接地线电流在线监测技术研究与应用

陈祥金 吴伟峰 柏帆

摘要：电力电缆一旦发生故障将直接影响着整个电力系统的妥全运行,随着电缆数量的增多及运行时间的延长,由于电缆绝缘老化特性等因素,故障发生概率大大增加,但是因为电缆线路的隐蔽性,使电缆故障的查找非常困难。传统的电缆故障检测基本以离线方式为主,从而应用电力电缆在线监测技术,可进行提前预警,减少故障修复费用及停电损失。

关键词：电缆;接地线电流;在线监测

中图分类号：C35文献标识码： A

引言

由于电力电缆应用成本的下降，以及电力电缆自身所具有的供电可靠性高、对于人身比较安全、不受地面、空间建筑物的影响、不受恶劣气候侵害、安全隐蔽耐用等特点，因而获得了越来越广泛的应用。然而，与架空输电线路相比，虽然电力电缆的上述优点却为后期电缆的维护工作特别是故障测距与定位带来了较大的难度，尤其电缆长度相对较短、线路故障不可观测性等特点都决定了电缆线路要求有更精确的故障测距方法。另一方面，电力电缆作为整个电力系统的重要组成部分，一旦发生故障将直接影响着整个电力系统的安全运行，并且如故障发现不及时，则可能导致火灾、大规模停电等较大的事故后果。电力电缆在电力系统中应用越来越广泛，实现电缆的安全、可靠和经济运行对保证电力系统的安全性和经济性具有十分重要的意义。一旦发生故障，寻找和处理起来十分困难，不仅会浪费人力、物力，而且会造成停电损失。因此，如何快速、准确地查找电缆故障，减少故障修复费用及停电损失，成为电力工程领域与研究界日益关注的问题。

1问题分析

1.1电力电缆故障原因

随着电缆数量的增多及运行时间的延长,由于电缆绝缘老化特性等因素,故障发生概率大大增加,但是因为电缆线路的隐蔽性,使电缆故障的查找非常困难。电缆发生故障的原因是多方面的,莱钢型钢区几种主要原因包括:l)烧结I、11、111线电缆在烧结厂区内被施工车辆压坏盖板损伤,电缆做中间接头。由于环境恶劣,中间接头极易出现问题,加装分支箱后,可防止或减少事故发生。2)中宽带11线在大H型钢厂房南侧被施工单位错锯,做中间电缆头2个。由于环境恶劣,中间接头极易出现问题。3)转炉11线在南外环被施工车辆损伤,制作2个电缆中间接头。由于环境恶劣,中间接头极易出现问题。4)一降、粉末线电缆沟由于设计等原因,电缆沟盖板离地面60多厘米,电缆沟极不安全。5)矿槽大街路面经常流水,大量水渗透到电缆沟内,电缆沟内无排水沟,造成电缆沟常年积水。6)从型钢站到高炉、转炉、精炼炉、中宽带的35KV电缆(共计42条),全部经过中央大街北侧电缆井、穿过中央大街,沿中央大街南侧敷设。电缆井、穿越中央大街的电缆沟施工极不规范,南侧电缆沟有4处穿钢管,电缆敷设完后,电缆交叉在一起,正常情况下,人员无法进人检查维护,一旦发生电缆故障,将造成型钢区域大面积动力中断,而且,抢修难度极大。

1.2解决问题技术难点

传统的检测基本以离线方式为主,目前,莱钢对电缆的预防性试验是定期停电进行试验的方法,属于离线检测。随着电力供应的发展,这种停电试验的传统方法越来越不适应实际需要,需要断电之后检测人员携带仪器进行检测。这种方式不仅需要多个检测水平较高的技术人员,消耗的人力物力较大,而且其检测过程会受到电缆敷设环境等多方面因素的影响。

2优化措施

2.1电缆接地线电流在线监测的应用

2.1.1在电力电缆中间箱处安装了采集系统设备，对电缆运行情况进行在线监测。

2.1.2本主站系统采用基于Windows操作系统的运行环境，内置监测电缆的名称、波速度、电缆长度、历史数据等信息。系统通过网络与各监测终端通信，可以远程读取各监测终端记录到的电缆在线监测波形数据，并自动预报电缆故障。

2.2优化电流信号采集、信号转换、信号处理环节。

2.2.1电流信号采集环节。在电缆接地线的三相分别安装了专用的电流高频传感器，高频传感器采集电缆接地线的电流，高频电流采集带宽：2~125MHz，电流传感器产生CT二次信号。2.2.2信号转换环节。电流互感器采集到的电流通过导线传输到电流终端转换器，这个信号经过信号检测电路滤波、放大和采保，然后由低功耗单片机做A/D采样，最后计算出负荷电流、短路电流、首半波尖峰电流和接地动作电流值、稳态零序电流、暂态零序电流。

2.2.3信号处理环节。由转换器对电流进行转换，转换成数据CPU能够处理的数字信号，CPU将采集到每路电缆出线的接地线电流值进行分析。在一个统计时间段，在该统计时间段内如果出现故障，如果累计次数达到1次即为1级告警，系统会以黄色方框的形式在主界面上显示，如果累计次数达到3次即为2级告警，系统会以橙色方框的形式在主界面上显示，如果累计次数达到5次即为3级告警，系统会以红色方框的形式在主界面上显示。

3故障排除

此系统可以点击查看所有线路出现的故障信息，并可按照时间进行排序，有选择的查看最近获最早时间的线缆故障信息。用户可选中某条故障记录后，可双击鼠标左键查看相关的波形文件，从而及时发现及排除故障如图1所示。

图1

4技术创新点

针对电缆运行对系统稳定性要求高的情况，供电车间与厂家积极沟通，参与在线检测装置性能的改进，提出了适合现场的新要求。1）可以实现电力电缆在线故障预警。2）实现电力电缆故障预警，便于供电部门提前或有计划检修，避免因电缆突发故障造成停电，减少因停电所造成的经济损失以及对企业生产和人民生活带来的不利影响，提高供电可靠性。3）实现电力电缆故障点的测距，给电缆的检修提供依据。

结束语

经过电缆接地线电流在线监测技术的实践，不改变电缆运行方式和结构，不占用现有系统资源，在电缆接地导体上安装高频电流传感器，安全可靠，直接选定故障电缆线路。实现电力电缆在线故障预警，提前预警故障隐患。便于供电部门提前或有计划检修，避免因电缆突发故障造成停电，减少因停电所造成的经济损失以及对企业生产和人民生活带来的不利影响，提高供电可靠性。

5应用实例效果

如在线监测系统出现危险报警时,说明此条电缆出线的绝缘出现了问题,需立即安排人员对电缆进行专项巡线,及时排查出电缆的缺陷或外部环境破坏因素,从而使电缆隐患能够尽早排除,保证了电缆的安全稳定运行。运行以来,应用电缆接地线电流在线监测技术,已经成功发现了多起电缆绝缘受损缺陷。2011年4月19日,技术人员发现35kv转炉I线有故障触发情况,因此厂家建议关注此条线路,鉴于转炉I线有备用线路,因此车间拟对该条线路进行停电检查,并上报调度,调度立即安排将转炉I线切换到转炉11线。对转炉I线进行了直流耐压试验,结果证明转炉I线电缆确实存在故障,经查实为电缆中间接头故障,从而及时对故障点进行了相关处理,保证了供电线路的正常运行。2013年2月12日,35kV精炼I线发故障信号,对精炼I线进行直流耐压试验,经查实为电缆头绝缘损坏。由此可看出,电缆在线监测系统预警准确,达到了提前告警,预防产生重大损失的目的。参考文献

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