王亮才，李志文

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司青田縣供電公司，浙江 青田 323900）

0 引言

隨著人們對配電系統(tǒng)供電可靠性要求的提高，加快配電系統(tǒng)中的故障處置速度是配電系統(tǒng)運(yùn)維人員的重要職責(zé)。當(dāng)前配電系統(tǒng)中廣泛采用了電纜線路，而電纜線路常常由于電纜附件或者是電纜接頭處的絕緣損壞而導(dǎo)致線路跳閘，甚至還會引發(fā)火災(zāi)事故。同時低壓電纜絕緣老化受實(shí)際材料性能的影響，并且絕緣老化的速度和電纜的應(yīng)用環(huán)境直接相關(guān)，難以避免[1]。為了能夠提前感知低壓電纜中所存在的缺陷，可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)出低壓電纜短路自動報(bào)警裝置，感知電纜線路中是否出現(xiàn)了因絕緣損壞而導(dǎo)致的漏電流，一旦漏電流達(dá)到了動作閾值，及時發(fā)出告警，從而避免配電系統(tǒng)出現(xiàn)停電事故。

1 低壓電纜絕緣故障的檢測現(xiàn)狀

1.1 低壓電纜的運(yùn)維現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，企業(yè)及居民的用電量都得到了快速的增長，每年都保持了較高的電量增長速度，低壓電力電纜的使用量也得到了大幅的提升。低壓電纜雖然在實(shí)際中的運(yùn)行維護(hù)工作量較小，但也并不是免維護(hù)，還是會發(fā)生類似于電纜接頭爆炸、電纜線路短路等故障，進(jìn)而引發(fā)突發(fā)性停電事故。為了防止低壓電力電纜出現(xiàn)故障，電纜的運(yùn)維人員也會定期對電力電纜開展預(yù)防性檢修試驗(yàn)。但是采用這種方式需要運(yùn)維人員去現(xiàn)場，并且預(yù)防性檢測周期也相對較長。如果低壓電力電纜在預(yù)防性檢測周期時間間隔內(nèi)出現(xiàn)了缺陷，也做不到及時發(fā)現(xiàn)及處理。

1.2 低壓電纜的故障檢測現(xiàn)狀

低壓電纜在結(jié)構(gòu)組成上，主要包括了絕緣層、導(dǎo)體以及防護(hù)層等幾個部分組成。隨著低壓電纜線路運(yùn)行時間的變長，會發(fā)生多種不同類型的故障，有的故障較為容易查找，但有的卻比較難查找。低壓電纜線路發(fā)生故障的原因類型也較多，主要包括了外力破壞、絕緣系統(tǒng)因老化而損壞等。在傳統(tǒng)的低壓電纜故障排查中，當(dāng)配電系統(tǒng)發(fā)生故障時，一開始難以判斷故障的具體原因是否由低壓電纜所引起。當(dāng)配電搶修人員抵達(dá)現(xiàn)場之后，首先勘察現(xiàn)場的設(shè)備是否有打火現(xiàn)象，配電線路是否存在過載情況等，綜合考慮故障點(diǎn)是否位于低壓電纜。如果確定是由低壓電纜故障原因引起，則將電纜頭兩側(cè)解開，并測試低壓電纜的絕緣性能，如果電纜的絕緣性能指標(biāo)不合格，則將該低壓電纜更換。這種傳統(tǒng)的方法對于檢修人員的經(jīng)驗(yàn)豐富程度要求相對較高，并且所需要的處理時間也較長，這樣就使得對低壓電纜中的故障處置效率較低[2]。為了提高低壓電纜中的故障處置效率，可以采用基于物聯(lián)網(wǎng)的低壓電纜短路自動報(bào)警裝置。當(dāng)?shù)蛪弘娎|出現(xiàn)故障時，及時發(fā)出告警信息，從而提醒運(yùn)維人員進(jìn)行故障處置。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在低壓電纜故障檢測中的應(yīng)用

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)智能感知和數(shù)據(jù)共享方面存在著較大的應(yīng)用優(yōu)勢，一般在實(shí)際應(yīng)用中，先通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集現(xiàn)場的狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，再對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理。為了提高數(shù)據(jù)處理的實(shí)時性，降低數(shù)據(jù)傳輸對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求，可以采用邊緣計(jì)算技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)的邊緣端就將很多臨時數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這樣就減少了數(shù)據(jù)在中間的傳輸過程，使得系統(tǒng)的響應(yīng)速度更快。同時由于和遠(yuǎn)程服務(wù)之間交換的數(shù)據(jù)量得到了降低，故可以減輕網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)帶寬的壓力，同時也能夠降低數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險。圖1為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用架構(gòu)。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用架構(gòu)

從圖1中可知，首先利用轉(zhuǎn)換元件將低壓電纜中的漏電流、絕緣電阻等物理量轉(zhuǎn)換為邊緣計(jì)算系統(tǒng)可以處理的數(shù)字量。經(jīng)過邊緣計(jì)算處理之后的數(shù)據(jù)，再經(jīng)過通信接口發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及邊緣端的初步處理，這些模塊構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)智能感知系統(tǒng)，以下詳細(xì)分析利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建的低壓電纜短路自動報(bào)警裝置的原理。

2.2 低壓電纜的絕緣故障檢測

低壓電纜受實(shí)際運(yùn)行環(huán)境和自身磨損等因素影響，會發(fā)生多種不同類型的故障。當(dāng)?shù)蛪弘娎|出現(xiàn)了故障時，主要會有以下不同的表現(xiàn)，據(jù)此可以判斷低壓電纜是否出現(xiàn)了絕緣故障問題：一是低阻，當(dāng)?shù)蛪弘娎|發(fā)生了相間絕緣損壞時，使得電纜的絕緣電阻出現(xiàn)了較為明顯的降低，可以采用低壓脈沖發(fā)射的檢測方法進(jìn)行絕緣電阻檢測[3]；二是泄漏，在檢測所采用的試驗(yàn)電壓還未達(dá)到低壓電纜的額定電壓時，此時檢測到的泄漏電流就已經(jīng)超過了允許值，說明低壓電纜發(fā)生了絕緣損壞故障；三是開路故障，雖然絕緣電阻值符合要求，則工作電壓容易出現(xiàn)損耗，難以傳達(dá)到電纜的終端處。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，都可以對這些低壓電纜的故障類型進(jìn)行檢測，并將監(jiān)測結(jié)果加以反饋。如當(dāng)?shù)蛪弘娎|絕緣系統(tǒng)被擊穿時，會在接地回路中產(chǎn)生暫態(tài)行波信號，這類信號的頻率極高，可以采用傳感器來采集在接地線上的行波電流信號，再通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和邊緣計(jì)算技術(shù)進(jìn)行分析和處理，發(fā)出告警信息。

3 低壓電纜短路自動報(bào)警裝置的開發(fā)

3.1 低壓電纜短路自動報(bào)警裝置的原理

利用低壓電纜短路的檢測技術(shù)原理，可以開發(fā)出低壓電纜短路自動報(bào)警裝置。在低壓電纜短路自動報(bào)警裝置中，包括了低壓電纜漏電流、絕緣電阻采集檢測模塊，并引入物聯(lián)網(wǎng)中的邊緣計(jì)算技術(shù)和芯片集成技術(shù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)處理功能模塊，實(shí)現(xiàn)對低壓電纜絕緣數(shù)據(jù)的采集及預(yù)處理。當(dāng)?shù)蛪弘娎|出現(xiàn)了短路情況時，能夠及時發(fā)出低壓電纜絕緣狀態(tài)的就地告警信息，圖2為低壓電纜短路自動報(bào)警裝置的原理結(jié)構(gòu)圖。

圖2 低壓電纜短路自動報(bào)警裝置的原理結(jié)構(gòu)圖

從圖2的低壓電纜短路自動報(bào)警裝置的原理結(jié)構(gòu)圖中可以看出，將自動報(bào)警裝置的輸入端和電纜相連，輸出端連接自動報(bào)警功能組件4，組件2為自動報(bào)警裝置中的數(shù)據(jù)分析及處理功能模塊，組件3為自動報(bào)警裝置的電源模塊。當(dāng)?shù)蛪弘娎|發(fā)生了單相短路或者是相間短路故障時，能夠靈敏地檢測出短路電流或者零序電流，從而發(fā)出報(bào)警信息[4]。為了提高告警信息發(fā)送的實(shí)時性，在數(shù)據(jù)分析和處理算法的選擇上，應(yīng)選擇計(jì)算效率較高的算法，這樣就可以降低數(shù)據(jù)分析及處理所需要花費(fèi)的時間。同時，通過該裝置還可以檢測低壓電纜中的漏電流及絕緣電阻等數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測到電纜的絕緣性能水平較低時，也可以發(fā)生告警信息。

其中在數(shù)據(jù)處理模塊中，應(yīng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和邊緣計(jì)算技術(shù)可靠地對這些采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。利用邊緣計(jì)算技術(shù)可以在數(shù)據(jù)的源頭側(cè)提供服務(wù)，這樣就可以明顯減少數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上的傳輸。其優(yōu)勢一方面為計(jì)算服務(wù)響應(yīng)速度更快，可以應(yīng)用在對實(shí)時性能要求較高的場合；另一方面，由于在通信傳輸通道上的數(shù)據(jù)量較小，故對于數(shù)據(jù)信息安全的保護(hù)程度得到提高。但是邊緣技術(shù)在應(yīng)用的過程中，由于需要自行處理眾多的數(shù)據(jù)，故需要配備相應(yīng)的存儲硬件設(shè)備，屬于一種分散式的計(jì)算方式。在數(shù)據(jù)處理芯片的選擇上，應(yīng)選擇集成度高，能和現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)相兼容的芯片，保證對低壓電纜運(yùn)行數(shù)據(jù)處理的效率。

3.2 低壓電纜短路自動報(bào)警裝置的應(yīng)用

采用本文所分析的低壓電纜短路自動報(bào)警裝置，當(dāng)?shù)蛪弘娎|中出現(xiàn)了接地故障或者是短路故障時，能夠通過裝置中的輔助判斷功能模塊，確定低壓電纜中出現(xiàn)漏電或者是絕緣性能降低的故障點(diǎn)，并自動發(fā)生報(bào)警信息，以便低壓電纜的維護(hù)人員能夠快速對故障進(jìn)行排查，恢復(fù)低壓電纜的正常運(yùn)行[5]。同時采用該短路自動報(bào)警裝置，可以降低故障處置的物資成本，并降低低壓電纜運(yùn)維人員的工作強(qiáng)度、提高現(xiàn)場作業(yè)的安全水平。此外為了降低低壓電纜出現(xiàn)故障的概率，在低壓配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時，對于電纜型號的選擇應(yīng)留有一定的裕度，盡管會在建設(shè)成本上有所提高，但能夠延長低壓電纜的實(shí)際使用壽命，總體而言依然具有較高的經(jīng)濟(jì)價值。其次在電纜的敷設(shè)方式上，對于多雨的地區(qū)，不適合采用直埋的方式，同時應(yīng)加強(qiáng)對低壓電纜的質(zhì)量把關(guān)。通過采取上述一系列措施，將有利于低壓電纜在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。將該低壓電纜短路自動報(bào)警裝置應(yīng)用在某供電公司中，也能夠及時準(zhǔn)確發(fā)出低壓電纜的故障點(diǎn)告警信息，取得了很好的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

本文詳細(xì)分析了利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的低壓電纜短路自動告警裝置，并介紹了其具體的自動告警裝置開發(fā)原理及其在實(shí)際生產(chǎn)中的相關(guān)應(yīng)用情況，對于提高低壓電纜的故障處理效率和技術(shù)水平具有一定的價值，可以在實(shí)際的低壓電纜運(yùn)維中加以推廣應(yīng)用。