陳蘊(yùn)迪 鮑小慧

摘要：隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，電力電纜因?yàn)槠涮赜械拿阑h(huán)境、不占用線路走廊、故障率低、供電可靠等優(yōu)點(diǎn)而得到了廣泛的應(yīng)用，但它發(fā)生故障時(shí)，查線困難，故障恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，影響面將遠(yuǎn)大于架空線路。因此，為了保證電力電纜安全可靠供電，對(duì)電纜進(jìn)行在線故障診斷與檢測(cè)意義重大。

關(guān)鍵詞：電纜線路故障；在線監(jiān)測(cè)；電力電纜

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）29-0104-02

電力電纜是電力系統(tǒng)主干線中用以傳輸和分配大功率電能的電纜產(chǎn)品，常用于城市地下電纜、發(fā)電站引出線路、過(guò)江過(guò)海水下輸電線等，按電壓等級(jí)可分為中低壓電力電纜、高壓電纜、超高壓電纜，配電網(wǎng)中用的是中低壓電纜。隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，電力電纜的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，其故障影響面也越來(lái)越大。雖然電纜線路日常維護(hù)成本少，但是相比架空線，電纜線路故障定位和修復(fù)相對(duì)難、修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、維修費(fèi)用高得多。據(jù)介紹，在美國(guó)城市地區(qū)地下電纜的維護(hù)費(fèi)約為架空線的4倍。因此，研究出電纜預(yù)測(cè)維修和故障定位對(duì)提高電纜供電可靠性意義重大。

1 研究背景及意義

截止2012年底，平陽(yáng)公司10kV線路229條，1957.578公里。其中架空線路203條，1557.850公里；電纜線路26條，399.728公里。近年來(lái)電纜線路每年以13%的速度增長(zhǎng)。

目前平陽(yáng)電纜線路主要應(yīng)用在城鎮(zhèn)，基本上免維護(hù)，維護(hù)費(fèi)用少，但是一旦發(fā)生故障，其維護(hù)成本也大大超出架空線路。2011年7月，昆陽(yáng)10kV人北513線安置小區(qū)支線電纜故障，損失負(fù)荷2000kW；2013年3月，昆陽(yáng)10kV鎮(zhèn)二662線電纜故障，損失負(fù)荷8000kW。隨著電纜線路的增加，電纜故障影響面將不斷擴(kuò)大。

本項(xiàng)目通過(guò)建立一套電纜線路故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)線路運(yùn)行負(fù)荷、溫度及故障電流；快速定位線路故障位置，避免事故擴(kuò)大，縮短停電時(shí)間；減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省人力物力；提高供電可靠性、電纜線路自動(dòng)化管理水平，為今后電纜大面積使用后，電纜安全可靠運(yùn)行提供保障。

2 實(shí)施方案

2.1 研究要點(diǎn)

本項(xiàng)目針對(duì)安裝、供電方式、通信方式、數(shù)據(jù)處理等多方面研究，確定最佳實(shí)施方案。故障檢測(cè)終端采用開(kāi)口穿心式安裝及拆卸。電纜線路短路、接地故障檢測(cè)終端供電方式采用感應(yīng)取電；大功耗通信主機(jī)采用雙路感應(yīng)取電裝置或AC220V供電；兩個(gè)感應(yīng)取電裝置裝在不同線路上保證通信主機(jī)在某一線路發(fā)生故障后有備用電源。利用突變電流量和零序電流量法提高電纜線路故障檢測(cè)準(zhǔn)確度。利用單片機(jī)內(nèi)核把計(jì)算速度提高到每秒500萬(wàn)次，同時(shí)進(jìn)行10位數(shù)字采樣；所有測(cè)量均采用數(shù)字方式，減少干擾，提高精度。通信主機(jī)與系統(tǒng)主站間用無(wú)線GPRS加無(wú)線射頻網(wǎng)絡(luò)通信；使用大功率射頻傳輸技術(shù)和無(wú)線傳輸終端中繼方式，解決無(wú)GPRS網(wǎng)絡(luò)的通信問(wèn)題。系統(tǒng)主站負(fù)責(zé)接收故障檢測(cè)終端上傳負(fù)荷及報(bào)警信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、報(bào)警轉(zhuǎn)

發(fā)等。

為保證終端長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，裝置每天進(jìn)行一次自檢，檢查自身的通訊及供電等情況，將相關(guān)信息發(fā)送到系統(tǒng)主站。主站若持續(xù)24小時(shí)未接收到相應(yīng)終端的自檢信息則發(fā)出提示信息，提醒工作人員加以處理。

2.2 檢測(cè)方法的確定

現(xiàn)在檢測(cè)方法主要有四種：

2.2.1 “首半波”檢測(cè)法?！笆装氩ā痹砑僭O(shè)接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間，利用線路故障后暫態(tài)零序電流每一個(gè)周期首半波與非故障線路相反的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，缺點(diǎn)是不能反映相電壓較低時(shí)的接地故障，受接地過(guò)渡電阻影響較大且存在工作死區(qū)。

2.2.2 “諧波方向”原理檢測(cè)。利用5次或7次諧波電流的大小或方向形成選擇性接地保護(hù)，缺點(diǎn)是其零序電壓動(dòng)作值往往很高、靈敏度較低，在接地點(diǎn)存在一定過(guò)渡電阻情況下容易出現(xiàn)拒動(dòng)現(xiàn)象。

2.2.3 “信號(hào)注入法”。利用單相接地時(shí)原邊被短接暫時(shí)處于不工作狀態(tài)的接地相PT，人為地向系統(tǒng)注入一個(gè)特殊信號(hào)電流，利用只反映注入信號(hào)而不反映工頻及其諧波成分的信號(hào)電流探測(cè)器，跟蹤注入電流，對(duì)單相接地故障進(jìn)行定位。

2.2.4 零序電流檢測(cè)法。當(dāng)零序電流值超過(guò)設(shè)定值時(shí)判為接地故障。電纜線路故障時(shí)零序電流量比架空線路的要大很多，容易檢測(cè)與運(yùn)算分析。

通過(guò)比較，本項(xiàng)目對(duì)于短路故障采用突變電流量來(lái)判定；對(duì)于接地故障采用準(zhǔn)確度高的零序電流法檢測(cè)，提高故障檢測(cè)準(zhǔn)確度，減少誤報(bào)情況的發(fā)生。

2.3 電纜線路在線故障檢測(cè)系統(tǒng)確定

該系統(tǒng)主要由7部分組成：電纜線路短路故障檢測(cè)終端、電纜線路接地故障檢測(cè)終端、面板指示器、電纜型通信主機(jī)、通信交換機(jī)、服務(wù)器、系統(tǒng)軟件，結(jié)構(gòu)圖如圖1

所示：

掛在線路上的電纜線路檢測(cè)終端采集線路上的負(fù)荷溫度信息、短路、接地故障信息等，通過(guò)無(wú)線射頻把它們傳輸?shù)诫娎|型通信主機(jī)，電纜型通信主機(jī)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸?shù)酵ㄐ沤粨Q機(jī)進(jìn)入服務(wù)器，服務(wù)器相關(guān)軟件在運(yùn)算處理后進(jìn)行信息的顯示、報(bào)警、報(bào)警短信轉(zhuǎn)發(fā)等。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，配電檢修人員根據(jù)通信交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)警短信迅速到達(dá)故障現(xiàn)場(chǎng)予以處理，避免事故擴(kuò)大，減少用電損失，減輕工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高電纜線路現(xiàn)代化管理

水平。

3 應(yīng)用情況及成效

3.1 應(yīng)用情況

本項(xiàng)目硬軟件組成：10組故障檢測(cè)終端、10臺(tái)通信主機(jī)、1套電纜線路故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。平陽(yáng)公司對(duì)10條10kV電纜線路進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

3.1.1 進(jìn)行短路和接地故障的準(zhǔn)確判斷和快速定位；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和定時(shí)上傳負(fù)荷電流、導(dǎo)線溫度、故障電流和異常溫度。

3.1.2 通過(guò)聲光、短信、面板指示報(bào)警通報(bào)短路故障、接地故障、電纜溫度越限等，同時(shí)指出故障時(shí)間、位置及類型。

3.1.3 支持各終端接收主站系統(tǒng)時(shí)鐘對(duì)時(shí)；故障檢測(cè)終端每天定時(shí)進(jìn)行自檢，自檢信息包括自檢信息特征碼、通信主機(jī)的組號(hào)、未收到自檢信息的終端編號(hào)等，確保終端正常運(yùn)作。

3.1.4 支持?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、信息查詢、擴(kuò)展功能等，提供歷史數(shù)據(jù)分類統(tǒng)計(jì)、分時(shí)統(tǒng)計(jì)和多種條件組合查詢；可以與其他子系統(tǒng)（如饋線自動(dòng)化系統(tǒng)）綜合運(yùn)用，使線路故障判斷更加準(zhǔn)確、故障查找和排除更加迅速。

3.2 實(shí)施成效

3.2.1 利用突變電流、零序電流檢測(cè)等方法，提高電纜線路故障檢測(cè)準(zhǔn)確度。

3.2.2 系統(tǒng)具有“二遙”功能，能夠感應(yīng)取電，具有無(wú)線通信、光纖通信、電纜通信功能，就地顯示報(bào)警功能，能抗電磁干擾及勵(lì)磁涌流影響，提高平陽(yáng)公司電纜自動(dòng)化運(yùn)行水平。

3.2.3 系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)電力電纜運(yùn)行情況，將監(jiān)測(cè)到的報(bào)警信息送至相關(guān)責(zé)任人手機(jī)上，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少電纜故障停電時(shí)間，提高工作效率。

3.2.4 本系統(tǒng)能直觀顯示數(shù)據(jù)，具有報(bào)警、報(bào)警短信轉(zhuǎn)發(fā)、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表生成等功能。

3.2.5 本系統(tǒng)支持與其他運(yùn)行管理系統(tǒng)互聯(lián)，可與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)、配電自動(dòng)化系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)等軟件集成，允許更多的部門(mén)使用故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；同時(shí)電纜故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究，為電纜廣泛應(yīng)用后的自動(dòng)化管理提供經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

隨著電纜線路的廣泛應(yīng)用，其運(yùn)行性能對(duì)配電網(wǎng)供電安全影響越來(lái)越大，對(duì)電纜線路現(xiàn)代化管理提出更高的要求，因此，開(kāi)展各類研究提高電纜運(yùn)行水平意義重大。比如：研究電纜運(yùn)行中出現(xiàn)的各類電氣障礙、安全隱患、防范措施，研究電纜表層測(cè)量技術(shù)、研究電力電纜仿真模型、研究電纜局部放電量的測(cè)量方法、研究系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)等。

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