電纜夾層智能綜合在線監測系統研究與應用

張朝暉

（陽煤集團機電動力部，山西陽泉 045000）

0 引言

陽煤集團下屬礦井建井后距今已有很長時間，由于變電站建站的時間距今較久，不僅變電站原有的電纜密度超過了原來的電纜敷設的設計要求，原有的溝道也不再符合當前的設計需求，在排布方面，各個電纜錯綜交集，整體運行環境較差。變電站出現過多次停電事故，部分停電事故是由于電纜出現問題導致的，停電事故的頻繁發生導致企業出現了安全生產隱患，減少了企業利潤。

1 電纜夾層智能綜合在線監測系統

1.1 特點

（1）實時監測變電站電纜表層溫度、電纜溝道溫度。使用光纖提高測溫傳感器的安全性，避免影響原有的系統設備。

（2）監測高壓電纜的溫度。若溫度高過報警值，站內監控主機會發出聲音警報，若溫度上升過快，站內監控主機也會發出聲音警報，值班人員根據監控主機的人機界面，可以較快找到故障隱患處。

（3）利用物聯網收集各個變電站內的溫度信息、報警記錄信息等。將這些信息傳入信息中心服務器內，開啟遠端備份監控。

（4）改變了巡檢方式。由以往的人工巡檢方式變成在線實時監測方式，促進了變電站安全管理效率的大幅度提升，提高了管理質量，有利于變電站運行管理集約化水平的提高。

（5）該系統具有極高的穩定性。

1.2 應用

在電纜運行過程中，電纜夾層實時監控系統發揮著指揮和調度作用。電纜夾層實時監控系統運行于電纜溝內，實時監測電纜溝內狀態，可改善電纜溝運行環境，并對特殊事件進行預警，通過綜合性計算、綜合性分析，實時監控電纜溝內主要電氣運行設備的實際工況和設備環境，在提高電纜安全性的同時又提高了性能。

2 存在的問題

陽煤集團下屬礦井變電站常出現故障，分析發現大多數電纜事故出現在溝道、夾層中，具有較強的隱蔽性，若僅靠人工巡檢，往往不易發現故障問題。人工方式在巡檢電纜夾層時存在多種問題，主要有巡檢人員在監測中不認真、未能及時進行監測等，這些問題不僅為變電站帶來了運行風險，還帶來了供電不穩定等一系列問題。

3 項目構思

3.1 目標

研究電纜夾層智能實時綜合在線監測系統和應用的目標主要有：①實時監測變電站的電纜表層溫度；②實時監測電力電纜一體化；③實時監測電纜溝道一體化[1]。

項目應用時間為2018 年12 月，地點是陽煤本部一、二、五礦下屬的12 座變電站。研究電纜夾層智能實時綜合在線監測系統項目的思路，是在確保陽煤集團生產需求的基礎上，研究其變電站的電纜表層溫度智能綜合監測系統，技術和工藝均從國外引進。在項目研究過程中，需要遵循適用性原則和經濟性原則。

3.2 整體思路

為了深入了解變電站，首先要實地考察每座變電站，細致了解所監測的電纜情況，分析電纜環境，使監測更具針對性；其次，改造升級原有的測溫主機，確保測溫主機可以在陽煤所屬站平穩運行。利用組態軟件，實現溫度信息和空間位置的關聯，引入圖形動畫（GIF），在出現告警信息時可以更容易注意到信息。歷史告警功能使查閱信息更加快捷，可以利用該功能查閱故障。原有測溫主機的監測周期為1 min，在提高光纖發射器的功率后，采用新型算法進行計算與統計，監測周期由1 min 轉為1 s，提高了測溫主機監測密集性（表1）。

表1 測溫主機技術參數

感溫光纜所具有的明顯特征有：①較高的抗振性；②較高的抗嚙咬性；③良好的抗壓性；④良好的抗拉性（表2）。感溫光纜還具備良好的溫度傳導功能，可以在較短的時間感測到溫度變化[2]。

表2 感溫光纜技術參數

3.3 主站系統的要求

（1）實時監測隧道環境溫度，實時監測電纜表面溫度。

（2）對報警的指標進行設置。在回路中設置3 個報警指標，并且是獨立性的設置，3 個報警指標分別是電纜導體溫度指標、絕對溫度指標和溫升尖峰指標。絕對溫度：回路實施分布溫度的最高值、分區實時分布溫度的最高值。導體溫度：對電纜動態載流量模型進行計算，計算后得出的溫度即回路全長范圍內瓶頸點的電纜導體溫度。

（3）預警。每個報警指標有兩個報警閾值，這兩個報警閾值能夠在線進行設置，兩個值一個是高位值，另一個是高高位值。安全狀態共4 個，分別是綠色安全狀態、黃色安全狀態、橙色安全狀態和紅色安全狀態，安全狀態隨報警指標的變化而變化。

（4）監測控制。監測控制內容有很多，主要內容有：監測DTS（Distributed Temperature Sensing，分布式光纖測溫系統）測溫主機，監測負荷電流是否異常，監測測溫光纖等。

（5）自檢。分布式測溫主機設備狀態自檢功能可以檢測的內容有很多，主要內容有：光通道運行狀態檢測，子系統運行狀態檢測等。

（6）多區域配置功能。在長度方向的基礎上為電纜分區，每個區的數量不限。

（7）對多種通信規約進行內置。對于各個變電站中的分布式光纖測溫系統，利用規約的形式開展數據交互。

3.4 電氣要求

（1）測溫光纖固定。分布式測溫光纖每次布置1 根電纜，將測溫光纖固定在每相電纜上，固定形狀為S 形，電纜中間接頭采用雙環纏繞形式。測溫光纖安裝在電纜表面，采用可拆卸的綁扎方式，間距1 m。光纖接頭盒應固定在電纜側面[3]。

（2）控制柜具有多種性能，主要有：耐高溫性，耐低溫性，防腐性，防塵性和防嚙齒類動物嚙咬性等。所選擇的材料、工藝應保證控制柜的外表整潔，表面不可出現突兀或凹陷處。控制柜要具有較高的強度，能夠承受安裝和搬運過程中的偶然應力。

（3）測溫監控主服務器可以查看報警記錄、溫度曲線、溫度歷史記錄等，能夠發現之前的溫度曲線變化。查看溫度曲線變化，有利于對事故隱患進行分析。

4 結論

電纜夾層智能實時綜合在線監測系統在運行后，取得了較好的運行效果。在調試的最初階段，通過該系統發現了某站620間隔出線電纜，在60 s 內溫度可上升6 ℃。由于溫度上升過快，分析發現620 出線負荷高出設計的初始值很多。將該隱患告知項目負責人后，避免了安全隱患的發生。

在監測變電站設備的運行環境、運行設備時，使用信息化智能在線監測技術提升了變電站運行的安全性，變電站的檢修方式轉變為狀態檢修，提高了檢修效率，減少了運行維護成本。此系統試點研究成功后，可以推廣至集團所有的變電站。