變電所電力電纜在線綜合監測系統可行性論證

李錦燕 王振海 鄭嶸 毛振海

摘 要：電力電纜是電力系統的重要組成部分，是連接供電網絡的紐帶和橋梁之一。隨著綜自站的不斷發展，電力電纜的使用量也在逐年增加。2014年4月任東22萬站綜合自動化改造投產，110kV、35kV出現全部改為電纜；這就要求電力電纜的運行必須長期、連續、安全、穩定和經濟。電纜絕緣故障的在線監測和故障診斷對于保證供電的可靠性具有重要意義。所以對研究能夠監測電纜絕緣狀況的在線設備，做到故障前準確預警并且提供電纜損毀點的精確位置，得以計劃停電檢修，提高供電可靠性，減少大量的人力物力消耗，有著迫切的需求。

關鍵詞：電力電纜；在線監測；提高供電可靠性

變電所關系著居民生活和企業生產用電，因此其中的電力電纜需要定時的檢修。關于檢修有很多必要的措施，以達到用最少的人力和最小的代價來快速實現檢測?，F如今，電力電纜的檢測更多的是尋求一種新的檢測方式，這種方式能夠快速有效實現其是否正常運作的狀態的檢測，這種檢測方式是利用在線綜合監測系統來進行。這種在線監測的方式可以大大降低人員的在場性。在早些時候，所有的電力電纜都需要專門的人員到現場對每個變電所進行檢測，但這種方式需要很多工作人員，也會浪費很多時間，如果能有一種方式可以讓專業人員可以不奔波于各種變電所的檢修路上就可以監測到所有變電所的電力電纜運行情況，那自然可以減少人員的配備，并且可以大大提高工作人員的工作效率。這種在線綜合監測系統是自國外引進而來，它可以對運行電壓下的電纜的絕緣狀態進行檢測，還可以就檢測結果進行分析，并實時反映到監測端的界面上。同時這種系統還可以進行自動連續的檢測，依據大量的數據以及判據的數模分析可以判定絕緣狀態變化趨勢，從變化趨勢中尋找危險征兆，從檢測結果來綜合判斷電纜運行狀況。并且利用通訊技術實時提報檢修和運行值班人員，即達到事故之前計劃檢修，避免事故擴大和不必要的經濟損失。

威納電氣公司最新研發的電力電纜在線綜合監測系統是采用基于行波法的電纜故障在線診斷方法，符合國內配網小電流系統的實際情況，并且經過大量的實驗室仿真模型的數據獲得設計參數，在勝利油田錦華變投入試運行，目前系統運行穩定，并且對電纜接地故障成功預警并測距成功，基本達到系統設計目標。下面就此項技術進行闡述。

1 此系統主要組成及技術特點

1.1 電力電纜故障形成機理和過程。電力電纜很容易在無人監管的情況下出現故障，在故障的形成原因中，水樹枝老化是造成交聯聚乙烯電纜在運行中被擊穿的主要原因。在絕緣中存在缺陷、微孔和水分的前提下，由于缺陷或微孔處的電場畸變，會導致在運行電壓下引發水樹枝，水樹枝的生長相對較慢，但伴隨水樹枝生長，水樹枝尖端的電場將愈加集中，局部高電場強度最終會導致水樹枝尖端產生電樹枝，造成運行電纜的瞬間燃弧，電纜絕緣下降，并且隨著燃弧的積累，最終造成電纜絕緣損毀。

1.2 監測瞬時性燃弧特征和辨識方法達到故障預警目的。在變電站中，電線電纜的故障一般是分為可恢復故障和不可恢復故障兩種，對于由水樹枝造成的故障，則一般是可恢復故障。但是，這種可恢復故障次數不斷增多之后，則會變得具有不可恢復性。像不可恢復的故障，則通常要有專門的維修人員去修復。通常的監測系統也有監測電纜的功能，但很少有能分出故障成因的。本文所研究的在線綜合監測系統有著捕捉、記錄瞬時性可恢復接地故障的特高速數據采集技術，以及能有效判斷其特征的數字辨識方法，同時研究此類故障最終造成電纜損毀的有效次數積累，確立電纜故障預警判據，通過對運行的電力電纜的實時監測和數據分析達到故障預警功能。

1.3 行波故障測距和算法。本系統通過建立運行電纜得到的瞬時性可恢復接地故障數據，可以建立電纜故障分析模型，研究電纜的行波測距技術和自動算法。在故障預警的同時，通過行波測距自動算法，指示故障點距離。

1.4 故障選線。這一在線綜合監測系統不僅可以對出現故障的位置和特點進行報警，還可以通過數據分析來遴選出究竟是哪條電纜發生了故障。即便是有一些突發性的行為（如雷擊、人物破壞等）導致的電纜故障，系統也可以指出相對比較明確的故障線路，可以讓工作人員根據發出的警報來快速查找線路并且在最快的時間內控制故障，將事故的影響降到最低。

1.5 系統構成。①本系統由在線監測傳感器、監測裝置、后臺軟件、通訊等幾部分組成。在線預警及測距裝置為“即插即用”式設計，由主控單元（CPU板）和高速數據采集單元（DAU板）等構成。根據功能劃分，裝置由以下幾個基本部分組成，它們分別是：中央處理單元（CPU）、高速數據采集單元（DAU）、I/O接口單元、人機界面、模擬信號輸入和電源等幾部分。②后臺軟件及實時分析系統。后臺采用運行Windows XP系統的管理軟件，內置監測電纜的名稱、波速度、電纜長度、歷史數據等信息。采用局域網方式與監測裝置通訊，可以操作裝置的參數設置。人機界面良好，并且通過上位通訊實現遠程服務。本系統可以作為管理員系統，也可以現場分析故障預警及測距信息，可以實現無線網絡通訊，并且可以向相關人員發送短信報警信息。

2 結論

①對于配電網小電流接地系統，故障電流微弱、電弧不穩定等原因，基于穩態信息的方法效果均不理想。故障電流中暫態分量遠大于穩態分量，即使在相電壓過零時故障也有明顯的暫態過程，因此基于暫態行波信號的方法可靠性、靈敏度均較高。

②基于暫態行波信號特征分量的特高頻數據采集，證實交聯電纜的“可恢復故障”是存在的。并且可以根據采集此類故障積累的判斷，預知電纜的絕緣損毀程度，并且總結得到一個可靠的判據，實現電纜的故障預警，達到狀態檢修的目的。

③由于電纜“可恢復故障”的暫態行波信號特征分量幅值強，通過對采用特高頻數據采集裝置采集到的波形分析，并且與電纜故障后查找故障的測距比對，能夠確認本在線監測系統可以實現電纜發生永久故障之前的故障測距功能。并且裝置設計的測距精度達到每公里0.7米。

④本系統得到的在勝利油田變電所運行電力電纜的“可恢復故障”數據，是世界上首例在運行電纜上得到的暫態行波可分析故障距離的信息，為此技術的發展奠定了一個堅實的基礎。本系統在運用過程中成功得到了因人為原因造成的電纜損毀觸發波形，正確的反映了單相接地之后故障點連續引弧的過程，并且在接地報警過程中可以準確的指示出接地電纜回路和電纜接地故障的距離，使檢修人員迅速排除故障，保障系統安全穩定。s