高壓電纜接地環流監測技術的應用

歐陽建軍

摘? 要：該文主要介紹高壓電纜金屬護套接地環流在線監測技術原理、告警策略及系統在實際運行的高壓電纜線路上的應用情況，并通過其中一個已投運的接地環流在線監測系統成功檢測到接地電流突變的故障信號來說明接地環流監測技術在高壓電纜上應用的實時性和有效性。

關鍵詞：高壓電纜;環流;告警;監測

中圖分類號：TM274 ? 文獻標志碼：A

0 前言

近年來，隨著城市化的發展，電力電纜在電力系統中，尤其是110 kV以上等級的高壓電纜受到廣泛的應用。隨著高壓電力電纜廣泛的使用，其弊端也漸漸顯現。電力電纜由于自身結構特殊，所處環境復雜加上運輸不規范的錯誤、現場制作工藝不嚴謹等因素，導致電纜絕緣性降低，進而引發電纜絕緣性故障。傳統的監測方式不能及時發現電纜絕緣性問題，所以電纜故障頻發。因此，在高壓電纜線路安裝金屬護套環流在線監測系統是很有必要性的，該文主要闡述高壓電纜線路接地環流產生的機理、主要故障形態、檢測接地環流的技術原理、監測系統的構成、監測告警策略及現場應用時電纜設備故障時接地電流變化情況的發現、分析及現場驗證過程[1-2]。

1 接地環流機理

接地環流機理有如下5點。1）對于有護層絕緣缺陷的電纜線路，金屬護套循環電流中會產生感性電流分量，導致流入電纜終端直接接地點的電流將變大，具有電流值與護層的接地點數量、接地電阻值及線芯電流等參數有關。2）在電纜較短線路中，通常采取一端直接接地，另一端通過保護器保護接地，該方式理論上由于電纜金屬護套只有單點接地，沒有形成閉合回路，不會形成環流。3）高壓電纜在運行過程中金屬護套外部絕緣如果受到破壞，出現超過兩點接地故障時將發生環流的變化。4）不論是單端接地還是交叉互聯接地系統，其因電纜金屬護套與芯線中交流電流產生的磁力線相鉸鏈，使其兩端出現較高的感應電壓，故需采取合適的接地措施，使感應電壓處在安全電壓范圍內。5）當電纜較長時，采取的是交叉互聯接地或兩種接地方式組合，如果交叉互聯單元內的三段電纜長度一致，則理論上金屬護套基本沒有環流。

因此在運行的高壓電纜中安裝接地環流在線監測系統監測電纜金屬護套的環流指標，通過各種環流突變信號反應出主電纜線芯運行電流是否超負荷、主絕緣及護套絕緣是否存在缺陷，對于避免電纜長期過載或絕緣缺陷運行等方面都具有重要意義。

2 接地環流監測技術及系統構成

高壓電纜接地環流檢測主要是針對電纜線路各個接頭部位進行，如中間接頭的交叉互聯箱、直接接地箱、終端接頭的接地箱等，運行電纜的接地環流變化情況均可以通過在接頭位置的接地線或者鎧裝引出線處進行檢測到相應的電流值。

另外，為了能夠對接地電流的變化及時、準確的檢測并分析展示以及電纜故障（本身運行故障或者外力破壞等）位置的實時確定，在研究接地環流監測技術的基礎上，增加了電纜接頭點溫度的監測及接頭故障振動參量的監測，從而實現高壓電纜接地環流在線監測技術的多參量綜合應用，為電纜運行的安全及穩定性提供更有效的數據基礎。

技術基本原理：通過環流傳感器采集高壓電纜接地環流信號，PT100傳感器檢測電纜接頭的溫度值，加速度傳感器檢測電纜接頭的振動參量信號，并經過信號處理模塊進行采樣與濾波處理后利用通信光纜或者4G無線路由器進行數據通訊，將環流信號發送至后端分析展示平臺進行分析處理。根據系統所檢測到的金屬護套環流信號來判斷高壓電纜的絕緣狀況和線路運行狀況，實現環流實時采樣、數據實時更新、保存及超限報警功能，有效的預防高壓電纜缺陷故障的發生，保障電力系統的安全可靠運行。

接地環流在線監測系統采取模塊化設計，由金屬護套環流信號傳感器、環流信號處理模塊;環流信號無線傳輸模塊和后端監測數據顯示平臺構成。其中，金屬護套環流信號采集模塊主要是環流傳感器;環流信號處理模塊由信號采樣裝置及濾波裝置組成;環流信號無線傳輸模塊主要由光纖交換機或者4/5G無線路由器組成;后端處理分析展示平臺即監測系統中心服務器。

3 接地環流告警策略

當高壓電纜金屬護層接地電流異常時，系統會自動報警，信號被實時傳送到集中監控中心，將接地電流在線監測設備測量數據與電纜負荷電流數據進行對比和綜合分析，從而達到實時掌握電纜金屬護層接地系統的運行狀況的目的。

由于實際運行中的高壓電纜環境復雜多樣，導致接地環流變化甚至突變的情況原因比較復雜，因此接地環流系統在實際應用過程中會存在誤告警的情況，為了降低甚至避免誤告警的情況，監測系統需要根據多個參量因數設置不同的告警方式及策略，其歸納見表1。

4 應用案例

4.1 接地環流在線監測系統現場應用

高壓電纜接地環流在線監測系統由前端采集傳感器（接地環流傳感器、溫度傳感器、振動傳感器）、就地信號采集裝置及后臺監測平臺構成。環流傳感器主要安裝在接頭的鎧裝引出線（接地線、交叉連接片）上，而溫度傳感器及振動傳感器直接貼附安裝在電纜接頭表面，就此信號處理裝置根據每個監測點的環境就近安裝，可以是在接頭工井內，也可以是終端場靠近墻壁安裝等，后臺服務器一般是安裝在變電站主控室或者是用戶辦公室等。

4.2 高壓電纜接地環流突變故障案例

4.2.1 接地環流突變監測信號

在一條110 kV電纜線路上安裝了一套接地環流在線監測系統，自投運以來，實現運行管理人員可在辦公室訪問系統后端平臺，隨時監控運行電纜線路運行絕緣狀況。

于某一天該套接地環流在線監測系統發出該線路中間接頭環流監測處C相環流突變超限告警信號，隨即通過辦公室電腦訪問遠程環流在線監測系統，查看監測系統相關監測數據變化及實時報警情況，如圖1所示。

由圖1可知，該線路環流監測系統所監測的#1接頭監測點監測到一個突變電流值，最大變化值由正常運行值5A左右的電流突變至超過200 A，由此初頻判斷該環流監測環內出現某處瞬間接地現象，同時接地點又瞬間斷開。經檢查高壓電纜線路系統內運行電流，當天線路一次運行電流正常，說明環流突變與系統運行無關，需要排查其他引起的接地環流突變的因素。

4.2.2 現場驗證

查看并確認環流在線監測系統監測到環流值突變情況后，到線路現場對該線路2個終端及#1接頭井進行排查：兩個終端接地系統設備均沒有發現任何異常現象，而在#1中間接頭井處在未打開接地箱前發現#1接頭保護器接地箱的箱體腫脹，箱體底部固定在墻壁的螺絲脫落，而箱體蓋板部分螺絲處有燒黑痕跡。

打開腫脹箱體檢查后，發現C相保護器炸裂，保護器主體脫落，箱內殘留脫落的保護器外皮2片，氧化鋅閥片1片;A、B相保護器除了外表附有些銀灰色粉末外未見其他異常。

故障原因初步分析，通過檢測該箱體3相接地電流情況及開箱后的檢查情況看，A、B相保護器絕緣完好，而C相保護器炸裂基本可排除因箱體進水引起短路故障，在線路運行正常情況下，可能是保護器質量不穩定引起的故障。在該線路接頭環流突變故障的狀態時，接頭點測溫及振動傳感器未檢測到明顯的變化參量，因為本次故障點是在保護接地箱內部的保護器故障，與電纜本體及接頭本身無直接關聯，因此這2個參量值未有明顯的狀態變化。

5 結語

高壓電纜接地環流監測技術及相應的在線監測系統可及時檢測發現電纜線路環流值突變并發出告警信號，實現運維人員及時掌握設備缺陷發生并予以消缺處理，是電力設備安全可靠運行的強有力保障。

根據電纜線路金屬護套環流在線監測系統所監測到環流值突變處經現場驗證，監測數據顯示結果與現場驗證位置相符合，由此也進一步驗證了環流在線監測系統在現場應用的有效性。

多參量接地環流在線監測系統的接頭溫度監測及接頭振動監測還具備進一步提升及完善的技術空間，考慮監測范圍及對象，為電纜線路的實時運行狀態提供更有效的數據參考。

參考文獻

[1]楊忠君.高壓電纜護層環流在線監測的實現與應用[J].冶金動力，2017（2）：47-50.

[2]傅玉嬌.高壓電纜線路接地系統在線監測淺述[J].電力科技，2016（6）：293.