电力电缆在线监测系统研究

电力电缆在线监测系统研究

发表时间：2017-04-25T14:55:43.857Z 来源：《电力设备》2017年第3期作者：陈阔海陶方杰杨迪

[导读] 摘要：当前电力系统中采用的大多是交联聚乙烯（XLPE）电缆，这种电缆最早出现于20世纪60年代，具有非常好的绝缘性能。

（国网山东省电力公司威海供电公司）

摘要：当前电力系统中采用的大多是交联聚乙烯（XLPE）电缆，这种电缆最早出现于20世纪60年代，具有非常好的绝缘性能，而且安装方便、制造简单，已经逐渐取代了传统的油纸绝缘电缆，且被广泛应用到高压和超高压输电中，，最高应用电压等级已经达到了

500kV。随着XLPE电缆的广泛应用，也出现了不少由于线路老化、故障造成的电缆绝缘击穿事故，影响到供电系统的运行可靠性，对电力电缆在线监测系统的研究越来越受到电力系统的重视。

0 引言

1 交联聚乙烯（XLPE）电缆在线检测方法

1.1直流分量法

直流分量法（DC component method），是K.Sona 等人通过对实际运行的电力电缆进行测量、分析数据后提出的检测方法之一[1]。XLPE电缆中的水树枝起到了“整流作用”，在外加电压的负半周，树枝放电向绝缘中注入了较多的负电荷，而正半轴时注入的正电荷很少，只能中和一部分负电荷，从而使得在外加交流电压的作用下，正负半周交替进行，负电荷会在水树枝前端聚集并向屏蔽层漂移，其过程类似于整流作用，出现了数值仅为几纳安的直流分量。[2]在测试现场进行直流分量的测量时，要特别注意来自于被测电缆屏蔽层与大地间干

扰电流的影响，会给测量结果带来较大的误差，为避免这种误差，长采用旁路掉干扰电流或者是在回路中串电容阻断电流的方式来减少误差。此外，还可通过数学计算方式，如利用FFT（快速傅里叶变换）的方法将干扰电流从水树枝电流中分开，或者利用数理统计的方法对数据进行分析处理等。

直流分量法适用于被测电缆屏蔽层与大地之间绝缘电阻R数值较大，容易测量的情况，当R由于局部损伤影响而较小时，往往可以通过修补后使R具有较高准确性，因此可用该方法监测XLPE水树枝情况。

1.2 损耗电流谐波分量法

谐波分量法（Harmonic component method），是通过监测由于水树枝引起老化的XLPE绝缘电缆在损耗电流中产生的谐波分量来分析电力电缆绝缘状况的一种检测手段。在正弦形态的电压下，损耗电流中会出现谐波分量，其能够较好地反应电力电缆老化状况。并且损耗电流中谐波分量的值会随着线路老化程度的加深而增大，因此，检测到的谐波分量的数据也就能更好地反应水树枝老化的更多信息[3]。

1.3 局部放电法

局部放电一般出现在电力电缆裂缝处或缺陷处，这种现象出现的初期基本不会对电力电缆的绝缘能力造成影响，但如果局部放电长时间存在，则会对电力电缆绝缘能力造成持续性影响，减少了电力电缆使用年限，威胁到供电安全性。局部放电时，电缆的各种参数并不会发生大范围的浮动现象，因此无法通过监测诸如电流、电阻、介质损耗等参数来判断是否出现局部放电，而是利用其产生的电脉冲现象，通过不同用途的传感器接收其产生的脉冲来识别局部放电。根据检测所使用的传感器的不同，局部放电法又可分为脉冲电流法、声学检测法、超高频检测法、耦合法、铂电极对检测法等[4]。

2 电力电缆在线监测系统设计

电力电缆的在线监测系统采用模块化设计方式，由信号取样、数据采集、后台处理系统三部分组成。信号取样模块主要负责对直流分量、交流分量和局放信号的取样，数据采集模块分为低速数据采集卡和高速数据采集卡，后台处理模块包括监测系统的处理软件等。

2.1 信号取样模块

直流信号取样。对于数量级特别小（纳安级）的直流分量，系统采用信号放大电路来放大直流信号，便于其采集。利用直流分量法时，系统控制器的接触器需要断开，此时，对地电流会流过直流取样电阻，将电流信号转为电压信号，采样时间为1分钟左右，然后关闭系统控制器的接触器，将取样电路短路，再将电缆铠装直接接地。

谐波信号取样。

谐波信号取样模块的设计要充分考虑谐波电流的波动范围，在实际应用过程中，可以采用可调增益的运放作为前级数据的放大，然后采用二阶低通滤波来处理信号，使得信号更能反应电力电缆运行的实际情况。

局放信号取样。

局放信号具有高频特性，因此需要消除电路低频信号的干扰，然后再加上两级放大电路来放大局部分量信号，进而提高测量效率和准确性。

2.2 后台处理系统

后台处理系统与系统总设计方式相同，均采用模块化设计。该系统包括以下三部分：

①系统软件。系统软件是连接专家诊断模块和数据库的重要部分，其承担着信号读取、传输、综合处理的任务，是系统设计中的重要模块。

②数据库软件。数据库软件实现了对直流分量、谐波分量、局放分量信号的存储，保证了数据的实时性和留存性，便于对历史数据的操作和使用，也有利于专家判读模块对电力电缆运行状况的判读。

③应用软件。应用软件负责数据的显示和打印，使得监测系统便于操作和监控，此外，系统还提供了对交流接触器开断和数据采集卡采集的控制接口，使系统的数据采集工作更加灵活、便捷。

3 结语

文章中提到的XLPE电力电缆在线监测系统通过对直流分量、谐波分量和局放分量的绝缘监测[5]，实现了对电力电缆运行参数的在线采集，并通过后台处理系统对所获取的参数进行处理和分析，进而得到电力电缆的绝缘状况。对电力电缆三种参数的采集和综合分析，有利于后台系统的诊断，使监测更为有成效，进而能对电力电缆运行情况做出准确的判断。

参考文献

[1]Wei Zhang，Yutao Zhu，Baitun Yang，Yaonan Liu.A study on DC component method of online diagnosis for XLPE cable[A].Proceeding of the 4th Internation Conference on Properties and Applications of the Dielectic Materials[C].Brisbane Australia 1994..

[2]郭志.XLPE电力电缆绝缘在线监测系统的设计[J].电线电缆，2006,01.

[3]B Oyegoke，D Birwhistle，J Lyall.Condition assessment of XLPE cable insulation using short-time polarization and depolarization current measurements[J].IET Science, Measurement & Technology,2008,2.

[4]袁燕岭，李世松，董洁，高俊福，黄松龄，赵伟.电力电缆诊断检测技术综述[J].电测与仪表，2016,11.

[5]G Hoff and H. G Kranz .On-site dielectric diagnostic of power cable using the isothermal relaxation current measurements

[C].IEEE Power Enginerring Society Winter meeting,2000,3.