10 kV電纜終端頭溫度故障指示器的研究

李嵐冰，張逢雪，張 強，李 培，張圣光

(國網山東省電力公司菏澤供電公司，山東 菏澤 274000)

0 引言

為了滿足配電網發展的需求,采用電纜供電已成為必然趨勢。通過建立以高壓開關柜配電模式為主的配電網絡,實現在復雜網架下故障的快速處理和恢復,大大縮短了停電時間[1]。目前,配電高壓開關柜以其可靠性和經濟性成為配電網絡電纜化的首選形式。與此同時,對配電高壓開關柜可靠供電的要求也愈來愈高。《國家電網有限公司十八項電網重大反事故措施》的相關規定指出,定期檢查開關設備的接頭、隔離開關的導電部分,尤其是在負荷高峰期或高溫季節,加強監測運行設備的溫升,及時發現問題后,根據缺陷登記情況采取相應的處理措施[2]。

因此,實時監測電纜終端接頭溫度,及時消缺處理可避免高壓開關柜接頭過熱等問題,有效預防火災和大規模停電事故的發生[3]。

配電高壓開關柜的電纜倉內部空間狹小,設備長時間帶負荷運行,環境溫度和電氣接點溫度容易偏高,電纜接頭是最容易出現故障的部位,由于電纜接頭松動引起的高溫事故很多,故障的主要原因是電纜接頭松動,產生高溫,長時間運行熱量增加,引起爆炸和火災。研究發現,當交聯聚乙烯電纜的工作溫度超過允許值的8 %時,其壽命將減半；超過15 %時,電纜壽命則只剩下1/4[4]。目前,在檢修過程中大多都靠肉眼觀察或是儀器現場測量,檢修過程中很多高溫點不容易發現,主要是高溫發生的時間和用電負荷有很大關系,給檢修帶來了不便,且這種傳統的作業方式已經不能滿足配網自動化的需求。

針對上述問題,下面提出了一種電纜終端頭溫度故障指示器。該設備徹底解決了傳統故障指示器對于環網柜及電纜分支箱等設備的電纜終端接頭溫度測量困難等問題。

1 設備概述

該電纜終端頭溫度故障指示器,采用三個相序溫度傳感器和一個環境溫度傳感器實時監測電纜接頭的溫度變化,并采用RS-485 接口對溫度信息、故障信息進行實時數據上傳,通過溫度的記錄查詢分析故障的原因,使故障處理更加快捷直觀,該套系統在嵌入式程序基礎上實現了無人值守、故障報警上傳和當地顯示等功能。

該設備的溫度信號實時檢測系統,如圖1 所示。在高壓開關柜空間狹小的電纜倉內,將相序溫度傳感器設置在電纜終端接頭處,此類傳感器的測溫探頭與電纜終端接頭連接,用以探測電纜終端接頭運行溫度,通過信息傳送光纖,將溫度信號準確快速地傳輸至中央控制單元,實現實時檢測電纜終端接頭溫度的功能。環境溫度傳感器設置在電纜倉內,通過信息傳送光纖將檢測到的環境溫度與電纜終端接頭的運行溫度進行比較,如果其差值小于或等于閾值,則表明電纜終端接頭的溫度無異常；如果其差值大于閾值,則表明電纜終端接頭的溫度異常,通過故障指示器發出故障指示信號,故障指示信號則通過記錄單元傳輸到中央控制單元,再利用計時單元對記錄的信息進行計時,實現定時發出指令信息。通過溫度信號實時檢測系統,實現溫度信號的快速精準的傳輸和故障的智能控制,及時發現異常信號,迅速組織安排檢修工作,避免了大面積核查故障點,極大地提高了配電網設備的檢修效率。

圖1 溫度信號實時檢測系統結構

該設備還設置了壓力傳感器,安裝在電纜終端接頭處,若電纜終端接頭有松動,則壓力傳感器感受到的壓力發生變化,進而通過內置轉換電路將壓力信號通過信息傳送光纖傳送至中央控制單元,并發出核對故障和檢修指令。

該設備還包括了報警單元和無線通信模塊,其中報警單元直接與中央控制單元連接,當檢測到的電纜終端頭溫度信號、環境溫度信號以及壓力信號大于設置的閾值時,報警單元會發出異常報警信號,即面板主機相應的相位色變白,對應的故障指示燈會閃爍紅色報警提示。當故障處理完畢后,通過觸發指示器主機面板上的“復位/-”按鈕解除報警,按下面板上“復位/-”按鈕且小于1 s,本機進入復位狀態,所有繼電器復位,清除報警狀態,設備在3 s 內不接受任何操作,以明確復位操作被執行。

無線通信模塊采用RS-485 接口與通信終端相連接,通過無線通信模塊的設置,能夠使溫度檢測和故障檢測功能更為便捷高效。無故障時,線路監測點的溫度通過RS-485 電纜定時上報給上位機。

目前,在高壓開關柜中的電纜終端接頭溫度在線監測系統中,均存在傳感器及其他監測設備供電困難的問題[5]。而該裝置采用配備的內置大容量鋰電池供電方式,一方面能夠改變傳統傳感器對外部供電的依賴,另一方面使安裝更加便捷。

2 智能網絡終端

電纜終端頭溫度故障指示器根據環網柜的間隔要求,安裝到相應的間隔,根據環網柜的布局,將每個間隔的電纜終端頭溫度故障指示器主機的通信地址依次更改為1 到6 或者1 到5,其中可以根據間隔數量決定通信地址的數值。每一個智能網絡管理終端代表一個環網柜,根據現場安裝要求做好網絡終端配置內容,將相應的變量名稱更改和現場本地名稱一致,便于后臺系統的操作與管理。當出現本地溫度故障報警,智能網絡終端可以將故障點的故障信息以短信的形式發送到需要接收報警短信的手機號碼,這樣就可以更好地實時監測電纜接頭的溫度數值也可以有效提示溫度過高預警。

當傳感器檢測到故障信號時把故障信息通過光纖傳給故障指示器主機,再由故障指示器主機通過RS-485 總線傳送給報警終端,最后報警終端發送短信給用戶。

智能網絡管理終端還可以通過網絡通信設置實現手機號碼管理功能、手機短信查詢功能、溫度檢測歷史數據曲線分析功能以及歷史數據查詢導出等功能。

3 結束語

以上提出的一種電纜終端頭溫度故障指示器，安裝方便，操作簡單，可廣泛應用于電力電纜網設備中，如箱式開關站、電纜分支箱、環網柜等。固定在電纜接頭處的溫度傳感器實時檢測接頭溫度，通過數據線將數據傳給顯示主機，在面板上的LCD 屏顯示數值，具備溫度故障報警功能。數據通過光纖傳輸，避免了電磁干擾與電擊危險；配置RS-485 通信接口，支持MODBUS 等協議和自定義協議，以便工作人員能夠隨時了解故障指示器所在線路的電纜終端接頭溫度變化情況。

因此，對高壓開關柜電纜終端接頭的溫度進行在線監測，一定程度上規避了大規模停電等事故的發生，大大提高了電力系統的智能化水平，提升了電網供電質量。