XLPE电缆金属护套环流在线监测系统

２１ ０ １年 第 ２ ０卷 第 １ １期
实施远 程监控 ， 具有不受地理环境 、 气候等 因素影响， 监测距离远 ，实时性好，运行成本低等优势 ，应用前 景广阔 。
由于 ＸＬ Ｅ电缆金属护套环流与 电缆通过 电流大 Ｐ 小 以及 电缆绝缘状况有关 ， 为了适应不同的 电缆线路， 我们 设计了不同电流 比的电流互感器 ，主要有 １ ０ 、 ： ０ ２
此在线监测系统的工作原理 为：通过 高压 电流互
感器采集金属护套环流信号 ，经过滤 波处理后将环流
信号写入 Ｒ Ｕ，再通过 Ｇ Ｒ Ｔ Ｐ Ｓ模块 与 Ｉｔ ｔ ｎｅ 通讯 ， ｍｅ
将采集 到的信号 发送到后 期处 理平 台进行分析处理 。 根据采集 到的金属护套环流信 号判 断高压电缆的绝缘
Ａｂ ｔ ａ ｔ ＸＬ Ｅ ｃ ｂ ｅｈ ｓｂ ｅ ｄ ｌ ｐ ｌ ｄ ｉ ｈ ｄ ｂ ｃ ｕ ｅ ｏ ｓｇ ｏ ｌｃｒｃ ｌ ｒ ｐ ｒ ｅ ． ｔ ｉ ｓ ｌｔ ｎ ｓ ｔ ｓｒ ｃ ： Ｐ ａ ｌ ａ ｅ ｎｗｉ ｅｙ ａ ｐ ｉ ｔ ｅ ｅ ｎ ｅ ａ ｓ ｆ ｔ ｏ ｄ ｅｅ ｔｉａ ｏ ｅｔ ｓ Ｉ ｕ ａｉ ｔ ｅ ｉ ｐ ｉ ｓｎ ｏ ａ ｄ ｒｃ ｌ ｅａｅ ｏ ｔ ｅ ｓ ｆ ｎ ｅｉｂ ｅ ｏ ｅ ａｉ ｎ ｏ ｏ ｒ ｓ ｓｅ ｈ ｗ ｏ ｅ ｅ ｔ ｅｙ ｍｏ ｉ ｒｔ ｅ ｉ ｓ ｌｔ ｎ ｓ ｔ ｏ ｉ ｔ ｒ ｌｔ ｓｔ ｈ ａ ｅ ａ ｄ ｒ ｌ ｌ ｐ ｒ ｔ ｆｐ ｗｅ ｙ ｔｍ， ｏ ｔ ｆ ｃｉ ｌ ｎ ｔ ｎ ｕ ａｉ ｔ ｅ ｆ ｅ ｙ ａ ｏ ｖ ｏ ｈ ｏ ａ
状况 和线 路运行状况 ，实现金 属护套环流实时采样 、
数据 实时更新 以及数据保存和超 限报 警等功能，有 效 地预 防高压电缆绝缘事 故的发生 ，保障 电力系统的安
全 可靠运行 。
信 资源 ，提高数据的吞吐量，保证 系统的实时性和快
速性 ，能够实现更长距离和更复杂的 自然环境下的在 线监测 ，使系统更具 实用性 。
Ｘ Ｐ 电缆 的交叉互联接地方式具有屏蔽层接地 ＬＥ
回路环流小、经济安全等优点 ，但 因无法直接测得各
段主绝缘的电流值 的特 征量而给绝缘在线监测带来了
困难 。因此 ，如何 有效地对 交叉互联接地方式下 电缆
绝缘 的在线监测成为一个 必须解 决的问题 。
针对上述 问题 ，本文 设计 了 ＸＬ Ｅ 电缆金属护套 Ｐ 环流在线监测系统 ，通过监测金 属护套环流来判 断电
ｄ ｓｇ ｄ ｍｅ ｈ ｄ ｎｔ ｉ ａ ｒ ｅ ｉｎｅ ｔ ｏ ｓｉ ｓｐ ｐｅ． ｈ Ｋｅ ｙｗｏｒ ： ｄｓ ＸＬＰ ｃ ｂ ｅ ｍｅａ ｈ ａｈ； ｉｃ ａ ｉｇ ｃ ｒｅ ｔ ｏ －ｉ ｅｍｏ ｉ ｒｎ Ｅ ａ ｌ； ｔ ｌ ｅ ｔ ｃｒｕｌｔ ｕ ｒ ｎ ； ｎ ｌ ｎｔ ｉ ｇ ｓ ｎ ｎ ｏ
，
能有效保护交 叉互联单元内护层和外护套绝 缘等
优 点，在 工程 实践 中得到 了广 泛运用 。当线 路不对 称
① 收稿时间：０ ．３０ ； ２ １ ０．９收到修改稿时间： １－３２ １ ２ ０．７ ０１
计 算 机 系 统 应 用
ｈｔ：ｗ ｗ． ｓ ． ｇｃ ｔ ／ ｗ ｃ・ｏ ． ｐ／ —ａ ｒ ｎ
影响 ，安装时需要对 电流互感器进行密封 处理 。
２ ２ＲＴＵ ．
台三部 分组成 。其 中，护套环 流信 号采集模块主要由
高压 互感器和 滤波装 置组成 ；环 流信号的传输模块主
Ｒ Ｕ 即远程终端设备 ， Ｔ 是一种远程测控智能装置 。 它不仅 可 以采集 、监测 、 计算和存储现场 的设备信号 ，
，
ｌＣ ｌ ｇ ｆ ｌ ｔ ｎｃ ｎ ｆｒ ｔ ｎＥ ｇｎ ｅｉｇ Ｈ ｎ ｉ ｒｉ ， ｈｎ ｓａ １０ ２ Ｃ ｉａ （ ｏｌ ｅ Ｅｅ ｒ ｉａ ｄ ｎｏｍａｉ ｎ ｉｅｒ ， ｕ ａ Ｕｎｖ ｓｙ Ｃ ａｇｈ ０ ８， ｈｎ ） ｅ ｏ ｃｏ Ｉ ｏ ｎ ｎ ｅ ｔ ４ ２Ｈ ａｅ ｇＲ ｉ ｎ ｏ ｒ ｌ ｔ ｏＬｄ Ｇａｚ ｏ ５ ２ ， ｈｎ） （ ｕ ｎ ｕＪ ｗｅ ａ ． ｔ， ｎｈ ｕ２ ０ １Ｃ ｉａ ｎ ｉＰ Ｐ ｎＣ ４
础上 开发的一种新的移动数据业务 。Ｇ Ｒ 和 以往连 ＰＳ
图 １ 监测系统总体框图
续在频道传输 的方式不同，是 以封包式来传输 ，能为 移动用户提供 高速的无线 Ｉ 。它具有网络覆 盖率 高、 Ｐ
实时性好 、传 输速率高、运行 费用低 、安全可靠及支 持 Ｔ ＰＩ Ｃ／ Ｐ协议等优点【。 ６ Ｊ 监测系统采用 Ｍｏｏｏａ公司推 出的 ＷＡ Ｅ Ｏ ｔｒｌ Ｖ Ｃ Ｍ
Ｉ
Ｒｓｌ ＨＵ Ｇ ＰＲＳＲ ＴＵ
Ｌ 中移 ｝ ＿ 国动 ຫໍສະໝຸດ Baidu Ｊ ＿ 一
模块连接来实现环流 信号 的无线传输。
【Ｍ 块Ｉ－ 络Ｉｌ印 模 ｎ Ｉ一网 打机 ｔ
＼ 上 ．＿ 一 １ —
监测 中心计算机
２ Ｒ ． ＧＰ Ｓ模块 ３
Ｇ ＲＳ即通用分组无线服务技术 ， Ｐ 是在 Ｇ Ｍ 的基 Ｓ
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计 算 机 系 统 应 用
ＸＰ Ｌ Ｅ电缆金属护套环流在线监测系统①
喻世根 ，张 亮０ ，李 锰 ，吴 畏
（ 湖南大学 电气 与信 息工 程学 院，长沙 ４ ０ ８） １０ ２
ＸＬＰＥ ｃ ｂ ｅ ｓｖ ｒ ｏ ｔｎ ｏ ｏ ｒｓ ｔ ｍ． ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｅ ｅｎ ｅ ｓｏ ｏ ｒｓ ｔ ｍ， ａ ｌ ｓｉ ｅ ｙ ｉ ｍｐ ｒａ ｔ ｒｐ ｗｅ ｙｓｅ Ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｅ ｄ ｆｐ ｗｅ ｙｓｅ ＸＬＰＥ ａ ｅ ｔｌｓ ｅ ｔ ｆ ｏ ｔ ｃ ｂｌｓｍｅ ｈ ａｈ ａ
２ 系统硬件介绍
２１高压 电流互感器 ．
电力系统用 电流互感器 是将 电网高 电压 、大 电流
的信息传递到低 电压、小 电流 的二次侧计量 、测量仪
３ 系统软件设计
３１环流信 号采集传输系统软件 ．
表 及继 电保护和 自动装 置的一种特殊变压器 ，是一次 系统和二次系统的联络元件 ，其一次绕组接入 电网， 二次绕组分别于测量仪表、保护装置等互相连接 。互
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ｈｔ：ｗ ． Ｓ ． ｇ ｎ ｔ ／ ｗｗｃ —ｏ ． ｐ／ —ａ ｒｃ
计 算 机 系 统 应 用
块采用标准 的 ＭＯ ＵＳ Ｔ ＤＢ Ｕ协 议，Ｃ Ｃ校验 。 Ｒ Ｒ
由于 网络 运营商为了防止一些终端挂在 网上 ，而 不传输数据 ， 占用无线网络资源 ，当发现模块 一定时 间 内没 有传 输数 据 时 ，就 会把 模块 断 开 。为 了保 持 Ｇ Ｒ Ｔ Ｐ Ｓ Ｒ Ｕ模块与监控中心 的链路连接 ，保证模 块永 远在 线 ，在设计 中提 出了心跳包 的概 念 。心跳包 即模 块每 间隔规定 时间 （ 根据 当地移动 网络情况设置 ）发 送一 次给监控 中心 的数据包 ，监控 中心 收到心跳包后 应答 回复，从而保证模块一直在线 。如果 在心跳时间
（ 华能瑞金发 电有限责任公司，赣州 ３ １０） ４０ ０
摘 要 ：ＸＬ Ｅ电缆 由于其 良好 的电气性能在 电网中得到 了广泛地应用 ，Ｘ Ｐ Ｐ Ｌ Ｅ电缆的绝缘状况直接影响到电力 系统 的安全和 稳定，如何有效地监测 Ｘ Ｐ 电缆 的绝缘状态对 电力系统的安全稳 定运行 意义重大 。为 了满足 电 ＬＥ 力系统 的需要 ，有效地监测 电缆绝 缘状况 ，以 Ｌ ｂ ＩＷ 图形 可视化编程软件作为开发工具，设计 了 Ｘ Ｐ ａＶＥ Ｌ Ｅ电缆 金属护套环流在线监测 系统 ，以此监测 电缆 的绝缘状况 ，文 中阐述 了监测系统 的硬件组成和软件设计方法 。
感器性能 的好坏 ，直接影响到 电力系统测量 、计量 的 准 确性和继电保护装置动作的可靠性【。
３ ６系 统建 设 Ｓｓ ｍ ｏｓ ｕｔ ｎ ｙｔ Ｃ ｎｔ ｃｉ ｅ ｒ ｏ
在使用 Ｇ Ｒ Ｔ Ｐ Ｓ Ｕ模块之前 ，需要对模块进行初 Ｒ
始化 ，包括 设置它 的工作模式 、外部接入点和使用 的 协议类 型等 Ｐ Ｓ Ｔ Ｇ Ｒ Ｕ模块通过 Ｉｔ ｎｔ Ｒ ｎｅ ｅ 网络与控制 ｒ 中心计算机进行通讯 ，并随时准备接 收控制 中心计算 机发送过来 的指令并做出相应 的反应 。ＧＰ Ｓ Ｒ Ｕ模 Ｒ Ｔ
１ ０ 和 １８０等几种，安装时考虑实 际电缆线路的具 ：０ ４ ： ０
１ 系统介绍
本系统采取模块化设计 ，整个 系统 由护套环流信
号采集模块 、环流信 号的无线传输模块和 后期处理平
体情况和 Ｒ Ｕ 模块的量程而选 用不同电流比的 电流 Ｔ 互感器 。另外，为了防止 电磁干扰和免受外界气候的
模块 。该模块可提供语音、数据 、传真和 短信服 务功
能，而且 内嵌 了 Ｔ ＰＩ Ｃ／ Ｐ协议 ，可以降低开发周期，另 外需要 一张开通 Ｇ Ｒ 业务 的 ＳＭ 卡 ， ＰＳ Ｉ 和它配套使用。 通 过 Ｒ Ｕ与 Ｇ Ｒ Ｔ Ｐ Ｓ模块的连接，组成 Ｇ Ｒ １ Ｐ ＳＲ ｕ 模块 ，采用 Ｔ ＰＩ Ｃ／ Ｐ网络技术 ，能够充分利用现有的通
关键词 ：Ｘ Ｐ Ｌ Ｅ电缆；金 属护套 ；环流 ；在线监测
Ｏｎ ｌ ｅＭ ｏ ｉ ｒｎ ｙ ｔｍ ｆ ｒ ｕ ａ ｉ ｇＣｕ ｒ ｎ ｆ － ｎ ｎ ｔ ｉ ｇＳ ｓｅ ｏ ｃ ｌｔ ｒ ｅ ｔ ｉ ｏ Ｃｉ ｎ ｏ ＸＬＰ Ｃａ ｌｓ Ｅ ｂ ｅ
ＹＵ ｈ － ｎ‘ＺＨＡＮＧ ａ ｇ Ｌ ｅ ｇ ， Ｕ ｅ Ｓ ｉＧｅ ， Ｌｉｎ ２ Ｉ Ｍ ｎ Ｗ Ｗ ｉ
使 电缆主绝缘发热 ，影 响电缆 的载流量 ，加速 电缆绝 缘老化，影响电力系统 的安全运行【 】 ３。 ． ４
６ｋ ６ Ｖ及以上 电压等 级 Ｘ Ｐ Ｌ Ｅ电力电缆全部 为单芯 结构 。正常运行时 ，高压单芯 Ｘ Ｐ Ｌ Ｅ电缆 线芯电流产 生 的交变磁场将在金 属护 套上产 生感应 电压 ，为保证 电缆 安全 稳定运行和 维护人 员的人身安全 ，要求 电缆 金属护套 至少有一端可靠接地 。电缆金 属护套交叉互
联接地方式 由于其具有结构紧凑 ，正常运行 时较长 电
缆线路金属护套 上感应 电压较低 ，在发生单 相短路故 障 时金属 护 套上 感应 电压仅 为单 端接 地 时的 三分 之
一
缆的绝缘状态 。 该系统采 取 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ 语言进行软件设 ａＶ Ｅ 计，同时运用 Ｇ Ｒ Ｐ Ｓ技术和 Ｒ Ｕ技术 ， Ｔ 借助现有的移 动通信 网络和 Ｉｔ ｃ 网络对 Ｘ Ｐ ｎｅ ｔ ａ ｒ Ｌ Ｅ电缆金属护层环流
Ｘ Ｐ 电力 电缆 由于具有 电气性 能优越 、击 穿场 ＬＥ 强高 、介质损耗角正切值小、载流量大 以及敷设容 易、 运行维护简 单等一系列优点被广泛应用于 电力系统各
个 电压等级 的输 电线路和配 电网中【 ｌ 。
或发生短路故障 时，金属护套上 的感应环流最大可 以 达到线芯 电流的 ９ ％以上 ，将产生很大的环流损耗 ， ０
要由Ｇ Ｒ Ｐ Ｓ模块和 Ｒ Ｕ模块组成 ； Ｔ 后期处理平台即监 测系统 中心计算机 。 此监测系 统构成框架如 图 １ 所示。
电流互 感器 电流互 感器
而且能够独立地完成预定的控制程序 、执行上位机 的
指令，并将执行 结果和现场数据 回传上位机 。Ｒ Ｕ具 Ｔ 有优 良的通讯 能力和大的存储容量 ，适用 于恶劣 的温 度和湿 度环境 ，因此本系统选用 Ｒ Ｕ终端。 Ｔ Ｒ Ｕ 作为智能仪表 ，与监测现场 的金属护层环流 Ｔ 互感器直接相连 ，采集现场环流信号 ，同时与 Ｇ Ｒ ＰＳ
ｃｒｕ ａｉ ｎ ｃ ｒｅ ｔ ｎ ｌ ｅｍｏ ｉ ｒｎ ｙ ｔ ｍ ｓ ｅ ｉｎ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ａ ＶＩ Ｗ ｎ ｅ ｃ ｂ ｄ ｔ ｅｈ ｒ ｗａ ｅａ ｄ ｓ ｆ ｒ ｅ ｉ ｌｔ ｕ ｒ ｎ － ｎ ｎ ｔｉ ｇ ｓ ｓ ｃ ｏ ｏ ｉ ｏ ｅ ｉ ｄ ｓ ｅ ａ ｅ ｎ Ｌ ｂ Ｅ ａ ｄ ｄ ｓ ｒ ｅ ａ ｄ ｒ ｎ ｏ ｔ ｇ ｉ ｈ ｗａ