一種高壓電纜及通道綜合在線監測系統研究

陳 勇，王永君，郝 乾，周玉濤

（武漢朗德電氣有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

隨著我國電力行業的快速發展，高壓電纜線路的數量越來越多。高壓電纜線路在整個國家輸電網系統中占有極其重要的地位，因此確保高壓電纜線路的高效、安全、穩定運行顯得尤為重要。針對高壓電纜線路運行管理的常規做法是人工操作模式，通過定期計劃停電進行預防性試驗和人工巡查。一方面預防性試驗并不能保證試驗后不發生故障，另一方面人工效率低下，增加了設備停電次數，對運行良好的設備來說造成了試驗資源的浪費，甚至可能在試驗中引入了新的隱患[1]。

電力電纜在線監測及診斷的任務是采用各種檢測、測量、監視、分析和判別方法了解電纜的絕緣狀態。結合系統的歷史和現狀考慮環境因素，評估電纜絕緣狀態，判斷其處于正?；蚍钦顟B，并對狀態進行顯示和記錄，對異常狀態發出報警，以便運行人員及時進行處理，同時為設備的絕緣評估、合理使用和安全工作提供信息和基礎數據[2]。

考慮到電力電纜的工作環境復雜，檢修復雜，日常維護開支巨大，提出了一種高壓電纜及通道綜合在線監測系統[3]，能準確和及時了解電力電纜的絕緣狀態，大幅度減少了日常維護的工作量和開支。同時，在線監測的長期運行將會累積寶貴的歷史數據，為電力系統工作人員對電網輸電線路進行系統評估提供了數據資源[4-5]。

1 高壓電纜及通道綜合在線監測系統組成

高壓電纜及通道綜合在線監測系統，如圖1所示。它由傳感器、信號采集單元和監控主機3部分組成，能對高壓交流電纜的運行狀態進行連續或周期的監測、分析與輔助診斷[6-7]。傳感器包含護層電流傳感器、運行電流傳感器等。信號采集單元[8]主要完成能量提取、電源管理、數據采集、數據處理和通信等功能。監控主機則主要對狀態監測量進行處理、分析，實現對信號采集單元的管理。

2 傳感器模塊分析

CT電流傳感器整體應采用開合鉗式結構設計，磁芯應采用硅鋼片的材質，外表應采用抗腐蝕工藝處理。CT電流傳感器應用于護層電流暫態錄波實時展示和電力電纜護層接地電流數據的耦合，滿足線路短路等故障時的瞬態響應。

圖1 高壓電纜及通道綜合在線監測系統結構圖

電流傳感器完成接地電流和主纜電流測量，如圖2所示。其中接地電流傳感器量程為300 A，變比為300：5，精度為1%。主纜電流傳感器最大量程為1 000 A，量程為1 000：5，精度為1%。電流傳感器參數情況，如表1所示。

圖2 電流傳感器裝置圖

表1 電流傳感器參數表

3 信號采集單元分析

采集單元共包含電源板、通信處理單元、電流/電壓采集板以及高頻采集板等插件，如圖3所示。其中，電源板可配置為雙CT感應取電板、交流電源板和直流電源板3種插件。通信處理單元實現數據綜合處理、無線4G傳輸、以太網傳輸及RS485信號采集功能。

CT取電插件將感應取電電流傳感器獲取的能量，經過整流、濾波、穩壓等過程獲得穩定的電壓信號。

圖3 采集單元結構圖

如圖4所示，雙CT取電插件引入先進的超級電容設計，可以保證在電力斷電后，系統保證工作10 min。超級電容的引入為數據采集單元提供了后備電源。超級電容在感應取電電流傳感器獲取的電壓信號后，經整流穩壓為超級電容充電。當無法獲取感應電流或感應電流無法滿足數據采集單元工作時，超級電容進行放電為數據采集單元提供電能。

圖4 雙CT取電插件

4 監控主機分析

監控主機對狀態檢測量進行處理、分析，實現對信號采集單元的管理，并能與綜合監測分析系統進行標準化通信。監控主機可以實現對信號采集單元的參數設置、數據召喚、對時、強制重啟等控制功能。

系統可實時展示護層接地電流、運行電流等數據。系統根據監測數據對高壓電纜進行狀態診斷，并將數據和診斷結果保存顯示。系統可顯示監測數據的實時曲線，電纜運行維護人員可根據曲線信息了解電纜及通道的長期運行狀態。系統功能包括系統配置、全維度數據等模塊。顯示界面的操作如圖5和圖6所示。其中，圖5為首頁界面展示設備安裝線路位置、設備編號及設備在線狀態；圖6為數據曲線展示界面，展示電流、溫度、振動、電壓等參數的曲線狀態。

圖5 首頁界面

圖6 數據曲線顯示

5 結 論

針對電力電纜在線監測及診斷復雜、成本高的問題，提出了一種高壓電纜及通道綜合在線監測系統。系統由傳感器、信號采集單元和監控主機3部分組成，并對3個模塊的功能進行了系統性描述，對監測系統的3個部分進行了詳細參數分析與功能介紹。最后，對監測系統的通信方式以及界面顯示波形變化曲線進行了分析。提出的這種高壓電纜及通道綜合在線監測系統在線監測數據，能對數據采集單元采集的數據進行后臺分析、統計，判斷故障發生的時間和地點，為電纜運行單位日常維護和檢修提供依據。