳感器監測的分別是A1段+A2段、B1段+B2段、C1段+C2段的接地電流IA1+A2、IB1+B2、IC1+C2；當1#、2#交叉互聯箱中三位置切換開關均處于接本相狀態時，接地電流傳感器監測的分別是A1段+A2段+A3段、B1段+B2段+B3段、C1段+C2段+C3段的接地電流IA1+A2+A3、IB1+B2+B3、IC1+C2+C3。通過這三組數據計算可得到能夠反映每段每相絕緣狀況的護層接地電流：

IA1、IB1、IC1直接采集

3 結語

本文針對目前的高壓電纜交叉互聯系統中金屬護層電流監測不能監測到具體每段每相的絕緣情況，和護層電流超標時原因排查困難并且具有安全風險和引入故障風險的現狀，提出了電纜智能互聯系統和護層電流監測方法，實現了遠方對每段每相金屬護層電流的監測，避免了檢修人員的帶電測試并降低了工作難度，對高壓電纜的運行和維護帶來了便利。需要注意的是，本文提出的是解決方法的原理，對于具體的硬件實現及工程驗證還需要進一步探索。

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