淺談配電電纜的狀態監測

王耀亞

摘 要：伴隨著我國城市發展步伐的不斷加快，配電電纜已經逐步取代了傳統的架空輸電線路，并已成為城市配電網的主要組成部分，但是由于外力破壞、絕緣老化、產品質量、環境影響等因素而出現電纜故障，而配電電纜狀態監測技術一方面能夠保證電網的安全、穩定運行，另一方面也極大地降低了電網運行維護成本，對于城市電網的長遠發展有著重要意義。本文主要闡述了配電電纜的材料與特性，分析了配電電纜故障的原因，并探討了配電電纜狀態監測的重要性，重點研究了配電電纜狀態監測的硬件設計以及軟件設計，以期為配電電纜狀態檢測技術的提升提供理論指導。

關鍵詞：電網設備；配電電纜；狀態監測

1 配電電纜概述

配電電纜是用于直接供電到戶線路的一類電纜，其運行電壓較低，一般為380V低壓線路以及10kV高壓線路，配電電纜是城市電網的主要組成部分。與架空線路相比，配電電纜的結構更為負載，電纜芯外部包裹著嚴密的絕緣層，在絕緣層外圍還有保護絕緣材料性能的保護層，而對于高壓配電電纜，在絕緣層與保護層之間還有采用半導體或金屬材料的屏蔽層，從而有效減少電磁感應的影響。隨著材料技術的不斷進步，配電電纜的材料也在不斷發生變化，過去的電纜多為鋁芯電纜、紙質絕緣電纜、PVC聚氯乙烯電纜以及充油電纜，而當前的配電電纜主要以銅芯電纜為主。在實際電網運行中，使用最為廣泛的是塑料絕緣電纜，這類電纜又劃分為普通型、阻燃型以及耐火型。近年來，伴隨著城市發展步伐的不斷加快，過去常用的架空輸電線路已經逐漸被配電電纜所取代，配電電纜的狀態監測也已經成為近年來研究的重點。

2 配電電纜的狀態監測

2.1 配電電纜的故障分析

配電電纜在長期的運行過程中，由于自身產品質量、材料特性、環境變化、安裝工藝等因素的影響，不可避免地會出現不同類型的故障。根據電纜故障類型的不同，配電電纜的故障原因主要包括以下幾個方面：一是外力破壞，在市政施工中因施工管理不到位而使電纜受到損害，另外，電纜敷設過程中未按規范進行也會因外力破壞而造成電纜故障；二是絕緣老化，隨著電纜運行時間的延長，電纜絕緣材料出現老化的幾率就會不斷加大。電樹枝老化、水樹老化、熱老化、局部放電都是絕緣老化的影響因素；三是產品質量問題，電纜生產廠家盲目追求利潤而降低生產成本，導致電纜存在一定的質量問題，嚴重影響電纜的正常、安全運行；四是安裝與施工問題，電纜安裝過程中外護套破損、未按規范進行施工敷設、滑輪放置不合理、牽引力過大等均會導致電纜故障的出現；五是運行環境問題，惡劣的電纜運行環境會加快電纜的老化，使電纜絕緣層受到損傷破壞，從而大大增加了電纜的故障率。

2.2 配電電纜狀態監測的重要性

伴隨著配電電纜應用范圍的不斷擴展，配電電纜已經逐步取代了傳統的架空輸電線路，并已成為城市配電網的主要組成部分，配電電纜的安全、穩定運行對于整個城市電力系統的正常運轉有著重要意義。從配電電纜的故障原因來看，自身的產品質量、電纜材料、安裝工藝以及運行過程中的環境因素、外力條件都是導致配電電纜故障的重要原因。隨著配電電纜使用期限的延長，近年來電纜故障率也呈現逐年增長的態勢，因配電電纜故障而導致的各類事故也不斷出現，加強配電電網運行狀態監測已經成為城市電網建設中亟待解決的難題。配電電纜多位于地面以下，檢修與維護工作十分繁重，通過建立科學的配電電纜狀態監測系統，一方面能夠保證電網的安全、穩定運行，另一方面也極大地降低了電網運行維護成本，推動了電力企業的長遠發展。

3 配電電纜狀態監測系統設計

3.1 配電電纜狀態監測的硬件設計

配電電纜狀態監測系統的硬件部分主要由局部信號采集裝置以及溫度信號采集裝置組成，下面將分別對這兩類裝置色設計進行簡要的闡述。

本次研究中所設計的局部信號傳感器主要由高頻傳感器與特高頻傳感器組成。高頻傳感器主要負責檢測電纜局部放電量的情況，并由此得出配電電纜的運行狀況。通過此類方法能夠在不與電纜芯體直接接觸的狀態下達到檢測目的，因而不用考慮高壓、絕緣等問題，不會對電纜造成任何破壞。本次設計的高頻傳感器為羅氏線圈型電流傳感器，其等效電路如圖1所示。通常情況下，配電電纜的局部放電現象是極其微弱的，因此即便是較為靈敏的高頻傳感器仍然難以得出有效的信號，因此必須使用調理電路對高頻傳感器輸出的脈沖電壓進行放大與濾波處理，放大濾波電路的電路原理如圖2所示。

考慮到配電電纜的局部放電檢測中存在大量低于400MHz的現場噪聲干擾，因此需要采用特高頻傳感器來抑制噪聲干擾。本次設計采用阿基米德螺旋天線來作為特高頻信號傳感器，這種傳感器能一方面夠檢測高頻段信號，另一方面還具備極強的抗干擾性能。阿基米德螺旋天線多采集的信號需要經過阻抗匹配器來進行傳輸，從而有效降低傳輸信號波形的畸變以及能量反射，避免信號出現失真。與高頻傳感器相同，特高頻傳感器同樣需要信號調理電路對信號進行放大與濾波處理，濾波處理器包括帶通濾波器以及帶阻濾波器。

配電電纜的溫度信號采集裝置主要負責檢測配電電纜及其附件的表面溫度，當前應用最為廣泛的電纜溫度檢測方法包括普通溫度傳感器、紅外測溫技術、感溫電纜測溫技術以及光線傳感器技術。

3.2 配電電纜狀態監測的軟件設計

配電電纜狀態監測技術需要對局部放電以及表面溫度信息進行處理與分析，需要建立數據庫來形成狀態診斷系統，從而得出配電電纜的故障信息。配電電纜狀態監測的軟件系統的主要功能包括數據處理、信息傳輸、狀態監測與診斷、系統控制、數據庫管理。下面將分別從數據采集系統、檢測診斷系統、控制系統等3個方面進行分析。

數據采集系統的主要作用是收集、存儲配電電纜的局部放電數據以及表面溫度數據，局部放電數據采用采集頻率可調的高速采集模式，利用上升沿出發從保證能夠連續采集信號；溫度狀態信號根據系統設定的采集頻率進行采集，并記錄溫度信號所對應的時間。從而方便系統的故障分析。檢測診斷系統主要由局部數據處理、局部診斷、溫度數據處理、溫度診斷等部分組成，分別負責局部放電信息與溫度信息的數據處理與故障診斷。控制系統主要包括數據存儲、數據查詢、數據參數管理、數據導出等4個模塊組成，主要為狀態監測系統提供技術支持，以保證數據收集、統計、處理、分析、診斷等功能的實現。

4 結語

配電電纜的安全、穩定運行對于整個城市電力系統的正常運轉有著重要意義，借助狀態檢測技術能夠在不影響線路運行的情況對電纜狀態進行檢測。配電電纜狀態監測系統的硬件部分主要由采集局部信號的高頻傳感器、高頻信號調理電路、特高頻傳感器、特高頻信號調理電路以及采集配電電纜及其附件表面溫度的溫度信號采集裝置組成，而軟件部分則主要由數據采集系統、檢測診斷系統、控制系統等3個部分組成。

參考文獻

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（作者單位：國網福建省電力有限公司莆田供電公司）