高壓電纜狀態監測技術在杭州地區的應用

劉蒙，呂峻，趙明，洪曉東

（杭州市電力局，杭州310012）

高壓電纜狀態監測技術在杭州地區的應用

劉蒙，呂峻，趙明，洪曉東

（杭州市電力局，杭州310012）

高壓電纜在城市輸配電網中使用得越來越廣泛，而目前電纜的狀態監測與缺陷診斷技術還不夠成熟。為了確保電纜的安全運行，杭州市電力局先后引進了高頻局部放電在線測試設備、振蕩波局放測試系統、接地電流與電纜溫度在線監測系統、智能巡檢機器人等新技術。本文介紹了電纜監測技術應用情況、各種監測技術的特點以及相關使用經驗。

高壓電纜；狀態監測；局部放電；OWTS；接地電流；溫度

隨著我國城市化與工業化進程的加快，大中城市的電力需求正在逐步增加。電力電纜由于美觀、占地少、安全可靠已經成為城市電力傳輸的主要方式[1]。以杭州為例，2011年全社會用電最大負荷突破1 100萬kW，在運行的220 kV電纜112 km，110 kV電纜372 km，35 kV電纜110 km，中心城市的電纜化率超過95%。

自上世紀80年代開始大規模建設電纜網架以來，越來越多的運行電纜開始進入老化階段，而電力電纜的檢測、維修技術仍比較滯后，如何監測電纜的運行狀態、評估絕緣老化及剩余使用壽命是目前電纜運行維護領域的難題。

為此，杭州市電力局結合所轄電纜的敷設運行環境（包括溝道、排管與隧道），引進了多項電力電纜的狀態監測技術設備，包括高頻局部放電（簡稱局放）在線測試設備、OWTS（振蕩波）局放測試系統、接地電流與電纜溫度在線監測系統、智能巡檢機器人等。通過對高壓電纜的在線監測，能及時發現電纜存在的缺陷，從而有效地預防電力電纜事故的發生，確保電力電纜的安全穩定運行。

1 高頻局部放電帶電測試設備

高頻局部放電測試作為電纜內部缺陷檢測的重要方法已被國內外同行所認可。當電纜存在絕緣內部雜質、導體表面毛刺或半導電層突起等缺陷時，在工頻高壓作用下將會產生間歇性的高頻局部擊穿信號，該放電信號脈沖電流沿著電纜的軸向方向傳播，應用電磁耦合法檢測通過接頭或者終端接地引線的局部放電信號，就可以判斷電纜終端或接頭是否存在缺陷[2]。

杭州市電力局目前有2套高頻局放帶電測試設備，分別為意大利Techimp公司和青島華電公司產品。2套設備的主要組成相同，包括信號采集單元（主機）、高頻TA（電流互感器）、同步線圈和專家診斷系統（軟件）4個部分。主要特點是：采樣頻率高（100 MHz）、頻帶寬（16 kHz～30 MHz）；具有信號特征提取與分離功能；軟件有專家識別系統。

2012年杭州市電力局用Techimp公司設備測試220 kV與35 kV電纜16條，未發現嚴重的局部放電問題。以下沙高教區內的2回220 kV電纜為例，電纜型號YJLW03-1X2500，制造廠家沈陽古河，全長為5 700 m，每回線路有13個中間接頭，接地方式以交叉互聯單元為主，部分為接地-保護單元，2008年投運。通過對全線接頭接地箱進行測試，發現其中一條線路的10號直接箱中A與B兩相可能存在10 mV以下的局部放電信號，而C相沒有明顯局放特征，其中A相信號特征見圖1。因為該電纜放電信號幅值和頻率較低，判斷為電纜遠端局部放電的信號傳導過來，不會對電纜造成影響，但需要后續跟蹤測試。

通過電纜高頻局放帶電測試發現：高壓電纜接頭安裝工藝、運行狀態良好，未發現嚴重缺陷；對以溝管敷設的電纜，很難使用光纖通信進行遠程高頻局放監測，適于應用便攜式現場測試，但接地箱內的接地引線空間過小，很多交叉互聯引線高頻TA無法卡入測量，給測試帶來不便；由于高頻TA是通過電磁耦合獲得放電信號，當接地電流超過20 A時存在嚴重的接地放電，不宜進行測量。

2 OWTS局放測試系統

OWTS是一種離線電纜局部放電檢測方法，通過對充電后流經系統檢測回路的電纜放電電流中脈沖信號的分析與計算，實現電纜內部局放電量值檢測和位置確定，可用于帶絕緣屏蔽結構電纜全線本體和附件缺陷檢測。

在國內已經商用的電纜局部放電檢測設備中，OWTS是一種使用廣泛和有效的中低壓電纜離線局放測試系統。該系統工作時直流電源對電容充電，通過設備電感與被測電纜電容發生諧振，在被測電纜端產生阻尼振蕩電壓，其諧振頻率范圍50～400 Hz左右，測試效果接近工頻[3]。

對田徑721線電纜（黃體變至田徑站）用OWTS（M60）系統進行了狀態檢測，該線長度1 022 m，中間接頭1個，加壓試驗測試結果及數據分析見表1、圖2與圖3。

根據測試結果可知在距黃體變477 m處C相中間接頭疑似存在局放現象。通過對該電纜C相疑似局放接頭的解剖，發現C相接頭主絕緣上存在兩道劃痕，如圖4所示。

在OWTS測試前，應盡可能詳細地了解電纜長度、運行與檢修情況以及附件確切位置。局放信號波形分析遵循如下判斷原則：相似性原則；衰減性原則；局放反射波波形比入射波寬的原則。由于110 kV及以上電壓等級的電纜制作工藝嚴格、安排計劃停役困難，而且高等級的OWTS設備費用昂貴等原因，振蕩波局放測試系統一般用于中低壓電纜的狀態檢測。

3 接地電流與電纜溫度在線監測系統

高壓單芯金屬護套電纜中工頻電流的交變磁場在金屬護套上將產生感應電勢。若護套兩端直接接地或交叉互聯接地，三相金屬護套和大地形成環流，產生附加損耗，會降低電纜的壽命和輸送能力。

通過電纜溫度的長期監測，結合負荷和環境溫度監測可以間接掌握電纜的運行狀況，及時了解電纜護層的老化情況，并在接頭溫度急劇升高達到極限溫度時，發出報警信號提醒有關人員緊急處理，避免或減少故障的發生。

接地環流在線監測系統的現場采集設備主要由主線感應取電電源裝置、接地環流采集裝置（無線型）組成，如圖5所示。主線感應取電裝置利用TA電流環獲取感應電流，經整流穩壓輸出12～15 V直流電，為接地環流采集裝置提供工作電源。接地環流采集裝置具備GPRS（通用分組無線服務技術）無線傳輸模式、短信傳輸模式，負責控制數據的采集與轉發。

現場采集的狀態數據以GPRS方式，通過移動商APN（接入點）通道進入浙江省電力公司外網前置子系統，監測裝置至前置子系統的通信規約采用浙江省電力公司的輸電線路在線監測傳輸規約，經安全平臺進行數據加/解密、身份認證等安全驗證處理后，進入部署于電力安全網絡的內網前置子系統，數據傳輸至主站系統進行數據統一存儲、處理和展示，如圖6所示。主站系統可以監測現場采集設備狀態、閾值報警、接受監測數據和日志信息以及配置現場采集設備。

該在線監測系統能對接入的接地電流監測裝置進行統一管理，監測電纜監測點的狀態數據，并能根據設定的閥值進行告警，實現對接地環流精確測量及定時巡檢測量。

電纜溫度在線監測有2種方式：一是與接地電流監測系統類似，只是現場采集裝置換成了帶狀傳感器（防水等級IP68），適合溝管型電纜敷設方式，如圖7所示；二為光纖測溫系統，適合隧道式電纜敷設。

目前杭州市電力局已在環流/載流量比值較大的18條電力電纜線路中，安裝了75套接地電流在線監測裝置，8條安裝了16套溫度在線監測裝置，1條安裝了2套光纖測溫系統。這些在線監測系統目前運行良好，初步實現了對接地環流、電纜接頭溫度的精確測量及定時巡檢測量，取代傳統人工方式的定期接地環流巡測，大大減輕現場測量的勞動強度，提高系統維護效率。

除了以上所述的電纜狀態監測技術外，杭州市電力局還與浙江大學聯合研制了電纜巡檢機器人，通過遠程控制機器人實現對電纜隧道走廊的定期巡視，以監測隧道內環境及地面沉降等。

4 結語

電力電纜是城市電力的主要傳輸通道，傳統的耐壓試驗、定期巡視和環流測試方法已經很難檢測出電纜的深層缺陷，并且隨著線路的不斷增加，現有人力也無法滿足工作量的需求。因此，發展電力電纜的狀態監測技術，尤其是在線監測技術成為評估電纜運行狀態、減少設備故障的重要手段。下一階段將通過對各種監測手段獲取數據的積累，建立電纜運行狀態數據庫，以期通過長期的監測分析電纜的運行趨勢，評估電纜的老化程度及剩余壽命等。

[1]江日洪.交聯聚乙烯電力電纜線路[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]段乃欣，羅俊華，邱昌，等.用于XLPE電力電纜局放檢測的寬頻帶電磁耦合法的研究[J].電線電纜，2002（2）: 24-26.

[3]張皓，唐嘉婷，張立志，等.振蕩波測試系統在電纜局放測試定位中的典型案例分析[J].電力設備，2008，9（12）: 31-34.

作者簡歷：劉蒙（1984-），男，河北衡水人，碩士，工程師，長期從事電力電纜高壓試驗工作。

（本文編輯：陸瑩）

Application of Condition Monitoring Technology for High-Voltage Cables in Hangzhou

LIU Meng，LYU Jun，ZHAO Ming，HONG Xiao dong
（Hangzhou Electric Power Bureau，Hangzhou 310012，China）

High-voltage cables have been increasingly widely used in urban transmission and distribution networks.However，the present technologies for condition monitoring and defect diagnosis are not mature.In order to ensure the safe operation of cables，Hangzhou Power Bureau has successively introduced high-frequency partial discharge on-line testing equipment，oscillation wave partial discharge test system（OWTS），grounding current and cable temperature on-line monitoring system,intelligent inspection robot and other new technologies.This paper briefly introduces the application of cable monitoring technology，characteristics of various monitoring technologies and the relevant practical experience.

high-voltage cable；condition monitoring；partial discharge；OWTS；grounding current；temperature

TM724:TP277

：B

：1007-1881（2013）11-0006-04

2013-08-13