電力電纜故障監測及預警系統的設計

郭銳

摘 要：在電力電纜的使用過程中，由于材料的質量和施工方法等原因都會造成電力電纜故障，我們常接觸的故障大部分是以接頭問題引起的，電力電纜的接頭非常容易出現短路等故障，造成整個電力電纜系統的安全問題，并且造成一定的損失。為了有效緩解這種現象，加強對于電力電纜的故障監測，避免故障的發生，我們可以對于電纜接頭的表面溫度來進行實時的監控，掌握溫度的變化情況，并且在溫度上漲達到一定的極限，可以進行及時的預警方案，通過加強檢測手段和對于計算機信息技術的利用，實現了現代化的監測、報警和遠程控制等多方面的電力電纜預警系統，文章主要針對電纜溫度的監測，展開于診斷系統的討論。

關鍵詞：電力電纜；故障檢測；預警系統；電纜故障

中圖分類號：TM247 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0094-02

引言

隨著城市建設的不斷加強，城市建設中很多的大企業都對電力方面有很高的要求，由于用電量比較高，電力電纜的輸配電設備得到了廣泛的應用，當供電距離相對較長的狀態下，在線路上會出現電纜接頭，通過對以往的數據進行分析，多數的電力電纜故障都是由于接頭問題造成的。通過對于故障進行分析，接頭溫度過高是接頭問題的主要原因，在電阻或者過負荷的狀態下就會形成一定的強電流，時間久了就會形成電纜接頭的老化和崩燒故障等原因。所以如果想解決電線電纜故障的問題，就必須要從電纜接頭溫度開始控制，設計一種可以同時監控幾個接頭溫度變化的系統，通過科技化的手段以數字的形式，直觀了解電纜接頭的溫度變化，并且設計預警系統的功能，在出現故障的時候可以及時了解故障原因，能夠使工作人員做到及時進行修復，避免出現安全隱患，確定用電安全。

1 電力電纜溫度預測原理

通過對以往的實際工作中可以發現，電力電纜故障的原因是一個長時間形成的問題，電纜接頭的溫度長時間的處于升高狀態，并且接頭處的電流在不斷地增加，這就形成電力電纜絕緣功能的降低，由于在工作中，對于此現象的忽視，在經過長時間的使用以后就會造成電纜接頭故障。實現對于溫度的控制和檢測，是對于電力電纜故障監測的有效手段和必要措施，電纜的長時間使用和超負荷的發生都會形成溫度升高的現象。所以我們可以通過電纜接頭的溫度來對于電纜故障進行有效監測。電力電纜接頭的溫度變化對于故障的產生是有很高的可靠性，通過這種形式也很容易進行測量。接頭溫度的高低與電流的大小有直接的關系，通過以往的經驗和實際情況分析，電流大則接頭溫度就會升高，電流小相應的就會降低。通過對電力電纜接頭進行溫度變化的監測，可以有效判斷電纜是否有故障的出現。

2 電纜溫度監測方法

2.1 感溫電纜式測溫系統。通過對于感溫電纜的利用，可以對電纜進行實時的監控，在進行敷設時需要同電纜平行進行施工，感溫電纜的應用原理是在電纜溫度過高時發生短路，可以對電纜的溫度達到一定的了解，但是此功能只可以用一次，并且不能測量電纜的實際溫度。同時由于敷設的電纜一般都比較多，在進行安裝和維護方面非常不方便，只能在溫度上升的同時達到測溫效果，不能做到提前的預測。

2.2 熱敏電阻式測溫系統。熱敏電阻式測溫，在使用時線路相對比較復雜，并且需要有獨立的接線措施，在電纜發生溫度過高時可以測量溫度值，但是在遇熱的同時電阻也容易發生損壞，返修率大，沒有自檢功能，必須要進行經常的檢查和校正，在實際工作中不經常采用。

2.3 光纖分布式溫度監測系統。光纖分布式溫度監測，通過對光纖同電纜進行作業，利用光纖當做分布式溫度的傳感器，可以同時進行多個點的溫度監測，由于分布式溫度監測可以進行熱點的定位，在安裝的時候需要對與熱點位置進行確定。同時，在電力傳輸的過程中往往包含著非常多的電纜線路，所以對于光纖的消耗量也是非常大的。

3 電力電纜故障監測與診斷系統

3.1 電力電纜運行狀態監控。電力電纜在運行過程中發生故障的原因分為內部原因和外部原因兩種，內部的原因主要是由于線路的老化和電流的不穩定造成的，最終導致電纜接頭長期處于高溫狀態下產生故障的發生，所以必須要進行電纜接頭溫度的監測。我們在實際的運用電力電纜預測系統的過程中，軟件設計方面根據實際的需求增加了電纜接頭的溫度預測內容，利用現代化的手段實現智能的電纜接頭溫度進行采集，通過計算機系統的傳輸，通過曲線的形式對電纜接頭溫度進行直觀的預測，了解故障出現的臨界值，在出現預警系統警報的時候，及時通知相關部門進行故障排除和現場的勘察，降低故障發生的可能性。

3.2 電力電纜輔助狀態監控。電力電纜故障發生的外部原因，通常情況下是由于環境因素造成的，由于人為故意的損壞或者爆炸火災等問題。這種情況下可以進行電纜輔助功能監控系統的設置，電流傳感器可以有效對電流大小、可燃氣體的濃度和遠紅外電開關等對于非法闖入者進行監測，通過現場的智能中斷進行數據的傳輸轉換為數字信息，利用計算機遠程傳輸系統上傳到上位機程序，通過精準的數據采集和分析，了解電纜的實時狀況。

3.3 系統構成。監測系統的組成通常情況下采用分片型采集模式，系統的主要組成部分為前端的電纜接頭溫度探測與傳輸，電纜接頭溫度巡檢儀，電纜接頭數據分析軟件，都是圍繞電纜接頭的溫度監測為目標來建立的，通過互聯網計算機的信息傳輸，可以收集更多的信息資料和整理。

3.4 監測單元。在電纜接頭進行溫度的預測工作，需要在接頭處進行終端裝置的安裝，其功能是在于溫度測量并進行有效的數據傳輸工作。運行的主要模式是終端裝置收集溫度測量的實時信號，通過無線數據進行傳輸到電纜接頭附近的數據收集單元，終端裝置的主要功能在于可以監測固定時間點內的電纜接頭溫度的采集和數據傳輸工作，并且通過無限的方式傳輸到巡檢儀中，巡檢儀結合數據分析形成曲線溫度實況。終端裝置系統響應節能降耗的要求，通過太陽能供電實現運行。通過多個單元的控制最終達到微處理器進行工作，在電力電纜正常運行的狀態下系統處于休息的狀態，系統按照提前設定好的時間進行溫度傳感器單元的信息采集，并且將信息存儲，通過無線傳輸的方式進行工作，在和巡檢儀對接成功后，將收集到的信息傳輸到巡檢儀，可以有效做到信息的準確和安全狀態，終端裝置的軟件在同一時間可以進行多項任務工作，大大提升了對于電纜接頭溫度監測和信息收集的效率，可以縮短工作人員對于電纜接頭的進行實時了解的時間。

3.5 巡檢分析儀。巡檢儀是電纜接頭溫度監測的一項重要設備，終端裝置將詳細的信息傳輸到巡檢儀中，巡檢人員可以有效的對電纜接頭的溫度數據進行現場的收集。巡檢儀在工作的狀態下可以分為自動和手動。自動模式，只要對系統提前進行設定，在進入終端裝置的信號范圍內，便可以實現自動的連接，降低工作人員的壓力。同時也可以進行手動工作模式，手動模式可以有針對性的進行某一特定終端裝置的數據信息收集工作。與此同時，巡檢分析儀對于收集來的數據可以進行有效合理的分析，及時的掌握電纜接頭的實際情況，對于有可能發生故障的部位進行與預警處理。

3.6 后臺分析系統。后臺分析系統主要是對于電纜接頭出現的故障進行分析和診斷。各點巡檢儀將從終端裝置收集來的信息進行PC傳輸并且建立數據庫，對于以往的信息進行收集和記錄，通過對于數據的整理分析，可以對電纜接頭的溫度數據進行管理并且進行故障分析，對各個電纜接頭的溫度變化以曲線圖的形式表現，可以直觀了解電纜接頭的工作現狀。分析的主要內容在與溫度上漲趨勢，目前溫度狀態和一段時間內的溫度狀態等，根據分析結果對于可能出現故障的部位做出報警工作，確保電力電纜的正常運行，在故障發生前做出預警措施。

3.7 傳感器的選擇。傳感器是電纜接頭溫度檢測的重要部位，根據傳感器類型的不同，其電路結構和檢測辦法也有很多差異，合理的對傳感器進行選擇，可以有效提高終端裝置的使用性能。目前我國常用的傳感器主要包括紅外線傳感器、熱敏電阻、半導體PN結等等的形式，但是根據傳感器自身的特性，需要結合現場的實際情況進行選擇符合要求的傳感器，對于電纜接頭溫測最常用的為半導體PN結型。

4 結束語

綜上所述，電力電纜故障的產生形式主要在于內部原因和外部原因，內部原因的形成在于電纜接頭的溫度過高引發故障，外部原因多是由于環境因素影響造成的，結合現場的實際情況，通過對于數據的分析對比，有效進行電纜接頭溫度的監測工作，通過對于故障監測及預警系統的設計，實現了對于電力電纜運行狀態的控制，在出現故障或者不合理的溫度產生時及時的報警，有利于工作人員能夠及早發現運行狀態中的異常情況，進行有效解決，確保系統的穩定運行。

參考文獻：

[1]梁浩，任春明，任立強.電力電纜故障的測試技術及應用[J].山西電力，2003（5）：68-70.

[2]李艷秋，曹鐘中，靳濤.電力電纜火災監測及防火預警系統的研制[J].華北電力技術，2001（2）：23-24.

[3]胡洪飛.基于接地線電流法的電力電纜絕緣在線監測的研究[D].武漢：武漢大學，2004.

[4]王立.運行交聯聚乙烯電纜絕緣狀態及接地系統的監測與評價[D].天津：天津大學，2013.

[5]王雅芳.XLPE電力電纜接地系統與感應環流分析[D].杭州：浙江大學，2012.