基于海南省惡劣環(huán)境下的電力電纜及在線監(jiān)測(cè)設(shè)備穩(wěn)定性分析

貝嘉鵬,楊智覃,符芳文,蔡永輝

（海口供電局輸電管理所，廣東海口，570100）

基于海南省惡劣環(huán)境下的電力電纜及在線監(jiān)測(cè)設(shè)備穩(wěn)定性分析

貝嘉鵬,楊智覃,符芳文,蔡永輝

（海口供電局輸電管理所，廣東海口，570100）

電力電纜是電網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施最重要的組成部分之一，且地下電纜的覆蓋率和規(guī)模正在迅速增加。海南省氣候炎熱潮濕、海水鹽堿性強(qiáng)，使得其城市地下敷設(shè)的電力電纜及其附屬實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境十分惡劣。電力電纜及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的正常運(yùn)行對(duì)于電力系統(tǒng)而言具有十分重要的意義。因此，為了實(shí)現(xiàn)這一指標(biāo)，需采用相應(yīng)的處理技術(shù)并且滿足相應(yīng)的高等級(jí)要求來達(dá)到。

電力電纜；實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備；惡劣工作環(huán)境；防護(hù)維護(hù)

1 海南電纜及監(jiān)測(cè)設(shè)備工作環(huán)境

地下電纜系統(tǒng)如電纜隧道系統(tǒng)等的建設(shè)目的是為了地下電纜的敷設(shè)和電力電能的安全傳輸。與傳統(tǒng)的架空線電纜傳輸系統(tǒng)不同，海南地下電力電纜和相應(yīng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況是由其本身的屬性特點(diǎn)及地底環(huán)境的各個(gè)因素兩方面決定的。典型的環(huán)境因素有：溫度、濕度、氧氣濃度、H2S（硫化氫）濃度、CH4（甲烷）濃度、水位、煙霧、電纜及設(shè)備被偷盜情況、井蓋情況、其它纜線（如光纜等）私拉情況等。

溫度：電纜一般由導(dǎo)體、絕緣體和熱護(hù)套組成。在運(yùn)行中，電纜溫度會(huì)隨著耐壓量、載流量、氣溫的上升而上升。電纜溫度不能超過閥值，否則會(huì)引起供電中斷，甚至發(fā)生火災(zāi)。監(jiān)測(cè)設(shè)備情況類似。

濕度：電纜及設(shè)備埋于地下，通風(fēng)散熱情況不佳，加上地下水的滲透，使得電纜和設(shè)備周圍濕度較高，這會(huì)影響其絕緣度并加快設(shè)備生銹。

有害氣體及煙霧：H2S、CH4、CO及煙霧濃度過高，會(huì)危機(jī)檢修人員安全及造成火災(zāi)隱患。

積水：海水、雨水等的下滲容易造成電纜隧道內(nèi)部水位過高，浸泡電纜和設(shè)備。這會(huì)造成絕緣丟失及短路故障損壞設(shè)備，甚至危及人員生命安全。

其他環(huán)境情況：井蓋被破壞，纜線被無關(guān)人員任意敷設(shè)私拉等其他情況，造成對(duì)電纜和設(shè)備的管理困難，危害人民安全。

以上惡劣的工作環(huán)境尤其是濕度、積水情況等在海南省的地下電纜系統(tǒng)中十分突出。如何探索有效的方式來預(yù)防和制止這些情況對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行造成嚴(yán)重的后果是很有必要的。

2 電纜及監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)

2.1 電力電纜維護(hù)

海南省電力電纜多以地下電纜敷設(shè)為主。根據(jù)第二節(jié)的工作環(huán)境可知，海南地下電纜的工作環(huán)境十分惡劣。在這種環(huán)境下對(duì)電纜進(jìn)行更好的維護(hù)是十分重要的。

為了防止其他人員進(jìn)入電纜溝道私自拉線甚至偷盜電纜，可對(duì)電力電纜出入口溝井蓋處及每段纜溝隧道內(nèi)建立安裝電子監(jiān)測(cè)預(yù)警及視頻在線監(jiān)控子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)地區(qū)內(nèi)井蓋和電力電纜及相關(guān)設(shè)備周圍情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并發(fā)出相應(yīng)預(yù)警。為了防止電力電纜接頭過熱而發(fā)生故障，需采用可靠性高的溫度傳感器，并將實(shí)時(shí)采集得到的溫度數(shù)據(jù)及時(shí)快速可靠地傳送至監(jiān)測(cè)中心并發(fā)出相應(yīng)預(yù)警信號(hào)通知工作人員。對(duì)于水位監(jiān)測(cè)而言，電纜溝道內(nèi)安裝水位監(jiān)測(cè)計(jì)，實(shí)時(shí)地對(duì)水位信息進(jìn)行監(jiān)控，可防止溝道內(nèi)水位由于雨水滲透，海水侵入等原因引起水位上漲而浸泡、侵蝕電纜造成故障。此外，防止有害氣體超標(biāo)，維持電纜隧道內(nèi)的安全工作環(huán)境，安裝隧道空氣質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)是必要的。以上的幾種電力電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)圖集中于圖1所示。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備方面

由上述分析可知，對(duì)于電力電纜安全運(yùn)行及電纜隧道環(huán)境的維護(hù)工作而言，穩(wěn)定的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是大的前提保障。如果實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不夠完善，那么對(duì)于地下電力電纜系統(tǒng)的管理和維護(hù)將是空談。因此，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備在如此惡劣的環(huán)境下進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)是具有重要的現(xiàn)實(shí)意義的。

相對(duì)于其它設(shè)備，海南省地下電纜隧道監(jiān)控設(shè)備由于長(zhǎng)期被惡劣的環(huán)境所影響而具有防護(hù)保養(yǎng)困難、設(shè)備供電不可靠、數(shù)據(jù)采集和通信功能不準(zhǔn)確等特點(diǎn)。針對(duì)這幾項(xiàng)缺陷，需要合理地對(duì)地下電纜在線監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行改善。

圖1 電力電纜監(jiān)測(cè)功能

2.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備防水防護(hù)

電力電纜隧道深入地下幾米、十幾米甚至更深，階段性進(jìn)水甚至長(zhǎng)時(shí)間的滲水積水的情況并不少見。因此，在如此惡劣的環(huán)境下，對(duì)于電纜接頭和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的防水性能是必須達(dá)到的要求。在對(duì)工控產(chǎn)品的防水防腐中，最高的要求是達(dá)到IP68的防護(hù)等級(jí)。相對(duì)于水泵控制器而言，它在電纜隧道中應(yīng)用3個(gè)月以后，由于其表面由于因空氣濕度大、腐蝕性強(qiáng)，最終引起結(jié)晶現(xiàn)象。拆開控制器后，里面的電路板已出現(xiàn)被腐蝕、損壞，無法使用。為克服此問題，我們采用與專業(yè)化工研究所合作調(diào)配的硅膠對(duì)電纜接口及監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行灌封，可實(shí)現(xiàn)IP68防護(hù)等級(jí)。采取專業(yè)硅膠的優(yōu)勢(shì)有：

（1）硅膠不僅可以防止液態(tài)水，還可以防止氣態(tài)的水蒸氣（水蒸氣和隧道內(nèi)其他氣態(tài)份子化學(xué)反應(yīng)之后，其腐蝕性比液態(tài)水強(qiáng)）；

（2）相對(duì)空氣而言，硅膠的散熱指標(biāo)更好。同時(shí)，對(duì)產(chǎn)品采用低功耗設(shè)計(jì)，所有的產(chǎn)品的功耗都在2~5W之間，因此,用硅膠將其密封效果更佳；

（3）硅膠穩(wěn)定性好，它是“果凍式”結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期在隧道環(huán)境中工作不會(huì)發(fā)生龜裂、滲漏等現(xiàn)象。

2.2.2 電線、光纖接口處理

設(shè)備及外圍模塊間往往常用電線相連接，通信設(shè)備中光纖是很重要的原材料。電線和光纖的接口處理應(yīng)采用合理的連接工藝，這樣可以有效地提高工作效率和減少事故的發(fā)生。

對(duì)于電線接頭而言，設(shè)備間線纜連接時(shí)應(yīng)按照以下流程嚴(yán)格操作。

（1）線纜連接時(shí)應(yīng)在接線盒內(nèi)預(yù)留1～2圈長(zhǎng)度，再進(jìn)行設(shè)備線纜端接。

（2）剝線皮時(shí)不能損傷線芯，線頭長(zhǎng)度1.0~1.5cm。

（3）多股銅芯線接頭處應(yīng)先擰緊線芯，在焊錫連接，露銅段焊接焊錫時(shí)應(yīng)均勻飽滿無毛刺。

（4）焊接好采用合適的熱縮套管包裹嚴(yán)密，熱縮套管長(zhǎng)度應(yīng)長(zhǎng)于接頭露銅段約1.5cm，多余的1cm包裹于線纜的外皮段，0.5cm長(zhǎng)于露銅段（高溫下壓扁密封）。熱縮套管的熱縮必須到位，無龜裂。

（5）熱縮套管熱縮完畢后，將接頭涂抹防水膠，防水膠涂刷必須均勻飽滿無縫隙，涂抹長(zhǎng)度應(yīng)超過熱縮套管0.5~1.0cm左右。

（6）防水膠干燥后，將線纜接頭按順序綁扎布放到接線盒內(nèi)，并將設(shè)備裝置合適地安裝在設(shè)備箱、電纜溝墻壁或電纜隧道墻壁等位置。電線接頭處理過程如圖2所示。

對(duì)于光纖而言，光纖終端的連接應(yīng)符合以下規(guī)定：

（1）光纖終端處的連接在須在光纖終端設(shè)備盒內(nèi)完成。

圖2 電線接頭處理流程

（2）光纖終端引出的光纖尾纖與熔接的光纖尾纖采用耦合器連接，耦合器連接時(shí)必須對(duì)準(zhǔn)卡口插接牢固無松動(dòng)。

（3）光纖連接完畢后，光纖頭和耦合器部分采用PVC絕緣膠帶按照電工施工規(guī)范包裹嚴(yán)密，至少包裹2圈。

（4）光纖接頭包裹嚴(yán)密后，涂刷防水膠，防水膠涂刷必須均勻飽滿無縫隙，防水膠涂抹應(yīng)超過光纖接頭的藍(lán)色護(hù)套的0.5~1.0cm左右。

（5）防水膠干燥后，先將光纖終端和進(jìn)入光纖終端的尾纖進(jìn)行固定，進(jìn)入光纖終端的尾纖必須放置在光纖終端的預(yù)留口內(nèi)，最終蓋上光纖終端外殼。光纖接頭處理如圖3所示。

圖3 光纖接頭處理流程

2.2.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備可靠供電設(shè)計(jì)

對(duì)于海南省的電纜網(wǎng)而言，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的供電設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。由于許多監(jiān)控設(shè)備的安裝位置距離市電接口較遠(yuǎn)，因此無法采用220V市電供電。而監(jiān)控設(shè)備的功耗往往都大于20W，因此，僅采用干電池供電的方式也不可取。為了提高對(duì)監(jiān)控設(shè)備的可靠供電，需采用電流互感取能供電方式。電流互感取能供電方式如圖4所示。它相對(duì)于傳統(tǒng)供電方式而言，多了前級(jí)的電流互感取能，過流保護(hù)、整流穩(wěn)壓及充放電管理環(huán)節(jié)，經(jīng)過這幾個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)之后對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備可靠供電，從原理上而言可在電纜的任意處安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備。

3 結(jié)束語

海南省地下電纜及監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作環(huán)境惡劣。為了使電纜及設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定，需采用相應(yīng)的處理技術(shù)并且滿足相應(yīng)的高等級(jí)要求（如IP68等級(jí)等）。在電纜井或電纜溝道內(nèi)安裝設(shè)置防水、防盜、溫度監(jiān)測(cè)、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)等可以對(duì)電纜工作環(huán)境進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)來保證其可靠工作；對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備等而言，采用合適的供電技術(shù)、防水技術(shù)并保證監(jiān)測(cè)設(shè)備的通信、采集可靠準(zhǔn)確性可使監(jiān)測(cè)設(shè)備能夠適在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。這都對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性具有重大意義。

[1] 張村.電力電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué),2012:6.

[2] 賴?yán)谥?電纜隧道環(huán)境在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].華南理工大學(xué),2012:7.

[3] 肖瀚.隧道應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)及在電力隧道中的應(yīng)用[J].電氣制造,2013,5:70-75.

[4] 熊蘭,何友忠,宋道軍,等.輸變電線路在線監(jiān)測(cè)設(shè)備供電電源的設(shè)計(jì)[J].高電壓技術(shù),2010,36(9):2252-2257.

Stability Research of Power Cable and On-line Monitor Devices Based on Extreme Environment of Hainan Province

Bei Jiapeng,Yang Zhitan,Fu Fangwen,Cai Yonghui
（Haikou power transmission management,Guangdong Haikou,570100）

Power cable is one of the most important parts of power grid base equipments.The scale of underground electrical power cable is improving greatly.The stability work of underground electrical power cables and its corresponding monitor devices is of great value to power system.However,power cables and monitor equipments in Hainan province are suffering hot weather, wet and saline-alkali environment. Appropriate methods should be applied to achieve the objective of high grade protect demand of power cables and monitor devices.

Power cable；on-line monitor device；extreme environment；equipment maintenance

圖4 互感取能供電框圖