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高压电缆金属护层环流在线监测装置的研究与应用

电缆环流监测装置 2020-08-12 技术论文 696 ℃ 0 评论

用于高压输电线路的电力电缆,通常采用单芯结构,且每个线芯都有一个金属护层,当线芯传输电流时,会在周围形成电磁场,金属护层在电磁场的范围内会在其表面形成感应电压。过大的感应电压会对护层造成影响,甚至造成电缆击穿。通常情况下,通过对高压电缆中间接头和终端处金属护层采用不同的接地处理方式,来限制护层上产生的感应电压及金属护层与大地形成回路产生的环流。林斌,孙钦章,何方毅(广东电网有限责任公司佛山供电局,广东佛山528000)

环流的数值波动可直接反映出电缆金属护层绝缘情况和实时状态。检测环流可反映金属护层接地方式的正确性,避免接相错误引起环流的显著增大,甚至对设备、人身构成严重威胁;反映外护层绝缘的好坏,外护层破损会引起环流异常;反映金属护层保护器的好坏,若保护器被击穿,该接地端会变成直接接地,引起该接地段环流显著增大;反映电缆排布的质量。此外,若产生运行事故,环流记录越新越完善,越可以作为事故产生的分析依据之一。
因此,检测金属护层环流对于保证电缆的安全稳定运行至关重要。


1环流检测方法
高压电缆金属护层环流检测是一项常规工作,一般有两种方法:一种是传统方法,运行人员根据运维策略的测量周期,携带钳形电流表和绝缘手套等工器具,定期到现场进行环流测量;另一种是通过环流在线监测装置进行测量,通过后台终端进行数据读取。
传统方法虽然能够满足运行需要,但是大量消耗人力、物力,效率较低,对于塔上终端和地下接地箱,其作业难度和风险较大。
随着科学技术的发展以及智能电网的发展需要,环流在线监测装置的使用越来越普遍。通过此方法,运行人员可通过监控进行环流数据查询,查看数据报警,优势在于实时监测,并保存数据,在发生故障时可随时调出数据进行分析;同时测量效率高,可以减少人力物力。但是,现有的环流在线监测装置大都采用取电CT进行供电,存在最低启动电流的限制,当负荷电流低于启动电流时,环流在线监测装置无法正常工作,另外,采用开合式电流互感器进行数据采集时,长期淋雨会影响CT性能和寿命。


2环流在线监测装置的整体设计
为适用高压电缆实际运行需要,解决现有环流监测装置存在的问题,以下设计一种高压电缆护层环流在线监测装置。
该装置由供电模块、数据采集模块、通信模块、远程后台终端组成,采用太阳能进行供电,利用罗氏线圈进行数据采集,通过DTU进行数据发送到远程后台终端,最后通过微信平台发送给运行人员,其结构框如图1所示。

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图1环流在线监测装置结构
2.1供电模块
一般户外的环流在线监测装置采用取电CT进行供电,存在供电不足的情况,而且成本较高,容易损坏。本装置采用太阳能进行供电,技术成熟、寿命长、成本较低,在电缆户外终端场使用方便,其供电模块由太阳能板、太阳能控制器、蓄电池三部分组成。
太阳能板选用单晶太阳能板,由高透光率的钢化玻璃、抗老化的EVA(聚乙烯一醋酸乙烯酯)、高性能的晶体硅太阳能电池、耐候性优良的TPT(复合氟塑料膜)层压而成,拥有优良的耐热性以及防紫外线、防雨、防外力破坏的性能。
太阳能控制器又称为太阳能充放电控制器,是整个供电模块的核心。太阳能控制器的功能包括:功率调节功能,用来控制太阳能板给蓄电池充电,同时按照负载的需求控制太阳能电池组件和蓄电池对负载的电能输出;通信功能,通过协议通信将蓄电池的充放电情况发送到后台进行管理;保护功能,防止电池反接、短路,过流保护等。


考虑寿命和价格,蓄电池选用磷酸铁锂电池,该电池具有安全性高、寿命长、高温陛能好、容量大、无记忆效应和重量轻的优点。
2.2数据采集模块


数据采集模块包括罗氏线圈、AD转换模块和单片机(微控制器)。罗氏线圈又叫电流测量线圈、微分电流传感器,是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈,输出信号是电流对时间的微分,通过对输出的电压信号进行积分,即可真实还原输入电流。罗氏线圈不含铁磁性材料,无磁滞效应,无磁饱和现象,测量范围宽、结构简单、体积小、重量轻、精度高、稳定可靠。通过对罗氏线圈和积分器进行定制,可满足测量精度需求。根据电缆和接地线的直径定制罗氏线圈的直径,积分器选用12 V供电,输出0~5 V直流电压,方便数据处理。
AD转换模块采用AD7606,其优势和特点在于:采用8通道同步采样输入,真双极性模拟输入范围±10V,±5V,灵活的并行/串行接口,SPI/QSPI/MICROWIRE/DSP兼容,低功耗。本次提供的方案只测量负荷电流和环流,共计占用6个通道。
STM32微控制器具有高性能、低电压、低功耗和简单易用的优点,用来处理数据。一方面通过SPI接口从AD7606接收读取数据,另一方面,对数据进行处理,并把数据提交给DTU通信模块,其工作流程如图2所示。首先进行电源检查,将太阳能板和蓄电池数据进行提交,提交间隔可根据需要进行设置,然后从AD7606读取数据,并将积分器输出的电压数据根据比例转换成真实的电流数据,进而对负荷电流和环流数据进行判断。如果数据正常,则按照15 rain的间隔进行数据提交;如果数据异常,则立即提交数据给DTU,发送到后台终端。负荷电流如果大于0、小于额定载流量,则认为正常;环流大于0、小于负荷电流的10%,则认为正常。


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图2 STM32工作流程
2.3通信模块
通信模块由4G无线网卡和数据传输单元DTU组成。DTU是专门用于将串口数据转换为IP数据或将IP数据转为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。具有组网迅速灵活、建设周期短、成本低、网络覆盖范围广、安全保密性能好的优点。DTU接收到数据后,通过串口数据HTTP方式提交至指定服务器。
2.4远程后台终端
远程后台终端的工作流程是DTU将数据发送到网页WEB服务器,通过PHP等网页编程语言存放到数据库SQL,对数据进行图形绘制,再将图文消息传送到微信平台,推送到企业微信,再到运行人员手机。


3环流在线监测装置的应用
该环流在线监测装置首次安装于某220kV电缆线路上,电缆型号为Y几W03一127/220—1 X2500。该线路长1.6km,分三段,金属护层采用交叉互联接地,在其中一个终端户外场安装了该环流在线监测装置。经过数月的运行,其运行状况良好,能够实时监测负荷电流和环流数据并通过手机微信查看,代替了人工测量,提高了工作效率,同时数据异常报警功能也为电缆线路的安全稳定运行提供了保障。
图3所示为现场安装示意,白色箱体为环流装置箱,装置小、重量轻,电缆本体正方形互感器上方的红色线圈为罗氏线圈,通过将罗氏线圈套在电缆本体和护层接地线上来测量负荷电流和环流,与互感器相比体积小、安装方便。图4所示为环流在线监测装置记录的负荷电流曲线,图5所示为环流在线监测装置记录的环流在线曲线,图6所示为电池、负载和太阳能板电压曲线。


图3现场安装示意
由图4、图5可知,环流在线监测装置通过4G网络传输到后台终端,运行人员可实时查看A,B,C三相的负荷电流和环流曲线,在需要时可调出以往的数据,用来指导电缆运行。当负荷电流和环流数据出现异常,如设备故障、数据异常、通信中断时,后台终端可立即通知到运行人员手机。由图6可知,运行人员可随时查看蓄电池的工作情况,如有异常可及时发现。
以上提出的环流在线监测装置,通过现场采集装置以及相应的后台终端,可实时记录负荷电流、环流的数据和记录故障时刻,并具备实时报警功能;同时太阳能供电保证了环流装置的持续在线,大大减轻现场劳动强度,提高工作效率和电缆运行的安
全系数。

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图6太阳能发电电流和蓄电池电压曲线
4结论以上详细论述了一种高压电缆金属护层环流在线监测装置的结构设计、原理、功能和实际应用情况。该装置采用太阳能发电、无线通信、云服务技术实现了负荷电流和环流的在线监测,并通过后台终端实现微信查看数据和接收报警功能。
采用在线监测的方式替代人工定期测量,减小了工作量,提高了工作效率。实现手机微信报警,如有异常,运行人员立即收到异常报告,及时处理,保证电缆的安全稳定运行。采用太阳能供电代替取电CT取电,保证环流在线装置持续供电、在线。
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作者简介:
林斌(199l一),男,工程师,主要从事高压电力电缆运维管理工作,email:764520114@qq.tom。
孙钦章(1980一),男,高级技师,主要从事高压电力电缆运维管理工作。
何方毅(1989一),男,工程师,主要从事输电线路运维管理工作。

本文标签:环流监测技术文章

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