(深圳新能电力开发设计院有限公司)
【摘要】随着我国国民经济的高速发展,现代社会对电力供应的安全可靠性的要求越来越高。本文简要介绍了高压电缆护层环流在线监测原理，针对高压电力电缆金属护层环流在线监测系统进行了分析。主要包括金属护层环流在线监测的原理,系统的组成,系统的功能,设备的配置等,并且以大型电压等级的交联聚乙烯电缆为技术基础,研究其供电环流在线监测技术的实际应用。
【关键词】高压电缆；金属护层；在线监测
0 引言
我国110kV及以上交联聚乙烯电缆多采用带有金属护层的单芯电缆敷设方式。电缆的接地方式是否安全与电力系统是否稳定运行密切相关。通常情况下，
110kv以上的交联聚乙烯电缆金属护层通常采用以下两种接地方式：第一种采用非闭合回路连接方式，将一端通过保护器接地，另一端直接接地，此时没有形成闭合的环路，因此此时的金属护层中不存在感应环流；另一种采用三相分段交叉互连的方式，将两端直接接地，中间采用换位连接的方式，用绝缘接头将两端交互层相串联，此时金属护层产生的感应电流按设计规程要求须小于运行电流的10%。
当电缆外护层因敷设时可能产生的机械损伤以及运行过程中可能出现的化学腐蚀、鼠害等问题，这些问题会在一定程度上损坏电缆外护套，导致金属互层内部在两点或多点接地时形成一定规模的环流，当金属互层环流增大到一定数值后，会进一步引起电缆发热、损耗剧增等问题，严重者可以直接影响电缆的载流能力，甚至威胁到我国整体电网环境的安全运行状况。相反，如果电缆接地系统由于某种原因未能有效接地，金属护层上的感应电压就会急剧升高。电缆的长度越长，电缆的感应电压越高，从而影响电缆寿命。严重威胁运行检修人员的人身安全，过高的感应电压也会击穿电缆的绝缘外护套，并在击穿点持续放电可能会引起火灾发生，造成电网停电事故。
1系统监测原理
电缆金属护层环流监测系统可以对电缆表面温度、金属互层环流情况、中间及终端接头进行全天候的在线监测，此外，电缆金属互层环流监测系统还可以将线芯计算温度与金属表面温度相比较，通过计算线芯温度与线芯电流的数值对应关系，对温度进行持续监测。
电缆金属护层环流检测系统可以有效检测电缆金属护层内的环流水平，保证其稳定在不超标的水平上，并对导线电缆内部的互层环流温度作出及时的判断，避免因温度过高而造成的不必要的损坏。通过检测金属护层内的环流变化，可以及时发现由虫害、鼠害造成的电缆损坏，同时精准定位外力破坏的位置和破坏信息。
2系统组成
为满足系统运行、调控、监管等操作的实际需要，需要为电缆金属护层环流监测系统设置相应的的应用平台。平台应置于供电局输电管理所内的一级监控中心内，通过感应取电电源装置、有线及无线传输采集装置、无线虚拟接口主机、故障振动度传感器、温度传感器、压力传感器、电流互感器及其他及相关部件组成。
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图1高压电缆护层环流无线综合监测应用系统原理网络架构图
3系统传输方式
对通道内电缆接头、电缆终端塔以及电缆终端接头处的电流检测装置进行采集，可以有效收集与检测相关的电流数据。随后，要将采集到的电缆线路电流信息数据通过阻燃信号电缆分别传送至集成式互层电流采集装置，再由搭载着波通讯信号同芯线、远程供电系统的低烟无卤阻燃通信信号电缆组件对这些信号进行传输，并由多状态综合监控主机对信息进行接受。过程中涉及到的全部电源，均采用监控功能性分控变电站的二级远程集控监测平台对接，并将通信信号电缆数据通过交互传输同芯线，在多状态综合监控主机由低烟无卤阻燃的辅助下完成。远程信号的有效集中供电距离为半径10公里，通信速率约为50～120bps，可复接8～16个电缆电流监测装置。该解决方案广泛适用于变电站内、电缆终端塔内或接地箱工井内多组终端监测装置数据的集中采集监测。
4系统功能
4.1 高压电缆线路金属护层接地电流在线监测应用
该应用对高压电缆接地回路每相加装0～1000A的电缆护层CT电流互感器及集成式护层电流采集器实时监测110kV及以上高压电缆的运行状况，这样可以有效取代传统的人工定期巡测，轻松实现对0～1000A运行电流精确测量并对高压电缆负荷超限预警，减轻现场的测量工作量，增强系统维护效率。
高压电力电缆线路正常运行的情况下，当接地电流值产生突变减小或为零时，接合电调情况，有效判断接地箱是否存被盗或接地线是否被盗割。
4.2 高压电缆线路瞬态故障电流自动触发报警
在高压电缆接头处加装具备接地电流瞬态升高自动触发报警功能的护层超限电流监测控制单元，当电缆发生击穿、短路等情况时，护层电流瞬间增大，当超过500A以上时，护层超限电流监测控制单元可以将超限信号锁定，并上报到电缆网运行监控应急调度中心智能监测管理平台上，为故障抢修和故障定位提供参考数据。
4.3 无线型集成式护层电流采集装置
(1)无线护层电流采集装置安装在地下1.6米工井内，长期水浸泡工作，因此该装置电装盒应采用壁挂式外壳结构设计，防护等级应达到IP68标准。
(2)无线护层电流采集装置应具备每相电流及三相汇总电流数据采集，具备GPRS无线通讯功能，具备电缆温度、振动传感器信号采集功能。
(3)无线护层电流采集装置由嵌入式计算机及载波通讯共缆传输单元、信号调整单元以及数据采集单元共同组成，采用抗干扰的保护技术、高度集成硬件和超低耗设计，装置运用分时复用方式复接在数字编址总线式载波通信网络传输通信线缆上，通过计算、传输电流的有效值，将数据传输到远程服务器中。
(4)数据信息由电缆金属护层环流在线监测系统应用平台统一处理；所需工作电源由主线感应取电电源装置直接供给，工程电缆通道及电缆终端塔现场无法提供交流220V电源。
4.4 感应取电电源装置
(1)感应取电电源装置由整流装置、储能装置、稳压装置、矽钢片CT电流环及锂电池等组成。感应取电电源装置应配备充电电池6.4V/5000mAh/单节，工作温度-30℃～+85℃，最大持续放电电流：150mA，满足电源断电及线路低于采电最小电流值时可以保存8小时的数据，电池的寿命纳入质保期。
(2)感应取电电源装置主机将CT电流环从50～1000A单芯高压电力电缆耦合感应输出12～15VDC为无线型传输采集装置及传输采集装置提供工作电源。
4.5 三合一CT电流互感器
(1)CT电流互感器整体应采用开合钳式或闭合式结构设计，磁芯应采用硅钢片的材质，外表应采用抗腐蚀工艺处理。CT电流互感器采用精密钳形电流互感器，用于0～100A精确接地电流采集并上报监控中心，内置瞬态大电流锁定和触发芯片及冲击保护电路，安全对抗大电流冲击，采用一次侧单匝穿心，直接将套在被测电缆上即可，自由取放，不必断开电缆。
(2)CT电流互感器应用于护层电流暂态录波实时展示、电力电缆护层接地电流数据的耦合，满足线路短路等故障时的瞬态响应。
5 结语
近几年，通过电缆金属护层环流监测系统建设，电缆线路护层环流可由日常人力监测转为智能监测系统完成，降低工作量，提高工作效率；电缆线路护层环流报告可由人力完成转为系统全面自动生成报告，降低统计工作量，提高工作效率。
参考文献：
[1]郭伟华.110kV电力电缆金属护层环流在线监测技术及其应用[J].电子世界2015-18-095.
[2]胡伟,任广振,张礼宾.电力电缆金属护层环流在线监测装置的应用[J].浙江电力,2012,(10).22-24.