电力电缆状态在线监测系统的设计及应用

电力电缆状态在线监测系统的设计及应用

傅翔

泉州亿兴电力工程建设有限公司丰泽配电分公司 福建 泉州

摘要：现阶段，人们生活、生产中对于用电量的需求量不断提升，我国在电力系统建设中所采用的新技术、新设备逐渐增加，其中在线监测系统则是对电力线路的运行情况进行实时监测，明确故障问题和安全隐患。电缆线路作为电力系统重要的组成部分，对保证线路的正常供电发挥着重要作用，因此，需要对在线监测系统设计和应用加以充分了解。

关键词：电力电缆；在线监测；系统设计

引言

本文以电力电缆状态在线监测系统为主题展开讨论，首先简要叙述在线监测系统相关内容与实现方法，然后分析在线监测系统设计，最后提出电力电缆状态在线监测系统应用。

1在线监测系统相关内容与实现方法

在线监测系统所需要监测的内容比较多，包括绝缘子污秽、线路覆冰、雷电、线路环境、杆塔倾斜、线路微风振动、导线舞动、视频监控等内容。实现方式主要是通过超声波、紫外线、红外线、电场法等方式进行监测。不同的监测方式具有不同的优点，在实际的电力电缆状态在线监测中应当结合实际情况采取相应的监测方式。

2在线监测系统设计

2.1在线监测系统架构

监测系统主要包括污秽泄露电流监测、气象信息监测、危险点信息监测等系统。结构图如下图所示。

首先，污秽泄露电流监测系统。该系统有电流卡环、处理单元、传感器、采集器、湿度、温度分析系统、保护装置以及专家系统组成。此系统对于环境的适应能力较强，在恶劣气候环境中能够高精度地进行数据监测工作。其次，气象信息监测系统。此系统的作用是对输电线路运行环境湿度、温度、风向、风速以及大气压力参数进行监测。当系统收集相关数据后，压缩处理数据参数，通过高质量通信方式把数据内容输送到监测中心。专家系统分析线路的污染情况，并把分析结构生成为曲线图、统计图、报表的形式反馈线路的运行情况，让相关人员对电力电缆系统的运行情况加以了解。当出现运行异常问题时，自动报警，向维护人员移动设备客户端发送报警短信。危险点信息监测系统。此系统主要功能为判断输电线路覆冰量情况、导线舞动幅度，按照导线重力变化、震动频率加以判断。系统将收集的数据信息内容输送到监测中心，专家系统对数据进行分析后，对覆冰程度、发展趋势进行预测，当预测可能存在影响情况时及时报警，帮助维护人员制定处理措施^[1]。

2.2在线硬件设计

硬件主要由监测系统、硬件电路、调理电路、数据通讯、系统电源、监测系统。硬件系统包括监测模块，湿度传感器、温度传感器、泄漏传感器、通讯模块、变换模块以及管理模块。传感器的调理电路设计需要低功耗、运行稳定、抗干扰性能较强。部分作用为借助外部的泄漏电流微弱信号，把信号转变为A/D对信号进行正常的处理。系统电源设计部分应当保证可以为系统24小时供电。监测分机选择太阳能方式进行供电，借助硅电池储电。无线通讯主要用于主机、分机间通讯，便于数据的传输，功能实现是借助GSM网络，稳定地进行数据信息的传输，突破传输距离局限。
2.3在线软件设计

电缆电网系统中在线监测系统软件设计是将B/S模式结构作为基础。体系结构中包括数据库和WEB，构成以WBE为基础的运行模式，在网络环境中能够得到广泛的应用。软件系统设计包括：系统分析、组件设计、结构设计、程序设计和系统调试。系统运行的通过C++语言进行，在Windows平台运行，系统程度功能强大，能够提供专家诊断、报告查询等功能。

3电力电缆状态在线监测系统应用

3.1电缆护层接地电流在线监测

在电缆线路运行中，因为受运行蠕动、隧道环境、人为破坏等因素的影响，电缆的金属护层出现不同程度的损伤情况，导致金属护套存在多点接地情况，产生循环电流。因为护层电流较高而增加电缆运行温度，护套损耗随之增加，电缆的载流量随之降低。另外，温升将对绝缘性能产生影响，影响电缆使用年限，甚至因为温升过高而引发火灾。就我国当前整体的电力电缆运行情况分析，因为互联箱密封性不足进水，受外力的影响而损坏护套导致金属护层出现多点接地情况频繁发生，因此，需要接地电流加以在线监测，对电缆护层接地情况、 线芯的负荷变化、电缆的老化程度、被盗情况加以实时监测。

在线监测系统包括感知层、站控层、通讯层、中心层组成^[2]。感知层属于远端监测单元，包括通讯采集、终端监测等装置组成。电流互感器设置于接地箱和检查井位置，对电缆线路的负荷电流、金属护层的接地电流进行实时采样，将所收集的数据输送至监控主机，通过有线网络、载波通信、总线网络一体化通讯形式传输数据，通信系统设置于电缆通道附近变电站中。监测装置供电为36v的远程供电与载波通讯同芯线对共传输技术。监控主机通过0.5mm²通信电缆远程供电。主机周围10km的范围中，每对通信电缆能够复接16套监测单元，监测电源选择使用低功耗、高集成化进行设计，不需要在外部连接220v电源。另外，终端装置设置在防水腔体中，具备不发热、低功耗特点。接头选择充油封包的方式能够防水除尘，适用于管井、隧道场合中。例如，在某项目中在线监测系统的设计具有此类功能。第一，监测单元的测量量程0A至1000A，精准度±2%，能够对三相导线、接地箱金属护层的电流幅值加以实时监测，并生成曲线图，减轻人工劳动强度，节省人工成本。第二，电缆系统正常运行时，如果接地电流突然减小或变为0，按照电调情况，对接地线的盗窃情况进行判断。第三，系统具备真我诊断性能，相关人员能够通过监控平台对监测单元工作状态进行远程监控，确保系统的稳定、正常运行。

3.2电缆接头红外矩阵式在线测温系统

在电缆线路中接头位置是最为薄弱的环节，接头故障发生约占总故障80%，因为电缆线路的运行环境较为复杂，因此，引发故障问题的因素也比较多，多通过热能耗散形式体现，所以，接头位置的温度是反馈运行状态重要参数。电缆接头测温系统通过红外探头对接头位置温度变化情况、分布场进行监测，便可发现热状态异常和故障点，确保供电稳定性、安全性。测温探头获取电缆接头辐射红外线，通过光学系统将接收红外能集中在焦点上，通过光电转换，把电缆接头红外能转变为电信号，借助通信体统把温度数据传输到监控平台。焦点能够同时采集64个温度点，符合多点温度检测需求。监测单元具有抗干扰性能强、低功耗、强保护性，当探头处于休眠状态时电流约为10μA，正常运行时电流为几毫安，能够通过远程低压方式进行直流供电，正常运行时进行供电，但温度采集作业结束关闭供电，确保系统处于低功耗运行状态。所采集数据通过信号调解、数模转换、数据处理，能够及时将数据转变成数字量传输到主机，提升响应效率^[3]。另外，系统扩展性良好，每部采集器能够带载四部传感器，并预留14个扩展通道，各扩展通道能够带载两部传感器，所以可以带载32部传感器。系通过载波通信和远程供电传输技术，当远程监测单元处于满配状态，借助48V电压直流进行供电，供电距离大于10km，末端压降小于18V。

总结

综上所述，随着我国电力电缆供电系统建设规模不断扩大，科学技术逐渐发展，在线监测系统的运行也逐渐向全面化方向发展，实时监测护层电流、接头温度等参数，对电缆运行中存在的故障和安全隐患加以及时地发现，第一时间针对问题采取相应措施加以处理。通过数据汇总，构建数据库，提升系统响应的速度和精度，确保线路可靠运行。另外，定位系统能够准确定位故障点，缩减故障点排查时间，确保电力电缆供电系统安全运行。

参考文献

[1]翟浩. 电力电缆故障在线监测及预警系统的研究[D]. 东南大学, 2016.

[2]袁燕岭, 高中强, 陈昕,等. 高压电缆线路接地系统在线监测[J]. 电网与清洁能源, 2016(02):77-82.

[3]吕艳霞, 端春亮, 王中明,等. 基于无线传感器的电缆状态在线监测系统设计[J]. 电子设计工程, 2019(10):50-53.