电力电缆运行状态在线监测系统的设计
电缆运行状态综合监测系统的设计与实现
实际运行经验和理论分析也表 明， 电缆接头处 发生 的各类 故障并 不是一个 突发 的过程 ， 而是 因为接 头处温度 不断 升高 ，
使 绝 缘 逐 步 老化 、 泄 漏 电流 逐 渐 增 加 ， 到 达 一 质变 的过程 。因此 ， 连续 地监视 电缆 接 头温度的变化 ， 就可 以全面 准确地 了解其 工作状况 ， 根 据情 况 适 时 进 行停 电检 修 ［ １ ］ 。
包括红外防盗感 应 、 烟感探测 、 温度 探测等等在 内 ， 往往需要 在 现场额外敷设 ２ ２ ０ Ｖ交流 或者 ２ ４ Ｖ 直流 的供 电线路 ， 这对 于
老 旧 的 电缆 隧 道 而 言施 工 较 为 繁琐 ， 难以实现。
（ ２ ）采集数据传输 困难 。现场监测设 备监测采集到 的数据 应尽快 的、 实时的传输到后 台的监控平 台 。目前的产 品有的采 用有线传输方式 ， 则必然需 要额 外敷设 通讯线路 ， 加 大 了现场 施工难度 。若采用 ｚ ｉ ｇ ｂ ｅ ｅ 无线传输方式 ， 由于 电缆 隧道 是在地 下 的， 通讯效果会受较大影响 。
中电力 电缆所 占的 比重越 来越 大 ， 对 电力 电缆 的运行 管理 、 检
测 维护 工 作 量 亦 越 来 越 多 。电 缆 接 头 施 工 质 量 不 过 关 ， 使 得 电 缆 接 头 在长 时 间 、 大电流（ 过负荷） 运行 条 件 下 容 易发 生 过 热 从 而 导致 事故 。 电缆 接 头 已 成 为 供 电 电 缆 网 安 全 运 行 中 的 薄 弱
有分布广 、 相距 远 、 电 缆 隧 道 环 境 复 杂 等 特 点 。 随着 城 市 电 网
给相关运行人员提 供 了可 靠 的数字 依 据 ， 更好 地 作 出运 行安 排， 减 轻 了 劳动 强 度 ， 为 安全 运行 提供 了保 障 。
高压电缆运行状态在线监测技术方案之研究
高压电缆运行状态在线监测技术方案之研究摘要：高压电缆的安全对人们生活以及生产等具有重要作用，作为生产的重要工具，高压电缆的可靠性直接影响生产效率。
因此针对高压电缆运行状态进行不断研究，逐渐研发出在线监测技术，利用监测技术作为基础，准确了解电缆出现问题的原因，以及问题的类型等，及时进行数字信息处理，保证高压电缆的安全。
关键词：高压电缆；故障；检测方法1 高压电缆对于高压电缆来讲，在我们的生活中起着非常重要的作用，总体来讲高压电缆是电力电缆中的一种类型，主要是传输10KV-35KV(1KV=1000V)电力，在我国很多的电力传输方面都处于主干道的地位。
高压电缆的主要类型包含VV电缆、VLV电缆、以及YJV电缆等。
不同的电缆线在材质以及结构上都包含很多不同。
由于性质原因当前应用比较多的属于铜导体的电缆，选择这种材质作为电缆的主干线，是因为铜导体本身就具有非常强的导电性。
因为电力电缆公司的经营以及管理需要，电力公司在高压电缆方面每年都会投入大量的资金，耗费大量的人力物力。
对高压电缆沟井中的积水等进行定期排查，很多时候不能及时掌握或是全面掌握高压电缆的情况，因此需要针对高压电缆设计在线监测技术，能够在线监测高压电缆发生的状况以及运行状态，出现问题能够及时进行处理。
2高压电缆故障原因分析2.1质量因素电缆质量问题是引发电缆故障的主要因素。
因电缆自身的质量问题所引发的电缆进水问题是严重影响电力系统安全性的问题。
针对电缆质量给电力系统运行所带来的不利影响，相关单位需要从电缆的加工环境和绝缘屏蔽层表面的处理过程等方面入手，对电缆的生产过程进行严格控制。
2.2施工因素电力事业是国家关注的重要问题。
高压电缆的施工环节是事关高压电缆使用质量的重要因素。
电缆安装施工阶段的质量问题是引发高压电缆故障问题的重要原因。
导线压接质量缺乏保障的问题会让绝缘层出现老化击穿加快的问题，这一问题的出现会引发严重的接地短路事故。
导体之间连接管不合格的问题也会让高压电缆内部系统出现电磁场分布不均的问题。
高压电缆局放在线监测系统(亿森)
高压电缆局放在线监测系统设计方案福州亿森电力设备设备有限公司2016年9月摘要：在XLPE电缆投入运行后，由于绝缘的老化变质、过热、机械损伤等，使得电缆在运行中绝缘裂化，为了防止由于绝缘劣化造成电缆运行事故，需要对电缆的运行状态进行即时监测，监测系统控制着电缆及其附件的质量。
局部放电是目前比较有效的在线监测方法，局部放电检测目前相应有电磁耦合法、超高频法和超声波法、光学测量法等，本文将着重论述这些方法各自的优势与不足，同时对目前发展起来的PD混沌监测方法进行讨论。
关键词：XLPE电缆；在线监测；局部放电；混沌法0引言随着电力系统的飞速发展以及旧城改造工程的进行，电力电缆在电力网络中的应用愈发广泛。
电力电缆的基本结构包括线芯、绝缘层、屏蔽层和保护层四个部分。
其中线芯即导体，是电力电缆中传输电能的部分，是电缆的主要结构。
绝缘层将线芯与外界电气上隔离。
屏蔽层包括导体屏蔽层和绝缘屏蔽层，一般存在于15kV及以上电缆中。
保护层是用来防止外界的杂质和水分的渗入和外力的破坏[1]。
电力电缆按照电压等级分类有低压电缆(35kV及以下输配电线路)、中低压电缆(35kV及以下)、高压电缆(110kV及以上)、超高压电缆(275～800kV)、特高压电缆(1000kV及以上)。
按照绝缘材料电力电缆可以分为塑料绝缘电缆和橡皮绝缘电缆。
其中油纸绝缘电缆应用历史最长。
它安全可靠，使用寿命长，价格低廉。
主要缺点是敷设受落差限制。
塑料绝缘电缆主要用于低压电缆，常用的绝缘材料有聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯。
橡皮绝缘电缆弹性好，适合用于移动频繁弯曲半径小的敷设地点。
我国早期使用的多是油纸绝缘电缆，但自1970 年以来，交联聚乙烯(XLPE)电力电缆得以广泛应用，并逐渐取代了油纸绝缘电缆的地位。
XLPE电缆电气性能优越，具有击穿电场强度高、介质损耗小、载流量大等优点因而得到了广泛的应用。
在线检测电缆故障的方法有很多，如直流分量法、损耗电流谐波分量法、局部放电法等，其中，局部放电法是目前用于现场比较有效的在线检测方法。
电力电缆局部放电在线监测技术的研究与应用
电力电缆局部放电在线监测技术的研究与应用发布时间：2021-09-03T15:37:41.100Z 来源：《科学与技术》2021年4月第11期作者：田发英卢峥嵘[导读] 电缆投入运行后，会受到电、热、机械和化学的作用逐渐老化。
在制造中和施工中存在的微小缺陷，田发英卢峥嵘国网新疆电力有限公司检修公司新疆乌鲁木齐 830001摘要：电缆投入运行后，会受到电、热、机械和化学的作用逐渐老化。
在制造中和施工中存在的微小缺陷，也会随着运行时间逐渐发展和恶化。
火电厂内一般主变进线、启备变进线、联络变压器出线以及重要辅机均采用高压电缆，电缆一旦发生故障将导致严重后果。
如重要辅机电缆故障将造成辅机停机，启备变进线电缆出现故障将会造成机组在失去备用电源下运行的情况，主变进线电缆故障会直接导致机组非计划停运。
同时由于电缆处于电缆沟、甚至是直埋于地下，一旦出现问题查找和处理都会相当困难。
同时由于电缆的订货和更换都需较长时间，需根据长度进行订货，订货和生产周期都很长，很难在短时间内进行修复。
关键词：电力电缆；局部放电；在线监测技术；研究与应用引言随着电气设备功率的不断增大，高压已经成为电气设备的标准电压。
与低压设备不同，高压设备在运行过程中，高压电场会对空气中的粉尘进行放电，在此过程中极易发生短路、跳闸等电路安全事故。
为了保证高压电气的安全，需要对其进行实时监测。
为了适应高压监测环境，普遍采用高频信号作为监测信号，因此如何准确识别高频信号成为监测精度的关键。
现有监测方法对高频窄带信号的灵敏度较差，导致整体识别准确度降低，难以更好地应对实际监测过程。
为此，提出新的高压电气设备局部放电过程超高频信号监测方法，并通过实验数据证明了所提方法的有效性。
1电力电缆局部放电在线监测现状在计算机广泛应用之前，对于局部放电信号的评估多数基于放电脉冲特征分析、统计方法以及专家评估[22-23]，评估结果带有明显的主观因素。
在设备现场运行中，由于运行工况复杂、噪声环境干扰以及机械结构的阻挡使得放电信号存在阻挡和衰减。
常见的电力电缆状态在线监测方法综述
常见的电力电缆状态在线监测方法综述李文泉;兰生【摘要】电力电缆的在线监测项目包括绝缘电阻、介质损耗、局部放电、接地电流和温度等参数.对国内外现有电力电缆绝缘及温度在线监测方法进行介绍,分析其优缺点,对其发展趋势进行了预测.【期刊名称】《电气开关》【年(卷),期】2013(051)006【总页数】7页(P1-7)【关键词】电力电缆;状态;在线监测【作者】李文泉;兰生【作者单位】福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350108;福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】TM247电力电缆由于占地面积小、供电安全可靠、对周围环境电磁干扰小等优点而获得了越来越广泛的应用，至今已有百余年的历史。
电力电缆在使用过程中，由于电磁、热、机械、化学等多方面的作用会逐渐老化，进而产生破坏性的故障。
早期电缆以本体故障为主，近期以过载性故障居多，当前电缆终端和中间接头故障成为电缆故障的主要原因。
对电缆状态进行监测，是预防电缆故障发生的重要手段。
传统的电力电缆预防性试验需停电检测、试验电压低、试验周期长，属于离线检测[1,2]，已经越来越不能适应电力不间断生产和供应的要求。
研究电力电缆状态在线监测技术，实时显示电缆运行状态，保证供电安全可靠已成为各国电力系统的发展趋势。
国外从20世纪六七十年代开始就已经开始研究电缆绝缘监测与故障诊断技术[3-5]，我国在这方面起步较晚，但近几年发展较快。
本文对国内外现有电力电缆状态在线监测技术进行归纳和总结，分析其技术特点，并对未来电力电缆状态监测技术进行展望。
研究表明，电力电缆的树枝状放电是造成绝缘劣化和击穿的主要原因，针对水树枝产生的直流电流分量、低频电流分量、电容电流分量等特征信号，产生了诸如直流法、低频法、接地线电流法等多种在线监测方法。
针对电缆局部放电产生的声、热等效应，又产生了多种局部放电在线监测方法。
2.1 直流法当电力电缆在导电线芯侧或外皮侧存在水树枝缺陷时，水树枝突起可视为尖电极，电缆外皮可视为板电极，在外施交流电压正、负半周时，树枝放电表现出不同的电荷注入与中和特性，而电缆外皮将始终有一部分负电荷或正电荷注入，即从导电芯线到外皮始终有一直流电流流过，此现象即为水树枝的“整流效应”。
刍议电力电缆运行监测技术
检测方法：对于Ｉ 显而易见，在 度 点就 是热故 障点 。电缆线 路热故 表 测 出线 圈两端 的 电动势 ，就可 换 Ｊ
Ｉ两边的外包电极上可获得Ｐ 信号。 Ｊ Ｄ
障多种多样 ，但一般分为两类 ：接触 算 出被测 的电流 。 １ Ｏ Ｖ 以上 电缆线路 的交叉互 ｌｋ 及 联 段 是按 把 感应 电压 限制 在６ Ｖ ５ 或 ｌｏ ￣设计的，每一分段长度 是等长 ｏｖ
Ｉ》 研霾…………………………一 ．． ）皇 ）
刍议 电力 电缆运行监测 技术
江 苏省 电力公 司南京供 电公 司 金 为祥
【 摘要 】电力电缆运行时温度、局部放电量、热故障点及交叉互联系统中接地电流的在线监测技术原理、特征和用途。
【 关键词】电力电缆；运行状态；在线监测
１ ． 分布式光纤测温技术
４ ２ 监 测交叉 互联 系统 电流 的 ．
缆线路 ；② 能够 直接 找 出故障或 隐 用途
监测交叉互联系统 电流的用途包
中间接 头 的Ｐ 检 测 原理 具有 的 患点 ；③不容 易也 不适合 发现 电缆 Ｄ
特 点包括：①适合用于交联聚乙烯 电 及 附件 中 的缺 陷和 绝缘老 化 ；④ 易 括：①检验 电缆分段长度是否相等 ； 缆线路 ；② 能够最早发现 电缆及 附件 受环境 等 因素的干扰 ；⑤ 一般不 能 ②检查接线是否正确 ；③检查互联线
向外辐 射人 眼看 不见 的红外线 ，也 上 。户 内终 端监测 时 ，应 关 闭照明 流和接地 电流。
同时发 射辐射 能量 。物体 的温度 越 灯 。当附近有 高温 设备 时，应进 行
高，发射的能量也越大。根据斯蒂芬 遮挡或选择合适 的监测方 向。
玻尔兹曼定律，辐射能量：１ Ａ Ａ ｌ ６ Ｔ Ｉ 】 ｌ ＝ｅ
电力电缆隧道在线监测系统解决方案
康威通信电缆隧道在线监测系统解决方案康威通信（833804）电缆隧道在线监测系统主要包括康威通信电缆隧道运维管理中心、站级信息汇集控制中心、通信电源总线系统、光纤测温系统、局部放电监测系统、金属护层接地电流监测系统、环境监控系统、门禁监控系统、井盖监控系统、视频监控系统、防盗定位应急通信系统的系统、智能巡检机器人系统及火灾报警控制系统的系统集成。
康威通信电缆隧道在线监测系统遵循“超前规划，适度预留，稳定可靠，易于扩展，功能分散、信息集中”的原则，结合国内目前成熟领先的一体化综合监控理念，运用计算机网络技术、智能控制技术、多媒体技术、管理开发技术，采用先进的信息采集与获取、信息传输与管理、信息展示与利用的三层设计理念，提供先进与科学的综合管理机制和联动控制机制，实现对电力隧道进行集中监控及历史信息进行集中查询，以实现整个隧道监控系统的一体化综合集成、集中管理、信息共享、智能控制的目标。
中心级监控平台康威通信电缆隧道运维管理中心(简称中心级监控平台)通过一个或多个站级信息汇集控制中心接入光纤测温系统、局部放电监测系统、金属护层接地电流监测系统、环境监控系统、门禁监控系统、井盖监控系统、视频监控系统、防盗定位应急通信系统的系统、智能巡检机器人系统及火灾报警控制系统的数据，以实现对多个变电站相关联的电缆在线状态实时监控、设备运行管理以及高压电缆网突发事故的应急指挥等功能，并具备对后续扩展系统的扩容接入能力。
康威通信电缆隧道运维管理中心的建设包含运维管理中心装修及基础配套机电设备安装、屏幕显示系统、信号管理系统、音响扩音系统、数字会议系统、中央控制系统及电缆隧道在线监测系统管理软件等7部分软硬件设备。
站级信息汇集控制中心站级信息汇集控制中心为优化系统结构层次、提高信息传输效率、便于系统组网而在电缆隧道就近变电站或电缆隧道工作井内组建的中间信息汇集控制层，实现所管辖范围内的信息汇集、处理或故障处理、通信监视等功能。
电缆多状态在线监测系统
电缆多状态在线监测系统一、综述目前全国大多数电力公司一样，对电力隧道、沟道内主干电缆的管理还处于计划检修阶段，一般采用定期巡视的方法对电缆的运行状况进行检查。
从经济角度和技术角度来说，计划检修都有很大的局限性，例如定期试验和检修造成了很大的直接和间接经济浪费，许多绝缘缺陷和潜在的故障无法及时发现。
随着国家电力基础设施投入的逐年增大，电力隧道的长度也正在迅速增加，由于运行维护人员的增长速度远远跟不上电力基础设施的增长速度，致使电力隧道运行工作面临着巨大压力，再者随着城市的加速发展，电力沟道和高压管线的迅速增长，电力负荷的急剧增加，电力公司对隧道的运行维护工作面临着巨大压力。
如何保证隧道内电缆不因过载、过热等情况突发大的运行安全事故，隧道内积水、可燃气体等不影响到供电系统的安全等新的要求，想解决当前面临的种种问题，仅靠大量增加运行人员数量来应对电力隧道的迅速增长和管理压力已经不现实，采用现代化的技术手段来提高电力隧道运行维护水平是当务之急。
电力隧道加装水位、气体探测装置，可有效监测到隧道内水位及气体情况，及时发现由于外部跑水至电力隧道内，外部可燃气体进入隧道内等情况。
通过水位、气体监测报警，及时发现隐患点所在位置及水位数值、气体成分含量等情况，为及时有效处置提供技术支撑，改善电力隧道运行环境，保证电力隧道及隧道内电力电缆的安全稳定运行有重要意义。
电缆是电缆网发生故障几率较大的设施，分别通过传感器耦合电缆接地线的信号、传感器对电缆接头的局部放电及分布式光纤测温系统对电缆进行监测数据采集，将其采集到的接地电流参量、局部放电参量及电缆温度参量传送到监测中心，对电缆的运行状态进行分析评估，实现电缆运行状态的时时监控，从而为电力部门有效的预防事故灾害的发生提供有力的的保障。
二、总体结构电力电缆多状态在线监测系统，主要对电缆局部放电、温度、接地电流、有害气体及水位，井盖进行在线监测，将监测信号上传至工业服务器进行处理存储，可实现对各技术监测量进行界面显示，谱图分析，报表打印，数据查询，报警等功能。
刍议电力电缆绝缘在线监测系统设计及故障分析
刍议电力电缆绝缘在线监测系统设计及故障分析近年来，我国电力系统运行环境日趋复杂，电力电缆绝缘在线监测系统技术要求逐步增加，为了全面满足人们对于电力系统应用需求，电力电缆绝缘在线监测技术的应用以及系统的构筑逐步发展完善。
本文介绍电力电缆在线监测系统的总体设计及软硬件设计，模拟试验证明，该系统能够有效判断电力电缆是否有绝缘老化或者击穿现象出现。
标签：电力电缆；绝缘；在线监测；故障诊断；系统1 电力电缆绝缘监测系统总体设计电力电缆绝缘监测系统原理如图1 所示。
现场监测单元需要达到一定的精度，但是一味地追求高精度会造成设计成本的增加，因此需要在系统的稳定性与精度之间找到一个合理的平衡点。
通过各项指标的分析，监测单元的测量精度一般定为0.2 级。
2 监测系统硬件设计现场监测单元主要由微处理器（ARM 构架的LPC2214）、FPGA、信号调理电路以及液晶显示等部分组成。
ARM 平台系统结构图如图2 所示。
ARM 架构的微处理器能够支持实时仿真与跟踪32 位的CPU，LPC2214 是有极低功耗，32 位的定时器以及9 个以上的外部中断。
微处理器在系统中的主要作用是采集、调理信号以及对存储进行相关的控制，处理故障信号，提取特征与运算参数，和上位机保持通信，上传所检测出来的参数信息，以利于上位机综合评估电力电缆的运行情况，进而为电力电缆的绝缘性提供量化依据。
系统采用MAX485 芯片实现上位机和现场检测单元之间的通信连接。
MAX485 芯片主要是由可控驱动器与可控接收器两部分组成。
2.1 电流传感器与信号调理电路设计考虑到系统中接地电流较大，采用穿心式电流传感器，这种传感器不仅可以达到精度标准，同时还可以确保监测装置的电气安全性。
通过比较分析，WBI513C0 型电流传感器符合系统的要求。
穿心式输入可以保证测试装置的安全性；跟踪电流源输出有利于对信号进行分析；输入频率25～5kHz 适用于工频信号的采样。
在信号调理电路设计中，由于故障电流信号的输出最高达到100mA，所以需要增加电流或电压转换器，借助运算放大器把电压放大到合适的范围，然后输送到后续电路。
电力电缆局放及环流在线监测系统技术方案
上海宜商实业发展有限公司电缆终端接头局部放电及护套环流在线监测系统技术方案目录一、概述 (2)二、国内外现状和发展趋势 (3)三、系统指标及功能 (3)1．技术指标 (3)2．系统功能特点 (4)四、技术方案 (4)1．系统结构图 (4)2．前端采集单元介绍 (5)五、现有工作基础、装备水平及实验测试能力 (11)六．售后服务及培训 (11)一、概述由于交联聚乙烯（XLPE）电缆具有绝缘性能好、易于制造和安装方便、供电安全可靠、有利于美化城市等优点，在60年代初问世以来的40余年中得到了迅速发展。
在中低压领域几乎替代了油浸纸绝缘电缆，并已在高电压等级中使用。
近十年来，我国城市电网中大量采用XLPE电力电缆输配电。
但是这种电缆的绝缘结构中往往会由于加工技术上的难度或原材料不纯而存在气隙和有害性杂质，或者由于工艺原因，在绝缘与半导电屏蔽层之间存在间隙或半导电体向绝缘层突出，在这些气隙和杂质尖端处极易产生局部放电（PD），同时在电力电缆的安装和运行过程当中也可能会产生各种绝缘缺陷导致局部放电。
由于XLPE等挤塑型绝缘材料耐放电性较差，在局部放电的长期作用下，绝缘材料不断老化最终导致绝缘击穿，造成严重事故。
我公司生产的电缆接头局放测量系统已应用到国内多个供电局，因该系统结构复杂、成本较高，所以目前主要是便携式的带电监测方式应用。
经过多年的技术积累，我们已完成对国内近千个110KV、220kv、330KV电缆接头的带电检测。
通过对这些数据的对比分析，发现电缆接头处的局放水平与监测的脉冲幅值有密切的联系；在此基础上，拟对原有的局放测量系统进行简化设计，只以接头处接地线上的脉冲幅值大小和接地电流值所为主要监测参量，进行实时监测，从而以较低成本，并有效方便的实现对电缆接头局放水平的在线监测。
当电缆线芯中有电流流过时，将会使金属护套上产生感应电势。
在护套开路时，这个感应电势可能会很大，有时不但会危及人身安全，还会击穿金属护套的外护层，尤其是电缆线路发生过电压及短路故障时, 在金属护套上会形成很高的感应电压, 使电缆外护套绝缘发生击穿, 故应在金属护套的一定位置采用特殊的连接方式和接地方式这些不同类型的接地电流成分不仅可以反映电力电缆金属护层自身的状态，也可以反映主绝缘的品质状态（如老化以及缺陷等）引起的局部放电在内的多类故障。
基于电力电缆故障在线监测及预警系统分析
基于电力电缆故障在线监测及预警系统分析摘要：首先分析了高压电力电缆的故障类型，并基于双CT法绝缘tanδ在线监测和双端同步电缆故障定位的浅析，介绍了在线状态检测技术系统的应用，为实际的高压电力电缆维护提供理论依据，并提出高压电力电缆在实际运行中的维护建议。
关键词：电力电缆；绝缘在线监测；故障定位0引言电力电缆是电缆的一种，用于输送和分配大功率电能。
电力电缆作为地下输电线路，是电网输送和分配电能的主要方式之一，具有架空线路所不具备的优点，例如地下敷设不占用空间，减少占地，不在地面架设杆塔和导线，不受外界环境影响，可以提高供电可靠性，减少运维工作量等，特别适用于输电线路密集、位于市区的变电站以及重要线路和重要负荷用户。
随着电网建设的加快，电力电缆的使用越来越多，保證电缆线路的安全运行也成为非常关键的问题。
电力电缆是出现绝缘故障率最高的设备，可引起线路短路、单相接地等重大事故，而且电缆一般敷设在电缆沟或电缆隧道里，环境复杂，故障信息和定位困难，因此，对电缆的在线状态监测和故障定位就成为当前的研究重点，也对电缆线路实际的维护具有积极意义。
目前电网使用的电力电缆大部分是交联聚乙烯电缆，有些线路使用充油。
某抽蓄公司动力电缆运行已近二十年，电缆在长期发热状态下普遍出现了电缆绝缘性能降低或过热的现象。
有资料表明，绝缘老化在电缆故障比例中所占比率较高，因此电力电缆的绝缘在线监测是迫切需要解决的问题。
1电力电缆故障分类和原因分析1.1电力电缆故障分类电力电缆故障可能是一种也可能是复合多种，大致分为以下两种：（1）低阻接地或短路故障：包括电缆一相或多相接地故障、绝缘电阻值较小。
（2）高阻或短路故障：接地或绝缘阻值较大。
（3）导体故障（开路故障）。
主要是线芯导体和金属屏蔽层故障，包括断线和似断非断故障。
（4）绝缘层故障。
包括主绝缘层和护套绝缘层故障。
1.2电力电缆故障原因（1）机械损伤是电缆故障占比较大也很常见的原因。
电力电缆绝缘在线监测方法
电力电缆绝缘在线监测方法摘要：对电力电缆进行定期的检查能够检测出电缆的绝缘情况，但离线的对电缆进行检测必须在停电后进行，影响生产生活，同时停电后检测的电缆的参数也有所不同，因此在线的对电力电缆进行检测尤为重要，本文就主要对电力电缆绝缘的在线检测及诊断进行探讨。
关键词：电力电缆；在线监测；系统设计引言在电力系统中，电缆以其占用空间小、不受自然条件影响、安全可靠性高等优势发挥着越来越重要的作用。
但目前对电缆的故障检测技术并不完全成熟，一旦发生故障，很难在短时间内排除问题，严重影响供电的恢复。
因此，需要加强电力电缆的检测技术，以保证电网供电的稳定、安全性。
在线监测技术不仅能够及时发现电力电缆绝缘缺陷，防止出现突发性电力事故，同时也能够有效减少不必要的停电检修，加强绝缘在线监测技术有着重要意义。
1 电力电缆绝缘状态在线监测研究的意义1.1 电气性能指标中压XLPE电缆绝缘检测技术发展相对成熟，但由于中压电缆和高压电缆的制作工艺、电缆结构和工作环境不一致，中压电缆绝缘性能的诊断方法并不能完全推论到高压电缆。
例如在中压电缆中，常见的老化原因之一就是水树老化，而对于高压电缆，水树影响绝缘老化问题并不突出。
因此，与水树老化状况有很强相关性的介质损耗法等方法就不适用于高压电缆的检测。
目前，高压电力电缆常用的绝缘老化状态离线检测方法有:绝缘电阻测量法、局部放电法和击穿试验法。
1.2绝缘电阻测量法绝缘电阻是反映绝缘介质阻止电流流通能力的参数，是用来判断绝缘性能是否合格、反映绝缘介质性能变化的典型依据，进行绝缘电阻测量是研究电缆绝缘特性以及在不同运行条件下使用性能等方面的重要手段。
当电缆绝缘发生老化时，电缆的绝缘电阻会逐渐下降，绝缘电阻值只有高于一定值，才能保证电缆正常工作。
2 电力电缆绝缘故障的原因一般，电线电缆的绝缘材料使用了一段时间以后，会于不同的程度上产生老化，引发绝缘材料出现老化的因素很多，有关的人员应从不同的角度来对引发其出现老化的因素综合和全方位地加以分析。
电力电缆局放及环流在线监测系统技术方案
上海宜商实业发展有限公司电缆终端接头局部放电及护套环流在线监测系统技术方案目录一、概述 (2)二、国内外现状和发展趋势 (3)三、系统指标及功能 (3)1．技术指标 (3)2．系统功能特点 (4)四、技术方案 (4)1．系统结构图 (4)2．前端采集单元介绍 (5)五、现有工作基础、装备水平及实验测试能力 (11)六．售后服务及培训 (11)一、概述由于交联聚乙烯（XLPE）电缆具有绝缘性能好、易于制造和安装方便、供电安全可靠、有利于美化城市等优点，在60年代初问世以来的40余年中得到了迅速发展。
在中低压领域几乎替代了油浸纸绝缘电缆，并已在高电压等级中使用。
近十年来，我国城市电网中大量采用XLPE电力电缆输配电。
但是这种电缆的绝缘结构中往往会由于加工技术上的难度或原材料不纯而存在气隙和有害性杂质，或者由于工艺原因，在绝缘与半导电屏蔽层之间存在间隙或半导电体向绝缘层突出，在这些气隙和杂质尖端处极易产生局部放电（PD），同时在电力电缆的安装和运行过程当中也可能会产生各种绝缘缺陷导致局部放电。
由于XLPE等挤塑型绝缘材料耐放电性较差，在局部放电的长期作用下，绝缘材料不断老化最终导致绝缘击穿，造成严重事故。
我公司生产的电缆接头局放测量系统已应用到国内多个供电局，因该系统结构复杂、成本较高，所以目前主要是便携式的带电监测方式应用。
经过多年的技术积累，我们已完成对国内近千个110KV、220kv、330KV电缆接头的带电检测。
通过对这些数据的对比分析，发现电缆接头处的局放水平与监测的脉冲幅值有密切的联系；在此基础上，拟对原有的局放测量系统进行简化设计，只以接头处接地线上的脉冲幅值大小和接地电流值所为主要监测参量，进行实时监测，从而以较低成本，并有效方便的实现对电缆接头局放水平的在线监测。
当电缆线芯中有电流流过时，将会使金属护套上产生感应电势。
在护套开路时，这个感应电势可能会很大，有时不但会危及人身安全，还会击穿金属护套的外护层，尤其是电缆线路发生过电压及短路故障时, 在金属护套上会形成很高的感应电压, 使电缆外护套绝缘发生击穿, 故应在金属护套的一定位置采用特殊的连接方式和接地方式这些不同类型的接地电流成分不仅可以反映电力电缆金属护层自身的状态，也可以反映主绝缘的品质状态（如老化以及缺陷等）引起的局部放电在内的多类故障。
(技术规范标准)电缆线路故障在线监测系统技术规范书
配电电缆线路故障定位及在线监测系统技术规范书批准：审核：拟制：总则1．本“规范书”明确了某城区供电公司10kV配电电缆线路故障定位及在线监测系统的技术规范。
2．本“技术规范书”与商务合同具有同等的法律效力。
1.1 系统概述配电线路传输距离远，支线多、大部分是架空线和电缆线，环境和气候条件恶劣，外破、设备故障和雷电等自然灾害常常造成故障率较高。
一旦出现故障停电，首先给人民群众生活带来不便，干扰了企业的正常生产经营；其次给供电公司造成较大损失；再者一条线路距离较长，分支又多，呈网状结构，查找故障，非常困难，浪费了大量的人力，物力。
电缆线路故障定位及在线监测（控）系统主要用于10kV电缆系统，可检测短路和接地故障并指示出来，可以实时监测电缆线路的正常运行情况和故障发生过程。
该系统可以帮助电力运行人员实时了解电缆线路上各监测点的电流、温度、电缆头对地电场（电缆头局部放电）的变化情况，在线路出现短路、接地、过温等故障以后给出声光和短信报警，告知调度人员进行远程操作以隔离故障和转移供电，通知电力运行人员迅速赶赴现场进行处理。
主站SCADA系统除了显示线路故障电流途径和位置，还能显示线路负荷电流、零序电流、首半波尖峰突变电流、线路对地电场（局部放电）的变化情况并绘制历史曲线图，用户根据需要还可以增加开关位置遥信采集、开关遥控、远程无线抄表和无功补偿柜电容投切等功能。
故障定位及在线监测（控）系统还可以提供瞬时性短路故障、瞬时性和间歇性接地故障的在线监测和预警功能，以及故障后事故分析和总结功能。
1.2 总体要求1.2.1当电缆线路正常运行时：系统能够及时掌握线路运行情况，并将线路负荷电流、零序电流、电缆头温度、线路对地电场（局部放电）等线路运行信息和开口CT取电电压、后备电池电压等设备维护信息处理后发送至主站，在主站能够方便地查询有关实时信息和历史数据。
为及时掌握线路故障前的运行状态，保证线路正常运行，避免事故发生，并为在线调整故障检测参数提供技术手段。
北京电缆网运行监控系统的研究和建设
北京电缆网运行监控系统的研究和建设●王立’李华春1周作春2刘皓1薛强1丛光5陈平’(1．北京市电力公司电缆公司；2．北京市电力公司；5．北京电力设计院)摘要综述了目前国内外高压电缆专业管理模式的现状及存在的问题，介绍了北京电缆网运行监控系统建设的背景，准备实现的功能及计划要达到的转变电缆专业管理模式的目标。
详细分析了北京电缆网运行监控系统的硬件组成，系统平台软件体系架构、系统安全防护体系建设、各功能模块功能整合接口、各类电缆网运行状态监测数据、控制信号通信规约及数据交互等内容，对北京电缆网运行监控系统建成后的运行模式，系统投入运行一段时间后达到的效果进行了详细分析总结，得出了建设一体化的电缆网运行监控平台，整合多种电缆网运行监测、管控功能，逐步开展对电缆网的运行状态监测和状态检修工作，是实现电缆专业管理模式现代化转变的重要方向的结论。
截止到2008年6月底，北京地区共有220kV电缆线路64路164．1km，110kV电缆线路565路647．4km，电力隧道495km。
97．6％的高压电缆都敷设在电力隧道内，北京地区的高压电缆及电力隧道长度在国内大城市中处于前列。
近年来，北京地区高压电力电缆及电力隧道设备增长迅速，”0kV及以上电缆每年以100km左右的速度增长，电力隧道每年以40km 左右的速度增长。
根据北京市电力公司。
十一五”规划，到2010年，北京地区500kV电缆将达到12km，220kV电缆将达到449．1km，”0kv电缆将达到782．4km，电力隧道将达到698km。
由于设备数量增长迅速，高压电缆及电力隧道运行维护的压力越来越大：由于电缆运行检修人员数量有限，不可能与设备量保持同步增长，在保持传统的运行管理式下，势必导致单位人员管理设备数量及范围的大幅增加：对电缆及电缆通道的运行状态缺乏监测技术手段或监测手段单一：针对电缆或电缆通道运行状态的各种监测技术自成系统，互不关联，同类单套监测设备又只监测一条或若干条电缆及其通道，相互关联程度很低，各种电缆及隧道运行状态监测系统又会不同程度地需要设备相关参数、地理信息数据、电源系统、电缆负荷数据等作为信息支撑，在这种状况下，即使增加了一些对电缆及通道运行状态进行监测的技术手段，也只是一个一个的监测信息孤岛，不能充分地发挥作用。
电力设备运行状态在线监测系统的设计和实现
电力设备运行状态在线监测系统的设计和实现摘要：当前，在改革开放的历史进程中，城镇化的快速发展促进了电力体制的不断更新。
然而，随着现阶段电力需求的不断增长，对电网安全的稳定性提出了更高的要求。
电力设备承担着国家战略发展的重要任务，其稳定性和可靠性具有重要意义。
研究了电力设备运行状态在线监测系统的设计方案，为提高电网运行安全性提供参考。
关键词：电力设备；运行状态；在线监测系统；设计和实现引言输电过程需要根据电力设备的运行情况来完成。
作为智能电网的核心组成部分，电力设备的安全稳定运行将直接影响到整个电网。
电力系统规模和范围的不断扩大对电力设备运行状态监测提出了更高的要求，电力设备运行状态在线监测系统的设计与改进仍是当前研究的重点。
智能电网和动态增容技术的不断发展和完善，为实现电力设备运行状态的实时、高效监控过程提供了强有力的支持。
但由于技术和成本的限制，还存在一些问题，如单点监控、尚未联网形成监控系统等，交互水平有待提高，在实际使用过程中还需要进一步提高，以降低故障率、使用维护成本。
1电力设备运行状态在线监测系统的设计1.1在线监测系统的总体规划电力设备在线监测系统，首先要建立监测基站，选择发电站和发电厂配置相应监测子站。
在监测子站中，要采集每一个通过数据采集器收集到的数据，通过数据模块将数据进行转化处理，定时发送到监测子站，存入统一数据库。
再由监测子站将数据统一传输到中心站上，并入数据库中进行存储。
1.2无线传感器网络设计（1）支持远距离传输，电力设备运行中传送距离一般同电压等级成正比，220KV的输电线路较长，尤其是电力设备电线路可达到上千公里，可能穿越不同的区域，需以不同区域的实际情况为依据对相应监测设备进行部署，重点监测区域间的间隔可能较远，需网络支持远距离传输功能。
（2）灵活的拓扑结构，满足不同线路类型的监测需求，连接不同电力设备的输电线路通常呈线性排布，网络节点（安装于杆塔上）则呈线性拓扑结构，通过采用同塔多回（多回输电线路共用一个杆塔）的方式可节省占地资源，由三相导线和架空地线构成一回线路，在需同时监测多条输电线路的情况下，使局部呈网状网络拓扑结构。
电网电缆绝缘在线监测系统设计
㊀２０２１年㊀第３期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２１㊀Ｎｏ．３㊀基金项目：教育部产学合作协同育人项目（２０１９０１００９０３８）收稿日期：２０２０－０３－２７电网电缆绝缘在线监测系统设计罗㊀乐１，汪金刚２（１．成都工业学院电子工程学院，四川成都㊀６１１７３０；２．重庆大学电气工程学院，重庆㊀４０００４４）㊀㊀摘要：电缆由于长期暴露在环境中老化会存在重大安全隐患，开发一种在线绝缘监测系统㊂利用交流低频叠加作为测量激励信号，通过频率测量电路㊁信号源电路和５０Ｈｚ的带通电路搭建硬件平台，利用频率测量程序㊁绝缘电阻计算程序可以输出电缆的绝缘电阻值，并且降低终端和被检测电缆对测量精度的影响㊂最后利用实测标准线缆数据验证绝缘电阻监测值符合实际绝缘特性，并且绝缘电阻检测精度可以在５％以内㊂关键词：电缆；绝缘电阻；嵌入式；在线监测中图分类号：ＴＰ２１６㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２１）０３－００６３－０４Ｏｎ⁃ｌｉｎｅＩｎｓｕｌａｔｉｏｎＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＰｏｗｅｒＧｒｉｄＣａｂｌｅｓＬＵＯＬｅ１，ＷＡＮＧＪｉｎ⁃ｇａｎｇ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｅｎｇｄｕＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１１７３０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃａｂｌｅｓｃａｎｈａｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｓａｆｅｔｙｈａｚａｒｄｓｄｕｅｔｏｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍｅｘｐｏｓｕｒｅｔｏｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｏｎｌｉｎｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｍｏ⁃ｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．ＵｓｉｎｇＡＣｌｏｗ⁃ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎａｓｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌ，ａｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｂｕｉｌｔｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ，ｓｉｇｎａｌｓｏｕｒｃｅｃｉｒｃｕｉｔ，ａｎｄ５０Ｈｚｂａｎｄ⁃ｐａｓｓｃｉｒｃｕｉｔ．Ｕｓｅｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅａｓ⁃ｕｒｅｍｅｎｔｐｒｏｇｒａｍａｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍ，ｔｈｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｃａｂｌｅｗａｓｏｕｔｐｕｔ，ａｎｄｒｅｄｕｃｅｔｈｅｔｅｒｍｉｎａｌａｎｄｄｅｔｅｃｔｅｄｉｍｐａｃｔｏｆｃａｂｌｅｓｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｓｔａｎｄａｒｄｃａｂｌｅｄａｔａｗａｓｕｓｅｄｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈａｔｔｈｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｖａｌｕｅｉｓｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄｔｈｅｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｃａｎｂｅｗｉｔｈｉｎ５％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｂｌｅ；ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｅｍｂｅｄｄｅｄ；ｏｎ⁃ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ０㊀引言电网系统的线缆全部暴露在自然环境中，长时间的暴晒和雨淋等环境因素会造成电缆腐蚀［１］，由于电网都为高压电，电缆内部会局部放电而击穿绝缘电缆㊂传统检测方式是停止供电，然后用绝缘表等仪器测量［２］，在线监测的方式可以避免供电站停止供电，也可以提前定位绝缘线缆的动态故障㊂１㊀信号叠加法目前电缆绝缘在线监测方式有局部放电法㊁电磁叠加㊁红外扫描㊁低频叠加法等㊂局部放电法可能会二次损坏导线［３］，使绝缘良好的导线漆皮出现隐藏故障，电磁叠加由于是连接在导线两端，只能定位整个导线的性能，当出现小缺陷时并不能定位故障位置㊂本监测系统叠加低频信号，三相电源中叠加低频信号不会对原系统造成影响，检测原理见图１，监测系统产生的低频信号通过绝缘电阻和寄生电容形成的回路产生电压向量［４］，通过分析电压向量计算出线缆的绝缘电阻㊂图１㊀叠加信号检测原理２㊀电网电缆的绝缘在线监测硬件电网电缆的绝缘在线监测系统如图２所示，包括信号输入㊁信号调理电路㊁ＤＳＰ信号处理㊁人机交互等部分，传感器读取的电压信号需要经过检测㊁调理和采集，在硬件检测部分比较重要的是信号调理电路，包括带阻电路㊁信号源电路和频率测量电路３部分，带㊀㊀㊀㊀㊀６４㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＭａｒ．２０２１㊀阻电路主要作用是滤除工频５０Ｈｚ的无效信号，信号源电路用于产生低频信号并叠加到三相电缆中［５］，频率测量电路用于分析电压向量㊂图２㊀电网电缆的绝缘在线监测系统２．１㊀带阻电路由于在电网的三相电缆中５０Ｈｚ的交流电源信号最多，工频信号对低频有效信号造成的干扰最严重，为了抑制噪声信号需要设计带阻滤波电路［６］，具体电路见图３㊂输入信号ＩＮ后面连接了一个二阶带阻滤波电路，其中Ｒ４７８㊁Ｒ４７９㊁Ｒ４８０㊁Ｃ３８５㊁Ｃ３８６㊁Ｃ３８７６个器件可以计算出滤波器的截止频率，Ｒ４８０可以等效为２个３３ｋΩ的电阻并联，Ｃ３８７等效为两个１００ｎＦ的电容并联，因此滤波器可以等效为对称式［７］，电路的截止频率为２πＲＣ，计算结果为５０Ｈｚ，后面的运算放大器为２倍的差分放大电路㊂图３㊀带阻电路２．２㊀信号源电路信号源电路主要用于产生１０Ｈｚ的低频脉冲电压信号，信号的输入为工频交流信号，产生的低频信号源叠加到电缆后用于检测绝缘电阻［８］，具体电路如图４所示㊂Ｓ＿Ｌ和Ｓ＿Ｎ为交流电压的输入信号，先经过整流桥电路Ｄ５５ Ｄ５８，整流后输出为直流信号，并联一个Ｃ３８８的电容可以平滑直流电压纹波，ＩＧＢＴ用于逆变输出一个频率可调的交流电路，由于开关频率和输出电压都不是很高，在栅极和射极之间的寄生电容可以忽略不计，为保证低频信号的有效，在逆变电路上并联一个ＬＣ低通滤波器㊂逆变电路后面连接了一个隔离变压器，隔离变压器后面连接一个光耦驱动电路，驱动电路的输出为＋５Ｖ脉冲电压㊂图４㊀信号源电路２．３㊀频率测量电路绝缘在线监测系统中，靠硬件采集电路采样输入高速信号［９］，单纯靠信号调理电路和高速Ｉ／Ｏ口采集的信号会出现延时和丢脉冲，因此加入频率测量电路，主要功能是保证测量精度和过零点的起始点检测，具体电路如图５所示㊂当低频信号和工频都进入ＩＮ引脚时，有信号噪声峰值时在经过零点时会转变为电平信号，通过检测电平信号脉冲频率就可以测量出信号周期，ＩＮＡ－输入低电平参考信号，ＩＮＡ＋为线缆输出的混合信号㊂３㊀软件绝缘在线监测系统的软件系统包括频率测量程序和绝缘电阻计算程序，频率测量是为了识别采集的有效电压向量，绝缘电阻计算是对提取的特定频率信号计算转化为绝缘电阻值㊂图５㊀频率测量电路３．１㊀频率测量程序在信号源中只有工频和注入１０Ｈｚ２种频率，硬件电路滤除工频信号后只剩有效信号，但是信号源在逆变过程中及采集过程中频率不会做到绝对精准［１０］，如果直接由采用的频率计算必然会造成频率误差，因此对采集的电压向量信号先要进行频率转化，具体程序见图６，系统上电后先要初始化和启动定时器１和２，开始捕获单元１即第１个脉冲上升沿，定时器开始㊀㊀㊀㊀㊀第３期罗乐等：电网电缆绝缘在线监测系统设计６５㊀㊀捕捉第２个上升沿并比较，如果确认是１个脉冲后把中断标志位置位，同时对定时器２加１个脉冲数量，同理补充多个脉冲后判断是否结束１个周期，根据采集的脉冲数就可以计算出信号的周期和频率㊂图６㊀频率测量程序３．２㊀绝缘电阻计算程序绝缘电阻计算程序的作用是对采样数据进行计算，先对数据进行转化分解，再根据转化的数据计算线缆绝缘电阻［１１］，具体流程见图７㊂系统上电后先要初始化，再利用均方根法去除异常的采样数据，删除的数据用插值法补齐，对电压信号进行傅里叶变换后分离出实部和虚部，根据两个值计算出电缆的绝缘电阻值，为提高计算效率，数据处理程序放在主程序中，傅里叶变换程序为系统库函数㊂图７㊀缘电阻计算程序将三相电缆分别简化为单相电缆模型，计算模型需要按照图８分解，Ｌｄ为电抗器等效电感模型，Ｌｘ为电缆等效阻抗模型，Ｃ为线缆对地线的分布电容㊂按照等效电路将电缆阻抗用计算模型等效为Ｚ＝ｊωＬ＋Ｒʊ（１ｊωＣ）（１）式中：ω为信号发生电路产生的频率，ω＝１０Ｈｚ，Ｌ为电缆的等效感抗；Ｒ为电缆２０ħ的单位铜线阻值；Ｃ为三根电缆对地分布电容㊂图８㊀电网电缆等效电路图４㊀绝缘在线监测系统的试验验证电网电缆的绝缘在线监测系统需要在２个重要的方面进行验证，一是要抑制工频干扰信号，二是要验证不同电缆绝缘电阻的精度㊂前期均在实验室环境中完成绝缘在线检测系统的验证，如图９所示，采用８ｋＶ三相动力线缆，该线缆长度为５ｍ，用示波器采集线缆中信号同步验证硬件信号采集部分，设定在线监测系统信号源工作电压为１５Ｖ，三相线缆连接到三相程控电源上㊂图９㊀实验室测试环境４．１㊀频率波特图采集带阻电路后的电压信号，为了区分电压信号是否抑制工频干扰信号，用工频信号源验证系统［１２］，先对信号进行傅里叶变换，得到频率波特图，如图７所示㊂衰减频率可以准确地落到５０Ｈｚ内，由于元器件的精度和温度漂移等原因造成在４０ ６０Ｈｚ会有不同程度的衰减，衰减幅值可以达到６５ｄＢ，但此电路在１０Ｈｚ没有衰减，也可以满足系统设计要求㊂图１０㊀频率波特图４．２㊀绝缘电阻误差分析由于电网电缆电磁干扰和地线之间的分布电容等原因，造成干扰信号导致测量误差，用系列标准线缆来验证电缆的绝缘电阻，可以更加准确地验证系统精度，具体结果见图１１㊂标准线缆绝缘电阻在０ １６０ｋΩ㊀㊀㊀㊀㊀６６㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＭａｒ．２０２１㊀之间，电阻值比较小时测量的相对误差比较大可以达到５％，随着阻值增加误差减小并趋于平稳在２．５％左右，而实际电网线缆的绝缘电阻值在几十ＭΩ左右，监测系统精度可以满足要求㊂图１１㊀绝缘电阻误差结果数据结果传递到信号上位机中显示，人机交互界面如图１２所示㊂本系统可以同时监测６条线缆，在绝缘电阻为９９９９ＭΩ时表示系统绝缘状态良好，历史查询界面可以读取所有的绝缘电阻数据㊂图１２㊀电缆绝缘的人机交互界面５㊀结论本文设计了一种电网电缆的绝缘在线监测系统，采用叠加低频信号测试电缆绝缘电阻，首先分析叠加信号检测原理，然后对频率测量电路㊁信号源电路和５０Ｈｚ的带通电路搭建硬件设计，开发频率测量程序㊁绝缘电阻计算程序，最后利用现场实测数据验证测量的绝缘电阻符合实际绝缘特性，并且绝缘电阻检测精度可以达到５％以内㊂参考文献：［１］㊀王宏伟，张利民，姜建平，等．特高压站避雷器泄漏电流在线监测和分析系统［Ｊ］．电瓷避雷器，２０１９（６）：６７－７２．［２］㊀郑文迪，周腾龙，邵振国，等．模块化多电平换流器ＩＧＢＴ状态参数在线监测方法［Ｊ］．电测与仪表，２０２０，５７（２２）：１２０－１２５．［３］㊀张兴刚，闫秋羽，陈鹏，等．基于振动法的建筑墙体装饰抗震裂综合设计研究［Ｊ］．地震工程学报，２０１９，４１（６）：１４９９－１５０５．［４］㊀杨微．断裂带首波研究进展［Ｊ］．地震工程学报，２０１９，４１（６）：１４０７－１４１８．［５］㊀李嘉明，陈曦，郝一帆，等．电缆线路中操作过电压主导频率的确定方法研究［Ｊ］．电网技术，２０１９，４４（７）：２７８５－２７９３．［６］㊀张超，杜博超，崔淑梅，等．电动汽车高压系统绝缘状态在线监测方法［Ｊ］．电工技术学报，２０１９，３４（１２）：２６５７－２６６３．［７］㊀郭金明，覃秀君，李婧．探究酸碱性环境对电缆绝缘老化的影响［Ｊ］．绝缘材料，２０１９，５２（５）：５０－５３．［８］㊀赵世林，周凯，何珉，等．冲击电压下电缆的介电响应特性与绝缘状态评估［Ｊ］．高电压技术，２０１９，４５（４）：１２９７－１３０４．［９］㊀邱日强，朱峰，高晨轩．铁氧体磁环对场线耦合感应电流的抑制效果［Ｊ］．高电压技术，２０１８，４４（８）：２７３２－２７３７．［１０］㊀汪颖，卢宏，杨晓梅，等．堆叠自动编码器与Ｓ变换相结合的电缆早期故障识别方法［Ｊ］．电力自动化设备，２０１８，３８（８）：１１７－１２４．［１１］㊀刘益军，欧晓妹，李恒真，等．变压器油纸绝缘的回复电压法测试结果对比分析［Ｊ］．绝缘材料，２０１７，５０（１１）：５９－６２．［１２］㊀程运安，吴永忠，魏臻，等．电桥法电缆绝缘测试仪的设计及精度分析［Ｊ］．合肥工业大学学报（自然科学版），２００７（９）：１１１０－１１１２．作者简介：罗乐（１９７４ ），硕士，副教授，主要研究方向为电子技术与计算机应用㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｌｕｏｌｅ９１５＠ｓｏｈｕ．ｃｏｍ汪金刚（１９７９ ），博士，教授，主要研究方向为电磁测量与计算㊂（上接第５７页）［４］㊀ＶＡＬＬＥＲＹＨ，ＥＫＫＥＬＥＮＫＡＭＰＲ，ＶＡＮＤＥＲＫＯＯＩＪＨ，ｅｔａｌ．Ｐａｓｓｉｖｅａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｔｏｒｑｕｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｓｅｒｉｅｓｅｌａｓｔｉｃａｃｔｕａ⁃ｔｏｒｓ［Ｃ］／／２００７ＩＥＥＥ／ＲＳＪＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＩｎ⁃ｔｅｌｌｉｇｅｎｔＲｏｂｏｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓ．ＩＥＥＥ，２００７：３５３４－３５３８．［５］㊀ＺＩＮＮＭ，ＲＯＴＨＢ，ＫＨＡＴＩＢＯ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｗａｃｔｕａｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｈｕｍａｎｆｒｉｅｎｄｌｙｒｏｂｏｔｄｅｓｉｇｎ［Ｊ］．ＴｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２００４，２３（４／５）：３７９－３９８．［６］㊀ＢＩＣＣＨＩＡ，ＲＩＺＺＩＮＩＳＬ，ＴＯＮＩＥＴＴＩＧ．Ｃｏｍｐｌｉａｎｔｄｅｓｉｇｎｆｏｒｉｎｔｒｉｎｓｉｃｓａｆｅｔｙ：ｇｅｎｅｒａｌｉｓｓｕｅｓａｎｄｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｄｅｓｉｇｎ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ２００１ＩＥＥＥ／ＲＳＪＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＩｎ⁃ｔｅｌｌｉｇｅｎｔＲｏｂｏｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓ．ＥｘｐａｎｄｉｎｇｔｈｅＳｏｃｉｅｔａｌＲｏｌｅｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓｉｎｔｈｅｔｈｅＮｅｘｔＭｉｌｌｅｎｎｉｕｍ（Ｃａｔ．Ｎｏ．０１ＣＨ３７１８０）．ＩＥＥＥ，２００１：１８６４－１８６９．［７］㊀ＢＩＣＣＨＩＡ，ＴＯＮＩＥＴＴＩＧ．Ｆａｓｔａｎｄ ｓｏｆｔ－ａｒｍ ｔａｃｔｉｃｓ［ｒｏｂｏｔａｒｍｄｅｓｉｇｎ］［Ｊ］．ＩＥＥＥＲｏｂｏｔｉｃｓ＆ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＭａｇａｚｉｎｅ，２００４，１１（２）：２２－３３．［８］㊀朱辉杰．优傲机器人：协作机器人市场已进入爆发期［Ｊ］．智能制造，２０１９（１０）：１３－１５．［９］㊀ＩＳＯＩＳＯ．ｒｏｂｏｔｓａｎｄｒｏｂｏｔｉｃｄｅｖｉｃｅｓ⁃ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｒｏｂｏｔｓ：ＴＳ１５０６６（２０１６）［Ｓ］．［１０］㊀刘洋，孙恺．协作机器人的研究现状与与技术发展分析［Ｊ］．北方工业大学学报，２０１７，２９（２）：７６－８５．［１１］㊀田志伟．协作机器人无传感器碰撞检测方法研究［Ｄ］．天津：天津大学，２０１８．［１２］㊀郑海峰．协作机器人安全测试方法研究［Ｊ］．电器与能效管理技术，２０１７（２４）：１６－１９．作者简介：靳励行（１９９３ ），博士研究生，主要研究方向为机械工程㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｊｉｎｌｉｘｉｎｇ１９９３＠１６３．ｃｏｍ通信作者：田野（１９８３ ），博士，讲师，主要研究方向为人机交互㊁智能机器人㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｔｉａｎｙｅ７２４８＠ｂｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。
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电力电缆运行状态在线监测系统的设计
摘要：在电力电缆在运行过程中，为了能够及时发现线路故障，及时对故障进
行排查，传统的方法是安排专门人员定期对线路进行检修和巡视。
该方法存在一
定缺点，影响电缆的稳定运行和人们的正常用电需求。
在线监测系统的设计，可
以对线路运行状态实时在线监测，及时发现线路出现的故障，以便及时排除线路
故障，确保电力电缆安全稳定运行。
关键词：电力电缆；运行状态；在线监测系统；设计
引言
随着社会经济的不断发展，人们对电能的需求也越来越大，所以现代社会对
电力的传输质量和安全性就有了更高的要求。
但是，电力电缆的复杂性越来越高，电缆出现故障的现象逐渐明显，所以及时对配电网中的故障电缆进行点位一直被
研究的课题。
因此有效的故障定位方法，准确的找出故障点，对保证电力运输畅
通具有重要的意义。
1电力电缆故障原因
（1）生产质量问题。
电缆材料本事和电缆制造设计终端在制作过程中不可避免存在的缺陷，并且受到环境、化学、运输过程中的电热等因素影响，从而造成
电缆使用之间就存在问题。
（2）施工质量问题。
电力电缆没有按照施工设计进行施工，从而造成线路出现问题。
如：相关安装设备在作业时不小心砸到电缆，或者是由于密封措施不当，导致潮气渗入，都会影响电缆的质量。
（3）管理维护的问题。
当施工结束后，相关部门必须定期的对电缆进行检查维护，对长期过载运转没有做到及时调整；以及长期在有腐蚀性的环境工作；以
及在跟热力管道相交接的地方，由于温度过高，没有采取相应的放热措施，这些
情况都会造成电缆损坏，影响电力的正常传输。
（4）电缆中间接头不良。
大部分的电缆故障都是因为电缆接头不良引起的，在潮气或者湿度比较大的环境里没有采取防护措施；由于电缆接触不良，接头规
格不合理；或者是接头密封不良的时候，电缆会受到潮气水分的侵蚀，从而导致
电缆使用寿命下降，从而出现安全隐患。
2在线监测系统的设计与研发
2.1在线监测系统的架构组成
(1)污秽泄漏电流监测子系统
污秽泄漏电流监测子系统，主要由七个部分组成，分别为泄漏电流卡环、电
流传感器、信号处理单元、数据采集器、保护装置、环境温湿度分析系统、专家
系统。
该系统的环境适应能力很强，能够在气候恶劣条件下进行高精度检测。
(2)微气象区气象信息监测子系统
该系统主要在线监测输电线路所处环境的温度、湿度、大气压力、风速和风
向等参数。
系统在采集这些参数信息之后，需要对信息进行压缩处理，然后选择
合适的通讯方式将数据传输至监测中心。
监测中心的专家分析系统会对线路污染
情况进行分析，同时将分析结果以报表、统计图或者是曲线图的方式展示给用户，一旦出现异常情况，分析系统会自动报警，并且自动向工作人员的手机发送预警
短信。
(3)危险点视频图像信息监测子系统
该系统的主要功能是判断电力电缆输电线路当前覆冰量的大小以及导线的舞
动幅度，判断依据是导线的重力变化和震动频率变化。
系统将分析后得到的数据
传输至监测中心，经过专家分析系统的进一步分析预测覆冰的程度以及发展趋势，以便进行及时预警，并且辅助工作人员制定预警方案。
2.2在线监测系统的软件设计
电力电缆输电线路在线监测系统的软件设计基于B/S模式体系结构进行。
该
体系结构有效结合了WEB和数据库，最终形成基于WEB的计算模式，该计算模
式很容易在Internet网络中应用。
软件系统的设计可以分为五步进行:系统分析、
基本结构设计、组件设计、应用程序设计、系统调试。
软件系统的运行程序是基
于C++语言编制的，在WindowsS2000Server平台上运行。
程序功能非常强大，可
以提供报告查询、专家诊断等功能。
2.3硬件设计
系统监测终端能实现电缆护套电流检测、电缆护套电压检测、电缆回路接地
电流监测、电缆护套温度采集、电缆井环境监测功能，方便工作人员掌握线路的
运行状态，在线路负荷或温度发生大幅变动时进行负荷调整，在电缆出现劣化征
兆时进行抢修。
终端装置每天都将进行一次自检，检查自身的通信及供电等是否
正常，自检完毕后将发送相关信息到系统主站；主站若持续２４ｈ未接收到相应
终端的自检信息则将发出提示信息，提醒工作人员进行处理。
此设计提高了终端
装置的可靠性，保证了终端装置可长期稳定运行。
2.4系统主要功能描述
（１）数据无线传输。
ＧＰＲＳ（通用分组无线服务技术）是基于ＧＳＭ
（全球移动通信系统）网络发展起来的一种新的分组数据承载业务。
ＧＰＲＳ以
分组交换技术为基础，支持Ｘ．２５协议和ＩＰ数据网络协议，提供了直接、无
缝的Ｉｎ－ｔｅｒｎｅｔ网连接。
ＧＰＲＳ能根据用户需求灵活地动态分配无线
资源，从而实现多用户共享。
（２）电缆隧道内部环境监测数据管理分析。
该模
块利用安装在电缆隧道内的前端采集系统，准确记录隧道内部的环境数据，包括
环境温湿度、有害气体参数和烟雾相关数据，并对这些数据进行处理，分析其变
化趋势。
系统建立了内部数据库，便于查询历史数据，一旦发生事故，可进行调用，查看相关记录。
（３）电缆接头温度监测分析。
实际运行经验表明，电缆接
头温度是反映电缆接头质量的主要参数。
电缆接头处温度升高会加速接头氧化，
使电缆接头接触电阻增加，从而进一步导致电缆接头温度上升，影响绝缘材料寿命，加剧绝缘老化。
在不同的负载电流下，电缆接头的表面温度与线芯温度具有
函数关系。
在已知具体的电缆接头结构和其参数的前提下，利用数据库的数据处
理技术可预测电缆接头温度。
结束语
综上所述，电力电缆故障时在生活中比较常见的现象，由于其种类多样化，
必须要采用相对应的方法和专业测量设备才能及时对故障进行定位，从而为排除
故障做好基础工作。
另外，还是要加强电力电缆的预防措施，才能有效地降低故
障出现的频率。
因此，只有把查找故障技术与防范措施相结合，才能保证电能的
安全输送，提高我国电力故障维修的整体水平，进而保障了城市用电的安全可靠性。
参考文献：
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