淺談高壓電纜護套環流監測裝置

江門電力設計院有限公司 楊志滔

淺談高壓電纜護套環流監測裝置

江門電力設計院有限公司 楊志滔

本文分析了電纜金屬護套環流的形成，以及簡述了電纜護套環流監測裝置的系統功能與裝置組成部分。

電纜金屬護套；接地方式；環流；環流監測裝置；監測

正常運行時，高壓單芯電纜線芯電流產生的交變磁場將在金屬護套上產生感應電壓，為保證電纜安全穩定運行和維護人員的人身安全，要求電纜金屬護套至少一端可靠接地。對于較短電纜，高壓單芯電纜金屬護套一般采用單端接地方式，即一端直接接地另一端接保護器接地；對于較長電纜，高壓單芯電纜金屬護套一般采用交叉互聯接地方式。

若單芯電纜金屬護套通過大地或回流線形成通路,則金屬護套上將產生環流，該環流最大可以達到線芯電流的90%以上，較大的環流不僅造成巨大的損耗,導致電纜載流量降低，影響電纜線路的輸送能力及安全穩定運行，還會使電纜發熱、溫度升高，嚴重時會造成電纜主絕緣的損壞從而減少電纜的運行壽命。

通過安裝電纜護套環流監測裝置，在線實時連續監測電纜金屬護層循環電流和電纜終端頭、接頭或本體表面溫度并分析比較來監測護層絕緣情況與電纜的運行情況，可及時有效地解決電纜事故。安裝電纜護套環流監測裝置，是目前不改變線路連接，不影響電纜運行的可行有效的辦法。

1.電纜金屬護套環流的形成分析

（1）單芯電纜線芯和金屬護套構成一個中間介質為電纜絕緣層的圓柱電容器。為此在金屬護套環流中，除感應電流外，還包括電容電流和泄漏電流，兩種電流的大小主要與線芯和金屬護套之間的電壓和電纜結構參數有關，與電纜布置方式無關。經對大量護套環流測量結果表明，金屬護套內電容電流和泄漏電流之和一般小于6A。所以當電纜金屬護套采用單端接地方式時，其環流電流不大，對電纜運行的影響不大。

（2）當電纜金屬護套兩端直接接地時，電纜金屬護套與大地形成回路時，電纜金屬護套則會產生環流。該環流有三種情況會產生，一是電纜金屬護套采用交叉互聯接地方式；二是電纜外套主絕緣發生損壞，從而使電纜金屬護套發生多點接地；三是運行電纜發生短路或被雷擊現象，使單端接地方式中接保護器接地的一端電壓過高，將保護器擊穿從而形成金屬護套兩端直接接地。第一種情況是電纜較長時所采用的正常接地方式，若完整的交叉互聯內各段電纜的長度相差不大時，電纜金屬護套上的感應電壓則較低，其所產生的環流也就較小，不影響電纜的正常運行。后兩種情況則屬于電纜故障，金屬護套所產生的環流極大，使金屬護套發熱，以致損害電纜主絕緣，加速電纜絕緣老化，甚至發生電纜爆炸事故；同時，護層感應電壓超出安全范圍，可導致外層絕緣擊穿帶來人身安全隱患；嚴重時并可直接導致電纜載流量40%的損失，威脅電纜線路的安全運行，并造成直接的經濟損失，嚴重影響電纜的運行，應盡可能地減少此情況的發生，若發生則應盡快采取措施解決。

2.電纜護套環流監測裝置的系統功能

電纜護套環流監測裝置,可實時監測電纜金屬護層循環電流、運行電流和電纜表面溫度，并以GPRS通訊方式將測量數據發送給監控服務器，監控服務器將數據進行處理與顯示。監測員在調度室內可通過對各種參數的變化趨勢波形圖、記錄數據表等進行分析，并判斷電纜絕緣情況是否良好，運行電纜是否發生故障，從而可迅速及時地采取措施解決故障，從根本上避免了電纜事故的發展，保證電纜安全、可靠的運行。

電纜護套環流監測裝置可以安裝在室外桿塔上，監測電纜終端頭與電纜的狀態；也可以安裝在電纜工井內，監測電纜中間接頭與電纜的狀態。一般在一個完整的交叉互聯接地方式 的直接接地箱處安裝一套電纜護套環流監測裝置，在電纜護套單端接地方式的直接接地箱處安裝一套電纜護套環流監測裝置。電纜護套環流監測裝置的系統功能有：

（1）實時測量運行電纜的金屬護層循環電流、運行電流、電纜表面溫度、環境溫度，接地箱溫度等。

（2）通過GPRS無線將測量數據傳輸給監控服務器。

（3）數據實時采集，系統數據采樣頻率5秒至1小時可控。

（4）監測終端不需要外部提供電源，通過電流互感器獲取電纜運行電流并作為整個數據采集終端的電源。運行電流在50～1000A的范圍內終端均可正常工作。

3.電纜護套環流監測裝置的組成及主要功能

電纜護套環流監測裝置系統包括：數據采集終端主機、電纜護層接地電流測量互感器、電纜運行電流測量互感器、溫度傳感器、取電互感器、報警系統。

3.1數據采集終端主機

（1）數據采集終端主機，是系統的核心硬件，安裝于桿塔上或電纜工井內。主要用于收集現場各測量點傳感器數據，并通過GPRS通訊方式發送給監控服務器。

（2）系統采集終端主機接線請嚴格按照下表所示接線座排進行。

電源　溫度　護層循環電流　運行電流1　2　3　4　5　6　7　8　9　10　11　12　13　14　15空　S1　S2　地　VCC DQ GND C3(C相)　C2(B相)　C1(A相)　C5

S1、S2：接取電互感器輸出端。

地：接保護地。

VCC、DQ、GND：接溫度傳感器的溫度總線。

C1、C2、C3：接護層循環電流互感器輸出端（A相，B相，C相）。

C5：接運行電流互感器輸出端。

3.2電纜護層循環電流互感器

電纜護層循環電流互感器，直接套在接地電纜上，用來監測電纜金屬護層的循環電流，并將實時采集的數據傳送到數據采集終端主機。

3.3電纜運行電流互感互感器

電纜運行電流互感互感器，直接套在運行電纜上，用來監測電纜的運行電流，并將實時采集的數據傳送到數據采集終端主機。

3.4溫度傳感器

溫度傳感器，安裝于電纜終端頭或電纜中間接頭處，用來監測電纜終端頭或電纜中間接頭與電纜表面的溫度，并將實時采集的數據傳送到數據采集終端主機。

3.5取電互感器

取電互感器，直接套在運行電纜上，用來向數據采集終端主機提供電源。該取電互感器采用的是開合式電流互感器，要求運行電纜的運行電流必須≥50A，這樣才能保證數據采集終端主機的正常運行。

3.6報警系統

報警系統：具備護層接地電流參數超限自動報警或者異常變化自動報警功能，在集中監控中心對接地電流參數超過預設值時發出視聽報警，在集中監控平臺的圖形展示界面上報警，并自動將報警資料存檔。對環流的當前值與歷史值進行分析，當出現下列情況時，系統發出報警：

A、環流增大到某一數值；

B、環流變化率增大到某一數值；

C、環流與線芯電流的比值增大到某一數值；

D、對環流與線芯電流的比值變化率增大到某一數值。

4.結束語

高壓單芯電纜在正常的運行中，其電纜金屬護套必定會產生感應電壓，從而也必然會產生電纜金屬護套環流。當運行電纜發生故障時，如電纜發生短路、被雷擊、主絕緣損壞產生金屬護套多點接地等等，在電纜金屬護套上則會產生較大的環流，影響電纜線路的輸送能力與運行壽命。而安裝電纜護套環流監測裝置,可24小時實時監測電纜金屬護層循環電流、運行電流和電纜表面溫度，及時發現電纜護層接地電流（環流）的異常現象，及時迅速發現并定位環流異常故障。通過軟、硬件技術手段，智能判斷故障種類：如保護多點接地故障、保護接地故障、交叉互聯接線錯誤等，利用接地電流的變化及輔助手段，及時發現運行電纜故障、交叉互聯箱及接地線異常情況，迅速采取措施解決電纜運行故障，提醒值班人員及時處理，確保電纜線路安全、可靠運行。