高压电缆金属护套环流监测系统的研究

高压电缆金属护套环流监测系统的研究

葛少伟1侯建峰1邝涛1王家斌1周金宝1万

(1国网山东省电力公司济南供电公司济南山东250001;2湖南湘能智能电器股份有限公司长沙湖南410013)

摘要：本文设计了一种高压电缆金属护套环流监测装置，能够实现对金属护套环流，电缆表面及接头温度，接头振动，局放信号进行实时监测，从而实现电缆外护套绝缘缓慢老化预警、电缆外护套快速损坏报警、接头故障振动、温度异常报警等。

关键词：高压电缆，护层环流，高频录波

HighVoltageCableSheathCurrentMonitorSystemResearch

GeShaowei1,HouJianfeng1,KuangTao1,WangJiabin1,ZhouJinbao1,WanWanglong2,DengMinggao2,XuYuebing2

（1StateGridJinanPowerSupplyCompany,Jinan,Shandong,250001；

2HunnaXiangnengSmartElecticalEquipmentCo.,Ltd,Changsha,Hunan,410013）

Abstract:Inthispaper,wedesignahighvoltagecablemetalsheathcirculationmonitoringdevice,canachievethemetalsheathcirculation,fittingsandcablesurfacetemperature,thecouplingvibration,partialdischargesignalsforreal-timemonitoring,soastorealizethecableoutersheathinsulationslowagingwarning,cableoutersheathrapidjointfailuredamagealarm,vibration,temperatureabnormalalarm,etc.

Keywords:Highvoltagecable;sheathcirculation;Highfrequencywaverecord

0引言

随着智能电网的快速发展，高压电缆的安全监测愈发重要。110kV以上电缆线路输主要单芯电缆结构，而交变电流通过单芯电缆时会产生交变的磁场，金属护套在这个交变磁场作用下产生感应电压。而护套又与电缆设计敷设的接地点形成回路，产生护套环流。对于长期运行的高压输电电缆，电缆金属护套环流越大，线路的损耗越大、电缆温度越高、加速电缆绝缘老化，电缆接头震动值的变化、影响电缆使用寿命，严重的甚至引起接地线着火，引发电缆事故[1-6]。

本文提出了一种高压电缆金属护套环流在线监测装置，能对电缆金属护层环流、事故回流线电流、电缆表面及接头温度、中间及终端接头振动、高频信号进行实时连续在线监测，从而实现电缆外护套绝缘缓慢老化预警、电缆外护套快速损坏报警、事故回流线被盗报警、接头故障温度异常报警、接头故障振动报警等。并且能够提供设备状态异常时的录波数据，提供异常波形，记录突变段前后的详细情况，提供了更为可靠的现场数据。

1.系统结构

图1系统结构图

从图1可知，电缆金属护层环流监测系统由无线虚拟接口主机、无线传输采集装置、感应取电电源装置、传输采集装置、CT电流传感器、HFCT电流传感器、温度传感器、故障振动度传感器和其他及相关部件组成。

系统通过安装在电缆通道内电缆接头处及电缆终端塔电缆终端接头处的CT电流传感器、HFCT电流传感器、温度传感器、故障振动度传感器采集电缆金属护层环流、电缆接头处故障振动、电缆表层及接头温度。采集到的信息数据通通过无线型传输采集装置，无线型传输采集装置通过CDMA无线传输单元Modem拨号登录用户内部APN专网Sever端固定IP建立Socket连接实现TCP/IP接口的通信方式将处理后的数据编码上传至电缆金属护层环流监测系统并接收控制指令，数据信息由电缆金属护层环流监测系统应用平台统一处理。

电缆通道内及电缆终端塔处安装的无线型传输采集装置、CT电流传感器、HFCT电流传感器、温度传感器、故障振动度传感器等所需工作电源应由感应取电装置从电力电缆耦合输出电源就近供给。

2.模块介绍

2.1系统供电

供电采用开合钳式CT电流传感器，安装在电缆本体上、当一次电流达到30A时，CT对锂电池进行充电，系统供电都是源自锂电池，通过一块锂电池充放电管理板和一块电源转换板对电池和负载进行保护。

2.2采集装置

主控芯片使用TMS320F28335，32位高性能浮点型CPU，超过2M×16地址范围，片上具备16路/12位ADC，多达88个GPIO口。由电流传感器、温度传感器、震动传感器、信号调理板和DSP采集板、高频采集板组成。采集信号包括三环流和事故回流线的电流，信号经过调理板进入采集板，采集范围是1A-300A，精确度是1%，电流有效值作为最终电流输出值。电缆接头的温度采集使用温度传感器，单总线结构通讯方式，只需占用采集板CPU芯片的5个GPIO口就可以完成对A、B、C三相电缆接头温度，埋管口电缆表面温度，环境温度的监测，监测范围可达-5～+125℃。震动传感器可以监测X轴、Y轴、Z轴的震动情况、其中Z轴的震动最为灵敏，需要9个模拟采样输入口就可以完成三相接头的震动监测部署，电流、温度和震动的数据通过无线模块以CDMA方式传送到远程服务器。

2.3暂态和高频录波

录波分为暂态录波和高频录波，暂态录波由DSP完成，通过阈值触发的方式进行录波，至少保障还原触发前200个点的波形。且挂载4Gbit的NANDFLASH，可存储8000条触发数据，支持分包发送。高频录波采用的是高速方案，高速AD+FPGA+SDRAM+百兆以太网的方案，采样率是50M，三通道同步采样，录波时长为一个工频周期，通过串行口传输至DSP，统一由DSP主控模块通过无线模块发送给服务器。

3.总结

一种高压电缆护套环流监测装置，无线虚拟接口主机、无线传输采集装置、感应取电电源装置、传输采集装置、CT电流传感器、HFCT电流传感器、温度传感器、故障振动度传感器和其他及相关部件组成。能够精准的测量1A~300A的电缆护套接地电流、接头温度、接头震动情况，并及时发出故障报警，把异常情况进行录波，传输给上位机第一手现场情况，并能储存多条录播内容，提高设备安全运行水平。

参考文献:

[1]郑建康,苏小婷,南海,张有平,马航向.长距离高压电缆金属护套环流检测系统的研究[J].信息通信,2016(12):54-56.

[2]杨忠君.高压电缆护层环流在线监测的实现与应用[J].冶金动力,2017,(2):47-50.

[3]杨志滔.浅谈高压电缆护套环流监测装置[J].电子世界,2016,(22):196-198.

[4]鲁晓一,徐伟.多回路电缆护套交叉互联方式下的环流计算方法[J].电网与清洁能源,2017,(6).

[5]冯超,王鹏飞,马丽山,等.多回路单芯XLPE电力电缆金属护套环流计算分析[J].青海电力,2015,(1):31-35,47.DOI:10.15919/j.cnki.qhep.2015.01.009.

[6]王振浩,吴艳超,李国庆,等.金属护套环流对高压电缆影响的研究[J].电源技术应用,2012,(11):54-56.