李錦燕 王振海 鄭嶸 毛振海

摘 要：電力電纜是電力系統(tǒng)的重要組成部分，是連接供電網(wǎng)絡(luò)的紐帶和橋梁之一。隨著綜自站的不斷發(fā)展，電力電纜的使用量也在逐年增加。2014年4月任東22萬站綜合自動化改造投產(chǎn)，110kV、35kV出現(xiàn)全部改為電纜；這就要求電力電纜的運(yùn)行必須長期、連續(xù)、安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)。電纜絕緣故障的在線監(jiān)測和故障診斷對于保證供電的可靠性具有重要意義。所以對研究能夠監(jiān)測電纜絕緣狀況的在線設(shè)備，做到故障前準(zhǔn)確預(yù)警并且提供電纜損毀點(diǎn)的精確位置，得以計劃停電檢修，提高供電可靠性，減少大量的人力物力消耗，有著迫切的需求。

關(guān)鍵詞：電力電纜；在線監(jiān)測；提高供電可靠性

變電所關(guān)系著居民生活和企業(yè)生產(chǎn)用電，因此其中的電力電纜需要定時的檢修。關(guān)于檢修有很多必要的措施，以達(dá)到用最少的人力和最小的代價來快速實(shí)現(xiàn)檢測?，F(xiàn)如今，電力電纜的檢測更多的是尋求一種新的檢測方式，這種方式能夠快速有效實(shí)現(xiàn)其是否正常運(yùn)作的狀態(tài)的檢測，這種檢測方式是利用在線綜合監(jiān)測系統(tǒng)來進(jìn)行。這種在線監(jiān)測的方式可以大大降低人員的在場性。在早些時候，所有的電力電纜都需要專門的人員到現(xiàn)場對每個變電所進(jìn)行檢測，但這種方式需要很多工作人員，也會浪費(fèi)很多時間，如果能有一種方式可以讓專業(yè)人員可以不奔波于各種變電所的檢修路上就可以監(jiān)測到所有變電所的電力電纜運(yùn)行情況，那自然可以減少人員的配備，并且可以大大提高工作人員的工作效率。這種在線綜合監(jiān)測系統(tǒng)是自國外引進(jìn)而來，它可以對運(yùn)行電壓下的電纜的絕緣狀態(tài)進(jìn)行檢測，還可以就檢測結(jié)果進(jìn)行分析，并實(shí)時反映到監(jiān)測端的界面上。同時這種系統(tǒng)還可以進(jìn)行自動連續(xù)的檢測，依據(jù)大量的數(shù)據(jù)以及判據(jù)的數(shù)模分析可以判定絕緣狀態(tài)變化趨勢，從變化趨勢中尋找危險征兆，從檢測結(jié)果來綜合判斷電纜運(yùn)行狀況。并且利用通訊技術(shù)實(shí)時提報檢修和運(yùn)行值班人員，即達(dá)到事故之前計劃檢修，避免事故擴(kuò)大和不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

威納電氣公司最新研發(fā)的電力電纜在線綜合監(jiān)測系統(tǒng)是采用基于行波法的電纜故障在線診斷方法，符合國內(nèi)配網(wǎng)小電流系統(tǒng)的實(shí)際情況，并且經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)室仿真模型的數(shù)據(jù)獲得設(shè)計參數(shù)，在勝利油田錦華變投入試運(yùn)行，目前系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，并且對電纜接地故障成功預(yù)警并測距成功，基本達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)。下面就此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行闡述。

1 此系統(tǒng)主要組成及技術(shù)特點(diǎn)

1.1 電力電纜故障形成機(jī)理和過程。電力電纜很容易在無人監(jiān)管的情況下出現(xiàn)故障，在故障的形成原因中，水樹枝老化是造成交聯(lián)聚乙烯電纜在運(yùn)行中被擊穿的主要原因。在絕緣中存在缺陷、微孔和水分的前提下，由于缺陷或微孔處的電場畸變，會導(dǎo)致在運(yùn)行電壓下引發(fā)水樹枝，水樹枝的生長相對較慢，但伴隨水樹枝生長，水樹枝尖端的電場將愈加集中，局部高電場強(qiáng)度最終會導(dǎo)致水樹枝尖端產(chǎn)生電樹枝，造成運(yùn)行電纜的瞬間燃弧，電纜絕緣下降，并且隨著燃弧的積累，最終造成電纜絕緣損毀。

1.2 監(jiān)測瞬時性燃弧特征和辨識方法達(dá)到故障預(yù)警目的。在變電站中，電線電纜的故障一般是分為可恢復(fù)故障和不可恢復(fù)故障兩種，對于由水樹枝造成的故障，則一般是可恢復(fù)故障。但是，這種可恢復(fù)故障次數(shù)不斷增多之后，則會變得具有不可恢復(fù)性。像不可恢復(fù)的故障，則通常要有專門的維修人員去修復(fù)。通常的監(jiān)測系統(tǒng)也有監(jiān)測電纜的功能，但很少有能分出故障成因的。本文所研究的在線綜合監(jiān)測系統(tǒng)有著捕捉、記錄瞬時性可恢復(fù)接地故障的特高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)，以及能有效判斷其特征的數(shù)字辨識方法，同時研究此類故障最終造成電纜損毀的有效次數(shù)積累，確立電纜故障預(yù)警判據(jù)，通過對運(yùn)行的電力電纜的實(shí)時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析達(dá)到故障預(yù)警功能。

1.3 行波故障測距和算法。本系統(tǒng)通過建立運(yùn)行電纜得到的瞬時性可恢復(fù)接地故障數(shù)據(jù)，可以建立電纜故障分析模型，研究電纜的行波測距技術(shù)和自動算法。在故障預(yù)警的同時，通過行波測距自動算法，指示故障點(diǎn)距離。

1.4 故障選線。這一在線綜合監(jiān)測系統(tǒng)不僅可以對出現(xiàn)故障的位置和特點(diǎn)進(jìn)行報警，還可以通過數(shù)據(jù)分析來遴選出究竟是哪條電纜發(fā)生了故障。即便是有一些突發(fā)性的行為（如雷擊、人物破壞等）導(dǎo)致的電纜故障，系統(tǒng)也可以指出相對比較明確的故障線路，可以讓工作人員根據(jù)發(fā)出的警報來快速查找線路并且在最快的時間內(nèi)控制故障，將事故的影響降到最低。

1.5 系統(tǒng)構(gòu)成。①本系統(tǒng)由在線監(jiān)測傳感器、監(jiān)測裝置、后臺軟件、通訊等幾部分組成。在線預(yù)警及測距裝置為“即插即用”式設(shè)計，由主控單元（CPU板）和高速數(shù)據(jù)采集單元（DAU板）等構(gòu)成。根據(jù)功能劃分，裝置由以下幾個基本部分組成，它們分別是：中央處理單元（CPU）、高速數(shù)據(jù)采集單元（DAU）、I/O接口單元、人機(jī)界面、模擬信號輸入和電源等幾部分。②后臺軟件及實(shí)時分析系統(tǒng)。后臺采用運(yùn)行Windows XP系統(tǒng)的管理軟件，內(nèi)置監(jiān)測電纜的名稱、波速度、電纜長度、歷史數(shù)據(jù)等信息。采用局域網(wǎng)方式與監(jiān)測裝置通訊，可以操作裝置的參數(shù)設(shè)置。人機(jī)界面良好，并且通過上位通訊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程服務(wù)。本系統(tǒng)可以作為管理員系統(tǒng)，也可以現(xiàn)場分析故障預(yù)警及測距信息，可以實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)通訊，并且可以向相關(guān)人員發(fā)送短信報警信息。

2 結(jié)論

①對于配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)，故障電流微弱、電弧不穩(wěn)定等原因，基于穩(wěn)態(tài)信息的方法效果均不理想。故障電流中暫態(tài)分量遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)分量，即使在相電壓過零時故障也有明顯的暫態(tài)過程，因此基于暫態(tài)行波信號的方法可靠性、靈敏度均較高。

②基于暫態(tài)行波信號特征分量的特高頻數(shù)據(jù)采集，證實(shí)交聯(lián)電纜的“可恢復(fù)故障”是存在的。并且可以根據(jù)采集此類故障積累的判斷，預(yù)知電纜的絕緣損毀程度，并且總結(jié)得到一個可靠的判據(jù)，實(shí)現(xiàn)電纜的故障預(yù)警，達(dá)到狀態(tài)檢修的目的。

③由于電纜“可恢復(fù)故障”的暫態(tài)行波信號特征分量幅值強(qiáng)，通過對采用特高頻數(shù)據(jù)采集裝置采集到的波形分析，并且與電纜故障后查找故障的測距比對，能夠確認(rèn)本在線監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)電纜發(fā)生永久故障之前的故障測距功能。并且裝置設(shè)計的測距精度達(dá)到每公里0.7米。

④本系統(tǒng)得到的在勝利油田變電所運(yùn)行電力電纜的“可恢復(fù)故障”數(shù)據(jù)，是世界上首例在運(yùn)行電纜上得到的暫態(tài)行波可分析故障距離的信息，為此技術(shù)的發(fā)展奠定了一個堅實(shí)的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)在運(yùn)用過程中成功得到了因人為原因造成的電纜損毀觸發(fā)波形，正確的反映了單相接地之后故障點(diǎn)連續(xù)引弧的過程，并且在接地報警過程中可以準(zhǔn)確的指示出接地電纜回路和電纜接地故障的距離，使檢修人員迅速排除故障，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定。s