石武

（中油電能供電公司配電運(yùn)維部，黑龍江 大慶 163000）

電力電纜大多隱埋在地下電纜井中，使得不能對電纜出現(xiàn)的隱患及時發(fā)現(xiàn)和解決，為了能夠?qū)﹄娏﹄娎|的運(yùn)行狀態(tài)、故障、隱患等及時掌握與了解，使電纜穩(wěn)定運(yùn)行得到保障，應(yīng)當(dāng)加大對電纜的巡查的物資、人力的投入，建立電力電纜故障監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，使電纜能夠長期保持穩(wěn)定可靠的運(yùn)行狀態(tài)。

1 電力電纜故障監(jiān)測以及預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計的意義

隨著我國城市化的不斷推進(jìn)，企業(yè)用電和居民生活用電需求逐年升高，每年增長平均約為34．5%。長期以來對電力電纜運(yùn)行通過定期預(yù)防性試驗來防止故障的產(chǎn)生，雖然對電纜安全運(yùn)行起到了一定的預(yù)防作用，但是需要到達(dá)現(xiàn)場進(jìn)行實地檢測，每次檢測間隔時間較長，不能夠及時發(fā)現(xiàn)電纜的安全隱患和處理；而且每次檢測都需要大面積停電才能測試，給居民和附近企業(yè)帶來了嚴(yán)重不便，使得以往的預(yù)防手段不能滿足現(xiàn)代社會對電力電纜的需求。因此，需要一種能夠?qū)﹄娏﹄娎|運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測和預(yù)警的監(jiān)測方式。

電力電纜在線監(jiān)測是一種對電纜運(yùn)行過程中溫度、電流、電氣等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控、并通過數(shù)字化形式傳送到監(jiān)測系統(tǒng)的手段，通過對監(jiān)測系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與統(tǒng)計，對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、標(biāo)記等處理，并及時發(fā)出預(yù)警信號，從而實現(xiàn)在線實時監(jiān)測和預(yù)警功能。

2 電力電纜常見故障分析

電力電纜運(yùn)行過程中，受到時間、環(huán)境、自身磨損和消耗等情況的影響，會出現(xiàn)故障，電力電纜出現(xiàn)故障的因素主要有：低阻、高阻、泄漏、開路、閃絡(luò)等故障。

（1）低阻故障。當(dāng)電纜相間的絕緣受到損壞、使得絕緣電阻比電纜的特性阻值降低了10倍，而引發(fā)的電阻故障，可通過低壓脈沖反射的方法檢測出。

（2）高阻故障。當(dāng)電力電纜相間絕緣電阻比電纜特性阻值高出10倍時引發(fā)的電阻故障，例如，兩相短路、接地或者單相接地等。

（3）泄漏故障。是高壓絕緣實驗過程中，實驗電壓在達(dá)到額定值前，其泄漏的電流超出了允許泄漏的范圍值，屬于高阻故障的一種較為極端的表現(xiàn)。

（4）開路故障。電纜相間絕緣電阻雖然在規(guī)定范圍值以內(nèi)，但是其對電壓的負(fù)載能力卻很差，不能有效將工作電壓傳送至終端處，是導(dǎo)體出現(xiàn)不連續(xù)性的故障。

（5）閃絡(luò)故障。是在預(yù)防性測試或交接試驗時，電氣性能以及絕緣阻值均是良好的，但是隨著電壓升高，泄漏電流會猛然出現(xiàn)閃絡(luò)性的擺動，但是隨著電壓的下降，泄漏電纜又會恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)。

3 電力電纜故障監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

電力電纜芯線是輸送電流的載體，用來對電流進(jìn)行傳輸；絕緣層是為了將電纜帶電部分也就是芯線與外界隔離，保護(hù)電纜防止受到外界的干擾和損壞；屏蔽層是為了將電流較大而導(dǎo)致附近產(chǎn)生的磁場進(jìn)行屏蔽，避免磁場強(qiáng)度過大影響其他元件的運(yùn)行，同時可以將發(fā)生泄漏的電流進(jìn)行屏蔽并將電流流入到接地系統(tǒng)；電纜層主要是保護(hù)電纜絕緣層在鋪設(shè)或運(yùn)行時不受到損壞，使電纜能夠長時間保持電氣穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1 電纜護(hù)層接地系統(tǒng)設(shè)計

當(dāng)電纜絕緣出現(xiàn)損壞時，電纜護(hù)層接地電流會發(fā)生改變，通過對電纜護(hù)層接地線的電流進(jìn)行監(jiān)測，可判斷出電纜安裝的接地方式是否正確和有效，按照電磁耦合原理進(jìn)行設(shè)計，護(hù)層感應(yīng)的電量會隨著電纜絕緣性能改變而變化，通過對接地電流進(jìn)行監(jiān)測能夠?qū)﹄娎|絕緣狀態(tài)和接地環(huán)流大小進(jìn)行有效監(jiān)測，及時對故障的發(fā)生進(jìn)行預(yù)防，使電纜穩(wěn)定、安全運(yùn)行得到保障。將電纜金屬護(hù)層的平均直徑假設(shè)為D，將電纜相間的中心距離假設(shè)為S，電力電纜的長度假設(shè)為ι，工作電流假設(shè)為Ι，假設(shè)角頻率為ω，對感應(yīng)電動勢進(jìn)行計算。

例如，等邊三角形排列方式。

由于等邊三角形排列的特殊性，三相電纜可均衡敷設(shè)在三個頂（A、B、C），因此S1=S2=S3=S，單位長度的感應(yīng)電動勢為：

單芯電纜護(hù)層感應(yīng)電動勢和電纜的導(dǎo)體、長度的工作電流大小成正比的關(guān)系，還和護(hù)層的半徑、中心距離等有關(guān)，通過正三角形排列的方式，可以有效降低護(hù)層的感應(yīng)電動勢或中心距離，不過中心相距太小會導(dǎo)致電纜散熱不好，因此，在設(shè)計時還需要進(jìn)行綜合考慮。

3.2 電力電纜溫度監(jiān)測設(shè)計

絕緣溫度升高是電纜發(fā)生故障的主要因素，電聯(lián)導(dǎo)體溫度又決定了電纜絕緣材料的使用壽命，電纜溫度監(jiān)測是電纜預(yù)警在線監(jiān)測重要手段，電纜負(fù)荷增加以及老化都會使芯線溫度出現(xiàn)反映，對電纜溫度進(jìn)行在線監(jiān)測，能夠?qū)﹄娎|的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控和掌握，及時發(fā)現(xiàn)不安全隱患并得到解決，使電纜安全穩(wěn)定運(yùn)行得到有效的保障。雖然在實際測量過程中無法直接對芯線溫度進(jìn)行測量，通過對電纜表皮使用熱電偶、紅外線、光纖熱電阻等進(jìn)行測溫或者可通過電纜接頭處的溫度對電纜芯線電流進(jìn)行預(yù)測，據(jù)統(tǒng)計，電纜接頭溫度和電流關(guān)系成正比，通過建立電力電纜接頭溫度預(yù)測模型進(jìn)行監(jiān)測，能夠有效反映出電纜芯線的溫度。

4 電力電纜預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

電纜故障多由時間、環(huán)境、自身磨損和消耗等因素引發(fā)，例如井道中有可燃?xì)怏w、電纜長期受到液體淹沒浸泡，自身發(fā)熱或散熱不暢等。電力電纜監(jiān)測、預(yù)警系統(tǒng)主要通過可燃?xì)怏w、電流、溫度、水位傳感器以及光電開關(guān)等對電纜的實時情況繼續(xù)監(jiān)測和傳遞，能夠及時將電纜實時電流大小、對可燃?xì)怏w濃度、水位、以及人或動物的非法闖入、護(hù)層接地電流、絕緣接頭溫度等進(jìn)行監(jiān)控，并及時將采集到的信號傳輸回監(jiān)測系統(tǒng)，使工作人員對電腦端收到的數(shù)據(jù)對電纜的運(yùn)行情況、發(fā)生的故障、潛在的危險進(jìn)行及時掌握并作出相應(yīng)處理，使得電纜運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。預(yù)警系統(tǒng)對在線監(jiān)測到的異常情況通過預(yù)警系統(tǒng)及時發(fā)出警報，并向系統(tǒng)內(nèi)的工作人員發(fā)送預(yù)警信息。使用數(shù)據(jù)分析法將監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，同時綜合對電纜運(yùn)行時的數(shù)據(jù)和指標(biāo)設(shè)定相應(yīng)的范圍值，將短信服務(wù)和監(jiān)測系統(tǒng)連接，當(dāng)電纜運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常時通過監(jiān)測軟件發(fā)出預(yù)警提示，并將異常數(shù)據(jù)發(fā)送給工作人員手機(jī)端，使工作人員能夠及時對異常情況進(jìn)行處理和維護(hù)，實現(xiàn)故障預(yù)警功能，同時還能對歷史異常數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計，對常出故障的地方進(jìn)行標(biāo)記，方便工作人員對故障的變化趨勢的掌握，加強(qiáng)對相應(yīng)地方進(jìn)行維護(hù)和預(yù)防。

5 結(jié)語

本文通過對電力電纜常見故障進(jìn)行了分析，通過對電纜實施護(hù)層接地電流和接頭溫度進(jìn)行檢測，通過建立電纜接頭溫度預(yù)測模型以及其所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和分析，實現(xiàn)了對電力電纜運(yùn)行狀態(tài)和故障的實時監(jiān)控，通過使用短信技術(shù)實現(xiàn)了電力電纜的預(yù)警。