论配电电缆接地电流在线监测的意义

论配电电缆接地电流在线监测的意义

李题印1,崔金栋2,杜昆儒2

(1.浙江省供电公司余杭供电局,浙江杭州 311100;2.东北电力大学经济管理学院,吉林吉林 132012)摘 要:配电电缆在输电安全方面的重要性日益突出,在线监测成为大势所趋。但由于配电电缆多是中低压电缆,其主要以埋设为主,对其监测尤为困难。文章阐述了配电电缆接地监测的误区,并给出了具体的解决方案,拟提高对于电缆监控的科学性和自动化程度。

关键词:配电电缆;监控设备;电动势;在线监测

doi:10.3969/j.issn.1006-8554.2012.11.024

0 引言

目前,对于高压输电缆线中接地电流监测的作用已被大家所共识。高压输电缆线多采用单芯电缆,如果排列不当或者外围绝缘体包装发生损坏,就会引发事故,从而影响电力的安全生产。目前,接地电流监测的研究多集中在高压输电缆线上,研究成果较多,其应用效果也不错。

城市配电电力多采用10kV电压输送,缆线多采用三芯电力缆线。三芯电缆由三股电缆互相缠绕而成,每一个横截面在理论上都是一个品字形排列,其互感电动势理论之和为0,互感电流也应为0。其与单芯电缆相比,接地电流在线监测的意义并不是很明显,因此,各个供电公司对于配电电缆接地铠装的电流监测并不普及,只是在例行检查的时候才拿欧姆表测试一下,作为安全检查的一个项目。

1 传统认识的误区

1.1 铠装可以代替接地线

铠装电缆的钢铠,本身有两种作用。一是增加了机械强度,保护电缆不受外力冲击损坏和鼠咬,是地埋电缆的首选;二是钢铠可以做接地保护(但不可以接零,这是因为内部的电缆有专用的接零导线),可以有效地防止钢铠外皮的感应电压顺利导入大地。所以很多研究者和使用者认为铠装可以代替接地线。

实际上,铠装电缆不可能做成专用的接地电缆,因为专用的接地线需要一定的接地面积,况且还要铺设木炭和咸盐,其作用就是降低大地的接触电阻和增加导电的能力。而且,咸盐会对铁类制品有严重的腐蚀作用,所以铠装电缆的外皮不可以做专用的接地使用,只能在专用的接地上接入铠装电缆的外皮而已。

1.2 铠装接地电流为0

35k V及以下电压等级的电缆都采用两端接地方式,这是因为这些电缆大多数是三芯电缆,在正常运行中,流过三个线芯的电流总和为零,在铝包或金属屏蔽层外基本上没有磁链,也就基本上没有感应电压,所以两端接地后不会有感应电流流过铝包或金属屏蔽层。

配电电力缆线中传送的一般是三相交流电,三相交流电源就是由三个频率和振幅相同,而在相位上相差1/3周期,波形为正弦波的电源组成。三股导线在正常情况下任何切面都是一个品字形,其互感电动势矢量之和为0,因此电流也为0,这就是人们判断其接地电流为0的理论基础。如图1所示,理想情况下三股导线的电动势矢量和,及Ea、Eb和Ec的电动势

矢量和互相抵消。

图1 三芯电缆理想电动势矢量图

实际上,现有的绞线技术不可能保证每一个纵切面都是120 的品字排列,任何一条线的松动或者改变都使电动势的矢量和不为0,其作用到钢铠上就会产生接地电流。

1.3 铠装接地电流监测意义不大

铠装接地电流一般在正常情况下,多为几十毫安,对生产和人身并无多大影响,很多人便认为铠装接地电流监测的意义不大,浪费人力、物力、财力去做这件事情不值,在线监测更是没有必要。

实际上,配电网中钢铠接地电流的监测非常有意义,其可以有效地反应电缆负载的情况,如果三股导线负载差距较大或者发生某一根或者某两根出现事故时,都能有效地反应到接地电流上,其电流值在正常情况下会保持在一个小范围、小数值的变动范围,如果突然剧烈波动或者增大意味着事故的发生或者输电负荷的波动。

同时,接地电流的监测还可以反映电缆绝缘层的老化情况。由于三芯电力缆线长期暴露在空气中,绝缘层被氧化,久而久之就会发生老化,从而使接地电流长周期地持续增加。电缆绝缘性能的好坏对供电系统连续运行具有重要意义。

另外,配电电缆多以埋设为主,地下环境比较潮湿,导致

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技术与市场技术研发第19卷第11期2012年

金属腐蚀比较严重,使钢铠成为杂散电流的良好通道。当电流通过时,钢铠的金属层由于电解作用而腐蚀,金属腐蚀速度越快,危害程度越大。防治好杂散电流,可以有效地防止安全事故的发生和增加钢铠寿命。1.4 无铠不能监测

一般来说,对于有铠装的电缆,可以通过监测钢铠接地线上的直流电流,并通过所测量的电流大小来判断电缆绝缘层的绝缘性能。然而无铠装电缆的整个外皮都与地相接触,因而没有集中的接地电流,也就无法应用有铠装电缆的漏泄电流检测方法。当前的研究大都针对有铠装的电缆,而很少有人研究无铠装电缆的绝缘性能检测方法。目前,检测技术的发展已经解决了这个难题。在无铠电力缆线上可以安装漏电流传感器,利用电流传感器来推算电动势和电流,进而结合相关知识来推理电力缆线的运行情况和绝缘体的老化情况。2 解决方法

通过上述的分析发现,配电网中钢铠接地电流的监测是必须从事的工作,其检测结果成为监控电缆运行和老化现象的主要依据,对其进行实时监测尤为必要。2.1 技术需求

目前供电系统主要依靠人工巡检的方式排查可能出现的问题。但是,在无人值守变电所,在恶劣的天气条件下,或在封闭性比较强的高压柜中,通过常规手段很难实现电缆接地电流的检测。2.2 技术框架

采用国际上正在兴起的RFID 无线射频技术、PN 温度传感技术,结合计算机网络通信、数据库管理等先进技术开发了配电网中电缆接地电流在线监测预警系统。该系统有效地解决了高电压、强磁场及高密封状态下,检测并无线传输测点电流的难题。

基于上述技术,开发一个基于电缆接地电流监测与分析系统,由此系统实现对中低压电网电缆接地电流的监测,然后对其进行分析,保证电缆的安全运行。系统架构如图2所示。

监测与评估分析系统通过对各监测设备的历史数据变化情况综合分析,判断设备的运行状态,

保证电力电缆设备安全图2 配电电缆接地电流的在线监测示意图

运行。该项目的实施,能起到对中低压电缆护套感应电压、护套接地电流进行实时监测,并对其数据进行远距离无线传输功能。同时对电缆环流参数进行统计分析,形成变化趋势曲线、报表,对异常数据进行提示或警告。3 结语

本文通过分析配电网中电缆钢铠接地电流在传统认识上的误区,试图通过对原理的阐述提醒电力工作者接地电流在线监测的重要性,并依据自己的思路设计了一个配电网中的铠装接地电流的在线分析监测系统,有效地解决了目前存在的问题。该系统有较大的推广意义和价值。参考文献:

[1] 张刚,王立欣,刘超.一种求解屏蔽电缆场线耦合问题的

混合方法[J].电工技术学报,2010,25(5).

[2] 孙彩云,赵远东,高超,等.基于Internet 的远程数据采集

系统设计与实现[J].微计算机信息,2007,23(30).基金项目:本文系浙江省供电公司项目(余杭供电局承担) 中低压配电电缆接地电流在线监测平台的研究与开发成果之一。

(上接第40页)

检查各馈电电缆的电流值是否超出该型号电缆的额定值,通常流过馈电电缆的电流值同它所连接的电极长度大体上成正比,而且基本不变。如果所测得的电流值同它第一次测得的电流值相差较大,则说明电极或极环可能被腐蚀或土壤过于干燥,需要进行检修或进行人工注水。2.4.3 试验仪器

高精度大口径钳形直流电流表,0.5级。3 结语

本文详细介绍了高压直流接地极接触电阻、跨步电位差和电位分布、接触电位差、馈电电缆导流系数等试验的具体方法,上述试验方法是在研究了相关标准、导则、文献和已投运换流站的接地极试验资料后,结合现场试验研究提出的,符合

相关技术要求,而且经过多次现场实际应用,准确度较好。

需要注意的是接地极杆塔和接地极具有各自独立的接地装置,试验前应确认接线位置是否正确。试验过程中,试验人员必须穿着绝缘靴,戴绝缘手套,并派专人监护,而且不应在施工后或雨后立即测量接地电阻。试验中一般使用铁钎作为测试电极,考虑到电极与土壤的接触电阻和电极极化可能产生的影响,如有条件可使用较先进的无极化材料制作的专用测试电极。

参考文献:

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地极参数测试方法分析[J].陕西电力,2010(3):42-45.[2] 万耕,项力恒.高压直流接地极的设计标准.电网与水力

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技术研发

TECHNOLOGY AND M ARKET

Vol.19No.11,2012