XLPE高压电缆在线监测方法及设计

XLPE高压电缆在线监测方法及设计

【摘要】交联聚乙烯简称为XLPE，XLPE高压电缆具有优越的力学性能、电气性能与热血性能，敷设容易，运维也简单，在各等级电压输电线路与配电网等电力系统中获得了广泛的应用。

【关键词】XLPE；在线监测；高压电缆；设计

在生产、安装与运行等过程当中，电缆系统因人为操作不当或工艺不良等，均可能引入缺陷，而这些缺陷可能要多年之后才能逐步显现出来，为了及早发现故障隐患，避免运行事故出现，基于电缆的在线监测结果，分析电缆运行的状态，以确保电缆运行安全可靠性。

一、XLPE高压电缆的在线监测方法

1.局部放电的在线监测方法

局部放电所指的是利用电缆绝缘本体存在的微孔，产生局部放电的信号，对电缆给予监测与诊断，该放电信号音外界绝缘介质缘故，所表现出的频率大小是不相同的，通常产生的高频信号，频率要高于300KHz。因信号一般在电缆线路屏蔽层进行传播，可在电缆外层的屏蔽接地线上，利用高频电流的互感器对高频电流的信号进行耦合。也可运用超声波传感器对电缆局部的放电声信号进行监测，在电缆当中，声信号传输率不高，受到外部电磁噪声的影响比较小，还能对局部放电源给予定位，是一种较为理想可行的现场检测法。

2.接地电流的在线监测法

在电压等级为110kV以上的高压电缆多是单芯电缆，由于电缆金属护层和线芯的交流电流会出现磁力线的铰链，致使较高感应电压出现，因此，需要采用接地措施，一般0.5km以内的短线路电缆金属护层所采取的是：一端直接接地，而另一端通过保护电阻或者间隙来接地。电缆线路在1km以上的金属护层通常采取的措施是：三相分段且交叉互联两端的接地方法。对电缆接地电流进行监测，能获得电缆外护套完整的信息，而对接地电流当中的容性分量变化进行在线监测，则能获得电缆老化的相关信息，该方法较适合等级高于110kV的高压电缆线路。

3.温度监测法

在电缆运行中，对其温度进行监测，不仅能获得电缆绝缘工况，还能利用线路载流量的计算，对线路运行状况进行了解，当前，应用较广的温度监测法是分布式的光纤温度检测法，是根据拉曼散射与光时域反射等原理来设计的，利用单根光纤的多点故障温度测量，对电缆运行工况进行监测，其分布式的光纤测温系统如图1所示。光纤本身能当作传感器，受分布电流的影响较小，维护简单，不

过也存在分辨率低，容易受湿度与敷设环境温度的影响。

4.tanδ介损法

Tanδ在线监测法所反映的是电缆绝缘整体的缺陷水平，已广泛应用在互感器、变压器及套管等设施的绝缘检测当中，电缆tanδ测量的方法和电容性设备测量的方法相似，也就是从电流互感器与电压互感器中获得电流、电压信号，经数字化测量装置，对两者相位差进行测量，以获得tanδ，通常tanδ在线监测方法，所检测的是两正弦波之间的过零点时间差，运用频率与时间差对相位差进行计算。Tanδ在线监测的原理如图2所示。该监测方法对信号本身要求较高，工频信号的过零点周围会叠加一些干扰，对零点检测准确性会产生影响，并且该方法所反映的是电缆线路绝缘的整体性能，对局部老化与受潮等因素所引发的劣化不能有效反映，所以，在电缆运行当中，该方法未得到广泛应用。

二、综合信息下的电缆在线监测设计

不同的监测方法，其优缺点是不同的，在XLPE高压电缆的在线监测系统当中，可根据电缆实际的运行状况，采用多种监测方法相结合的诊断形式，设计一种综合信息下的高压电缆监测法，以温度与局部放电监测为主要方法，并预留相应接口，通过水位、电流与烟雾等监测信息来综合监测及诊断，其具体监测设计如下：

1.传感器设计

利用高频电流互感器与分布式光纤等监测方法，对待测设备特征量进行检出反映，并将其特征量向电信号进行转换，根据温度在线监测方法与局部放电法两种方法，让在线监测系统能同时应用分布式光纤与甚高频的电磁耦合VHF，并形成两类信息采集的模块。局部信号所采取的是VHF与UHF的局部放电监测相结合方法，对100MHz以内与500MHz-1500MHz两频段给予检测。UHF具有优良的抗干扰特点，可对真实局部的放电信号进行检测，还能利用VHF的局放信号将真实信号从接地回线的干扰信号与背景噪声中提取出来，给以标定，不仅能排除现场干扰，还能检测出局部的放电量大小。

2.在线监测单元设计

根据综合在线监测系统的运行状况，对其监测单元采取DCS总线的形式，对传感器的变送信号给予数据采集与预处理，并实施A/D转换、采集记录与监测信息传输等。而综合监测系统则采取分布式单元，每个监测单元在信息传输与采集方面是相对独立的，所以，在监测平台上，增加相应接口，可方便增加与改变监测方法，给设备改进与改造提供相应空间。为满足现场检修与调试人员的需求，电缆监测信息除了传送至监控室之外，也可直接传送至现场便携式计算机中，以提高电缆监测效率。

3.在线监测平台与输出装置

电缆在线监测平台作为信息采集的接口与界面，能为监测所需要的数据运算与处理等，提供相关的处理平台，通过处理信息显示，发送到输出设备中，并利用交互界面，向监测人员提供在线监测、采集、分析与报警等信息。当监测值超过了报警阈值的时候，监测系统会自动报警，同时，将报警设备位置、名称与时间等信息，显现在平面图中。而监测系统中的输出装置主要包含打印机、显示器与预警装置等。

4.监测数据分析

通过温度的监测单元，可分六个时间点，对其温度、绝缘阻值与湿度数据等进行测试，通过测试，其局放信号PD均在5mV以内，依据局放检测设备中的电缆故障判据，能看出在不同温度下，电缆的绝缘阻值具有一定幅度变化，不过整体而言，依然满足正常的运行需求，局放信号也表明电缆处在正常的工作状态。

结语

XLPE高压电缆在我国的敷设量越来越多，其电缆运行的安全性，直接关系着电网供电的可靠性，传统耐压试验已不能满足电缆运行安全可靠性的要求了，加强电缆的在线监测是很有必要的，运用局部放电、接地电流与温度检测等多种方法，可有效监测高压电缆运行的工况。