内置式电缆导体测温系统

内置式电缆导体测温系统

闫冬

（鹤壁鹤源电力工程设计有限公司458030）

一、简述

随着城市化建设的快速发展，城市电网缆化程度迅速提高，地下电缆已经成为城市电力网架的主要组成部分，但目前国内外对电缆运行状态监测受技术局限，难以开展全面有效的运行监测工作；设计、生产和运行部门为了确保可靠性，不断提高安全余量，线路造价逐年攀升，然而在实际工作中，依然存在很多电缆带病运行,引发爆炸、火灾等事故，给电力部门和社会造成巨大损失和影响。

为了保证城市生产、生活安全有序，有效、可靠的电缆运行状态监测必不可少。电缆线芯运行温度是其中一个关键性参数,对绝缘的热老化、线路最大载流量具有决定性作用，但由于运行时电缆内部存在高电压、强磁场，加上电缆本身具有精密的绝缘、防水、屏蔽等保护结构，对电缆线芯温度测量技术具有特殊要求,现有的测量技术均无法实现；目前国内外测量电缆运行温度主要有以下几种方法：

1.红外热像仪测温技术

通过市场成熟的红外热像仪对运行电缆温度定期巡检，这种方式只能以人工方式采集设备在某个时间点的外表温度，成本高、受工况条件制约很大、数据有效性和连续性差，无法实现电缆运行温度的实时监测。

2.光纤测温技术

有外表贴敷、半植入法（主绝缘或保护层外不同部位）、完全植入法(线芯内部,目前尚处于研究开发中，其结构设计、高低压通道放电等技术难点未完全解决）等方法,通过有限元、热阻平衡等算法推算内部线芯温度。由于电缆所处环境复杂，有水，土，空气等多种介质，本体热阻和环境热阻差异性较的，同时受周边环境介质流速、流量等因素影响，上述通过模型推算线芯温度的间接测温方式无法保证测量的精度和实时性，数据的有效性和基于数据形成的分析、判断均受到很大限制。2002年，杭州市电力局引入国内第一套光纤测温系统用于电缆温度监测，基于上述原因，经过多年试用后仍无法对电缆线芯温度做出准确测量。

二、电缆运行状态智能监测系统介绍

运行电缆线芯温度测量属于电力系统自动化技术，符合国网公司“十二五”科技规划输变电设备状态监测、智能巡检关键技术领域。电缆运行状态智能监测系统以电缆线芯温度实时监测技术为核心，并整合电缆接地环流、隔离式接地电压在线监测技术、电力井道环境综合数据监测技术，结合线缆高可靠性开环取电技术及稳定的树状分布式地网通讯技术，完成电缆运行状态智能监测系统，该系统不仅解决了以电缆为主的城市电网关键部位的在线监测和管理的基本要求，同时也向调度部门提供动态载流量控制的决策数据，进一步建立电缆运行缺陷诊断和分析模型,以此判断高压电缆健康状况，达到对电缆全寿命的周期管理。本系统性能可靠、安装方便、兼容性强，达到国际领先水平。

本系统由电缆线芯温度测量单元、电缆井道环境监测单元（烟雾、水位、特殊气体）、智能接地监测单元、开环取电单元、地网通讯装置、监测箱防盗单元及智能监测管理平台组成。

以电缆结构的重要设备（接头、终端头、接地箱）为管理单元，多个电缆线芯温度测量单元及电缆井道环境测量单元测量到的数据通过地网通讯实时传输到通信控制箱，多个节点的通信控制箱将数据通过地网通信网络接入电力局变电站的光纤专网，然后再通过光纤专网将数据传到监控平台，通过监控平台达到实时查询、报警、分析处理等功能。

（一）电缆接头线芯温度测量单元

中间头和终端头是电缆结构的薄弱环节，属于关键性监测点，据不完全统计，目前电缆故障中，接头故障占比高达70%。根据目前通用的接头结构，我们在电缆接头的铜接管（高电位）处安装两个测温单元（容错设计，每个单元内均包含独立的测量电路、通讯电路、能量接受和管理电路、热保护结构），通过接触测量方法取得温度值并向外通讯；接头外部安装中继天线，上述结构形成完整的一个电缆接头线芯测温单元。该温度测量单元具有无线能量传输、实时通信、温度值模/数转化、过热保护等功能；测温采样周期可调(≥30S），测温精度为（±0.5℃）。本产品属于全球首创(已获得国际专利，国际技术查新报告)，拥有多项国内外专利技术。2012年联合3M中国、长缆科工、长园电力等代表性厂家在中国电科院武汉高压研究所顺利通过110kV型式试验，并于当年成功挂网并可靠运行至今。电缆接头线芯运行温度监测为本系统核心技术，实时监测电缆线芯运行温度，通过地网通信技术将温度实时上传至监控平台，为电缆智能化管理奠定了基础。

1.工作原理简述

内置测温模块安装在电缆接头内屏蔽管部位，测温热电偶探头安装在导体铜接管部位，外置测温中继天线安装在电缆接头主绝缘外部位置，外置测温中继与接头内测温模块实时通信，为内置测温模块提供电能并读取温度，外置测温中继通过地网通信的有线方式将温度数据传至通信控制箱。图2为内置测温模块安装结构示意图，图3为外置通信中继安装示意图。

2.技术创新点

创新点一：采用无线能量传输技术，将内置测温传感器直接安装在电缆接头内高压等电位部位，测温热电偶直接接触电缆线芯测量运行温度，通过接头主绝缘外侧的外置测温中继以无线能量传输方式为内置测温传感器提供能量并通信，无需电池，实现内置测温模块终身免维护目的，对电缆主绝缘物理结构和电气性能不产生任何影响，测温精度达（±0.5℃），温度测量采样周期>30S。

创新点二：采用高温自保护设计，当温度高于一定温度时，内置测温模块进入休眠自保护状态，当温度恢复至工作温度范围继续工作。

3.技术参数

1)电缆接头导体测温范围：0℃—+105℃；

2)测量准确度：±0.5℃；

3)温度测量采样周期>30S；

4)工作寿命>30年；

5)过热自保护，耐受250℃热冲击>3分钟；

6)防护等级IP68。

（二）智能监测管理平台

通过建立一个覆盖现场电缆的全方位监测系统，并且实时采集现场相关数据上传到监测管理平台，目前已经完成如下功能：

1.电缆数据地图导航：该功能可查询电缆的地理信息，逻辑信息，电气信息，也可以直观的查看各个监控点的分布情况；

2.实时动态数据查询：查看多个监控点的实时动态数据，设备工作状态等详细数据；

3.报警联动：可设置各个监控站点的运行数据报警门槛值，提供多级超限报警，报警信息可通过短信，电话通知相关责任人；

4.数据管理：查询各监测点的历史数据、实时数据曲线，监测数据分析、处理、输出；

5.权限管理：现场设备采用通用钥匙和电子钥匙组合管理，系统通过对电子钥匙授权，实现权限管理及时间上传、存储，作为智能化巡检记录管理；

6.防盗报警：对外力破坏、拆移、敲击、超权限开门操作，触发报警，联动现场声光警告和影像拍摄取证；

7.系统支持B/S模式，支持互联网内多用户浏览器查询。

完成运行数据积累后，通过对各参数综合比较和分析，深入研究电缆的老化机理，探讨影响老化的关键应力和作用方式，确定评估所需的关键参数数据，并建立以温度为主导变量与电缆寿命之间的对应关系，提出电缆剩余寿命评估技术方案；进一步可以实现电缆线路运行状态专家诊断、安全预警系统，建立电缆全寿命周期管理平台。

作者简介：

闫冬（1981-），女，鹤壁鹤源电力工程设计有限公司，专科，工程师，研究方向配电网规划与设计。