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电力电缆护层电流在线监测技术

电缆环流监测装置 2019-12-11 技术论文 731 ℃ 0 评论

摘 要: 本文介绍了高压电力电缆护层的常见故障类型及原因, 分析了在线监测原理, 并阐述了脉冲监测法、电桥监测法、局部放电监测法、温度监测法和接地电流监测法的实现机理和监测过程。何 杰,李 孝,阮昱川,解 辑,李 达(云南电网公司玉溪供电局, 云南玉溪653100)关键词: 护层电流; 电力电缆; 在线监测
0 引言
为了保障高压电力电缆的正常使用, 工作人员应该在故障电缆的监测过程中采取科学的方法, 加强对电缆运行的巡检工作, 发现故障问题及时解决, 并制定电缆维护措施以延长电缆的使用寿命, 另外, 还需做好日常的维护工作。
1 高压电力电缆护层电流故障原因及类型
1 .1 主要故障原因
(1 )运行环境差。引起高压电力电缆护层故障最常见的因素就是电缆的运行环境不理想。在电流热效应的作用下, 长时间超负荷运行的电缆会出现芯线温度快速提升的状况。较高的温度会导致暴露在空气中的绝缘棉老化, 绝缘性能下降, 最终引起绝缘击穿。
(2 )电缆规格型号选购有误。在设计之初, 未充分考虑到电缆敷设区域内全年气候的季节性变化, 或未充分预想到近年来厄尔尼诺等极端天气的负面影响, 导致高压电力电缆规格型号选择存在一定的偏差。在复杂湿热环境的作用下, 低规格的电缆绝缘屏蔽层的厚度、绝缘层杂质含量、绝缘材料均匀程度等指标难以满足实际工作环境的要求, 容易受潮, 绝缘性能下降, 轻则导致击穿事故, 重则危及生命。
(3 )未按操作规程施工。安装高压电缆有着严格的操作规程。但是, 在实际施工过程中, 往往因施工人员认识不到位, 以及技术水平、责任意识等多方面因素, 出现电力电缆护层破损、接头松动等问题。

1 .2 常见故障类型
故障类型与故障原因息息相关, 故障原因的多样性导致故障类型也多种多样。一般情况下, 高压电力电缆护层故障分为以下三种常见类型。
(1 )网络故障。网络故障主要是由超负荷持续运行工作环境引起的。在这种工作环境下, 高压电力电缆护层的绝缘性能会逐渐下降, 最终因电力击穿而导致网络故障。
(2 )断线故障。在外界力量、电缆老化、空气侵蚀、施工安装不规范、接头松动等因素的作用下高压电力电缆全断, 进而引发断线故障。
(3 )交叉互联箱进水故障。在雨季, 充沛的雨水容易在箱体表面引发漏损, 进而导致电缆护层交叉互联箱进水, 进入的污水会引起电缆护层电流短路。
此外, 由于高压电力电缆敷设环境复杂, 发生故障往往是各类故障原因长期作用的结果, 因此, 还存在多种故障并发的可能性。

2 高压电力电缆护层电流在线监测系统原理一般情况下, 如果高压电力电缆超过一定的长度, 其内部产生的护层感应电流或电容电流对电网安全的负面影响就会显著加剧。为了抵消这类负面影响, 在实际工作中, 往往采取电力电缆金属护层交叉互联的方式来应对。护层电流在线监测系统一般是由温控监测装置、护层电流传感器装置、计算模块等设备组成。其中, 温控监测装置被安装在监测电缆护层的各个关键位置; 护层电流传感器装置一般安放在交叉互联接地箱中, 并呈现为钳子形状, 负责收集护层电流信息; 计算模块是在线监测系统的核心, 负责接收并处理传感器的各类监测数据, 对比高压电力电缆温度变化情况, 找出与正常电流差异较大的异常数据, 采用相关算法匹配故障类型, 并判断故障发生的准确地点。

3 高压电力电缆护层电流在线监测方法
3 .1 脉冲监测法
脉冲监测法的实用价值比较高, 应用也比较普遍, 是一类较为常见的在线监测高压电力电缆护层电流的方法。脉冲信号从脉冲发生器内产生, 并在高压电力电缆金属护层中传播。如果高压电力电缆存在异常状态的故障点, 故障点的波阻会发生变化。由脉冲信号反射原理可知, 脉冲信号在金属护层会产生反射, 并被示波器截获。计算模块计算故障点发生位置的主要参数是, 示波器截获的反射回来的脉冲信号的传播时长和脉冲信号在正常电缆中的传播速度。在判断故障类型的时候, 采用脉冲监测法需要排除短路接地的影响。此外, 采用脉冲监测法还需要综合考虑电缆接头和金属管道产生的反射回来的脉冲信号的干扰。因此, 不能简单地认为只要有反射脉冲信号就一定会有故障点, 还需要综合采用其它监测方法辅助判断。

3 .2 温度监测法
温度监测能有效获得电缆绝缘的状况, 在电缆还没有出现故障前就能计算线路负载, 据此对高压地下电缆进行监视, 采用光时域反射及拉曼散射原理, 可避免环境复杂因素的影响, 能够实现多点故障排查、测量。

3 .3 局部放电监测法
局部放电监测法是一类操作相对便捷的监测方法, 其核心工作原理是根据放电信号在绝缘介质中的频率变化来监测高压电力电缆护层电流异常问题。具体实施过程: 在电缆绝缘体上开一个微孔; 借助微孔完成信号放电过程;监测放电信号频率的变化(在高频信号频率超过300 kHz的情况下, 难以直接测量信号频率, 可以采取电缆外屏蔽接地处高频电流互感器耦合的间接测量方法) ; 结合电缆绝缘体相关参数计算故障特征值。

3 .4 接地电流监测法
磁力线铰链现象是困扰单芯电缆接地电流监测的常见因素。金属护层和线芯在单芯电缆中容易产生感应电压,为了防止感应电压造成影响, 接地电流监测法应运而生。该方法是利用接地电流进行护层的故障诊断。在感应电压的作用下, 单芯电缆的金属护层中产生护层环流, 接地电流监测法就是利用测得的环流电流数值来判断护层回路中产生的故障。

3 .5 电桥监测法
电桥监测法需要有三个前提假设条件: 电缆介质分布均匀; 待测高压电力电缆线路满足惠斯登电桥的运行要求; 高压电力电缆的长度与电缆芯电阻具有较为显著的正比例关系。电桥监测法的主要理论依据是惠斯登电桥的相关原理, 把电缆短路接地故障点侧环线电阻引到电桥回路中测量比值, 并利用双臂电桥监测高压电力电缆线路电阻值。在发生短路接地故障时, 电桥监测法测得的不同电阻值可以用来区分不同的短路接地成因, 并结合测量比值确定故障点位置。利用电桥监测法能够较为准确地判断电缆单相接地、相间短路和短路接地等故障类型, 还可以准确计算出故障点的距离。

4 结语
在实际的高压电力电缆护层电流在线监测工作中, 要注重方法选择的科学性, 需要全面考量各种可能存在的故障原因, 综合使用相关在线监测方法。
参考文献
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