10kV配電網智能電纜的研發

摘 要：為滿足配電網運行需求，需要不斷研發智能電纜，用于10kV配電網的良好運行。本文介紹了10kV配電網智能電纜的設計，介紹了基于新型光纖傳感器的設計，實現在線分布式測控功能。

關鍵詞：10kV配電網;智能電纜;研發

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A

隨著城市化進程的加快，國家電力部門也加快了配電網的建設。10kV電纜的覆蓋范圍和規模速度增長，對于傳統的手動控制方式和設備配置已不再滿足當下的電力系統的可靠運行。因此，充分利用電纜容量，準確監測電纜工作狀況，已成為配電網安全運行的重要課題。

1 建立配電網智能電纜的重要性

通過建立配電網智能電纜，可以提高現有電網系統的整體效率。運用現代技術手段和管理模式，可以促進配電網順利運行。與傳統控制方式相比，配電網智能電纜控制方式具有安全穩定的優勢。管理人員需要根據配電網智能電纜的運行情況，采取具體的措施。加強對變電站環境的檢測，提高管理決策的科學性。配電網智能電纜的創建，可以節約人力資源，減少管理中人為因素造成的事故。從管理的角度來看，配電網智能電纜運營模式，為盡快實現能源集中管理奠定基礎。基于合適的管理模式，員工可以更好提高工作效率，也為電力公司的經濟效益做出必要的貢獻。通過優化配電網智能電纜工作和管理模式，相關管理人員可以輕松開展電力系統運行的安全管理工作。

2 配電網智能電纜的運用特點

配電網智能電纜是根據電網的技術要求開發的，是在電纜導體中植入光纖傳感器，形成智能電纜，結合測量設備進行動態測量。它具有電纜運維、動態增容、健康評估和風險防范等功能，可以有效地提高運維管理效率，保障供電系統的整體可靠性。與傳統電纜相比，智能電纜具有傳感器的作用，彌補了傳統傳感的不足，具有獨特的應用優勢。光傳感器既是傳輸信號的介質，該元件具有靈敏度高、響應速度快、易于與系統兼容的優點，可進行遠距離空載測量，消除了有源傳感電纜無法通電的缺陷，不存在過壓和漏電等問題，具有一定的安全性。可沿電纜長度分布進行遠距離監測，可檢測沿電纜長度各物理量，如溫度和變形等，實現真正的監控功能。新型光纖傳感器在運行中不受電磁干擾，具有抗干擾能力強的優勢。將新型光纖傳感器植入電纜導體中，可以更準確地監測電纜運行的物理量。隨著光纖探測技術的發展，為產品的升級提供了無限的機會。

3 10kV配電網問題分析

3.1 過電壓具有的影響

電氣設備在運行中的電壓包括雷擊過壓和電弧過壓等。其中，10kV配電網存在的問題是設備老化。舊設備難以承受過壓，會出現一些運行故障，導致了相關線路的停電。電弧接地過壓的幅度相對較高，一旦電流超過安全值，會影響配電網的運行。

3.2 10kV配網結構不合理

對于電力規劃與城市發展速度存在巨大差距，導致了電力系統的運行結構不合理。配電網負荷增加，并且電纜不能調整或更換，需要承受巨大的電壓，配電網無法安全地運行。很多線路沒有有效建設，一旦停電就無法傳輸電壓，并且其他結構會承受更高過載運行。

3.3 配電網工作環境的影響

配電線路分為架空線路和電纜，樹木的維護會干擾配電網的安全運行。在刮風和下雨時，配電網工作受到天氣的影響，會導致該地區線路大面積停電。配電網污染不一定會導致停電，但肯定會導致線路的絕緣子燒毀，線路運行存在嚴重的安全隱患。此外，配電線路距離地面較低，地面灰塵很容易吸附在線路的絕緣子上。大多數配電隔離器不具備抗污染能力，容易積垢，配網時間長了難以清理。

3.4 外部因素的破壞

在分析配電網電纜運行相關數據時，大部分故障的原因是外力對配電網的損壞。配電網在運行中，必然因外力作用而無法穩定工作。通常，配電網在一些相對開放的環境中運行。在遇到暴風雨時，配電網面臨雷擊的風險，會因雷擊而斷電。近年來，由于雷擊配電網事故占故障的一半，因此，配電網應設置防雷網，以保證配電網在暴雨期間的安全運行。配網線路的故障不容忽視，配網線路長時間在室外的工作容易發生故障，影響配網的運行，給配電網的工作帶來很大的不便。

4 結構設計

4.1 內置電纜設計

內置電纜用于測量電纜溫度，或用于測量電力電纜溫度。內置電纜主要采用螺旋鎧裝光纖進行測溫。由于內置電纜是一種金屬材料，會影響電纜的電場和磁場的分布。使用非磁性金屬材料，但測量成本會增加。內置電纜為非金屬測溫電纜，電纜外層護套采用低壓材料，提高了耐高溫和拉伸壓縮的能力，可承受100℃的高溫，提高牽引性能，可以是測溫纖維，也可以是振動纖維，可根據情況進行調整。

4.2 智能復合光纖的發展

光纖組合電纜具有結構設計外護套、絕緣和導電填料層，基本與常規電纜相同。不同的是溫度測量的集成電纜集成在中心。芯線可使用光纖測量溫度，可以有效控制電纜內部溫度，還可以使用振動光纖來控制電線環境。將10kV光纖制成的復合電纜集成進行測溫，實現電纜的體溫監測、溫度變化、異常溫度監測和故障定位。因此，電纜具有獨立工作和自我診斷的功能，除了提供故障檢測，減輕電纜的運維負擔外，還實現了電纜的智能化功能。

4.3 分布式光纖測溫系統

10kV智能光纖測試運用的是分布式光纖測溫系統，該系統是一種高精度分布式光纖測溫系統，具有分布式測溫功能，使得電纜的主體成為溫度計。系統在運行中，可以準確判斷故障位置功能，通常定位精度±0.2m，誤差位置的偏差0.2m，可準確判斷系統運行故障位置，減輕后期的檢修運維負擔。此外，還具有測溫精度高的優勢，并且測溫精度誤差±0.5℃，可以準確比較異常的溫度變化。因此，使用內置電纜進行局部測溫，內置測量溫度可以精確控制電纜外殼的溫度。并且該測溫系統具有多樣化的報警功能，包括恒溫報警、溫差報警、溫升報警和限溫報警等。

4.4 不同工況下電纜溫度分析

為有效分析不同電流條件對電纜溫度的影響，在不同電流的情況下，電纜溝內電纜溫度低，這與電纜溝內水的高比熱和高導熱性有關。管道法敷設的電纜溫度高，是由于電纜管封閉的原因，空氣流量不同。空氣法和隧道法的溫差不大，主要是由于電纜環境條件好，可以有效地利用空氣的導電性散熱。采用直埋法和導熱法為土壤，由于導熱方式不同，工作運行中傳熱介質不同，導熱效率也會有所不同。并且同一情況下不同條件下的電纜溫度也會有所不同。隨著通過電纜的電流增加，電纜溫度有不同程度的升高，并且升高的趨勢基本一致。10kV智能光纖復合光纜，當通過500A電流時，任何條件下的溫度低于80℃，低于交聯聚乙烯電纜芯線最高允許溫度。在92.9℃高溫下按GB/T 3048.12進行放電試驗，在1.73U0下，未檢測到超過靈敏度的放電。

4.5 故障定位精度分析

為便于配電網智能電纜運行發生溫度異常時驗證故障點的實際位置，將集成測溫電纜插入復合光纜末端。整個測溫電纜的總長度可以設定為400m，根據電纜的標準，選擇測溫點，可以分別選擇在320m和350m處的兩個測溫點。將兩個測溫點放在恒溫水箱中，測試結果可以顯示準確位置，然后在恒溫水箱中重復這個測溫點，可以確定定位正偏差最大值，也可以確定故障10kV智能光纜定位精度大約為±0.2m。

5 配電網智能電纜運行改進措施

5.1 加強配電網智能電纜維護

對于供電系統要重視用電管理，采取合理的制度，保證配電網智能電纜的有效管理。使用配電網智能電纜并實施先進技術來改進配電網設備。嚴格執行有關規定，對配網線路進行實時巡檢，做到定期維護。一旦配電網智能電纜發現運營安全問題，必須采取適當措施進行及時解決，以防止故障不能及時解決可能發生的擴展性的事故，確保輸配電線路的運行。檢修供電設備時，要結合安全管理，調動相關部門工作人員，配合完成配電網智能電纜檢修工作，提高配電網的供電效率。此外，人員的技術水平也很重要，只有當員工具有很強的技能時，才能減少人為因素操作不當造成的配電網運行錯誤。在排除配電網智能電纜故障時，對于自動化處理系統尤其重要。當發現配電網智能電纜故障時，工作人員必須及時整改。首先驗證和定位故障點，收集現場的設備相關信息，分析數據并解決存在的配電相關的故障問題。可根據實際情況進行配電網的檢修，改善電力系統的供電狀況。配電網智能電纜和自動化控制可以提高配網數據的采集，實施科學有效的管理，制訂穩健的方案，解決配網中的故障問題，保障配網安全穩定[1]。

5.2 提高配電設備質量

配電設備質量對配電網智能電纜有重大的影響。隨著電力公司的快速發展，配電網智能電纜的建設規模逐漸擴大，并且建設范圍也越來越廣。如果配電網出現故障，其主要是配電設備和材料的問題。配網對所用的相關使用材料要求很高，特別是變壓器和繼電器等，相關的設備必須滿足配網的需要。必須徹底評估設備的電流性能，運行參數必須符合配電網智能電纜設計標準[2]。

5.3 優化10kV配網結構

配電網智能結構必須充分優化，選擇電源結構和布線，實現有效的結構優化。在10kV配電網中，雙回輸電線路具有可靠性，并且具有輸電容量較高的優點。主支線的安裝，以及電力線故障和停電范圍均在相關設定的允許范圍內，可有效縮小停電的區域范圍，減少停電造成的損失。

5.4 提高10kV線路抗雷措施

雷電可以直接損壞電力設備，這是導致電網故障的重要因素之一。在維護保養中，應按照要求安裝防雷裝置，以增強抵御雷擊的能力，確保人們能夠正常用電。在10kV配網電纜出線端線路段加設避雷器，在變壓器高、低壓側加裝相應等級的避雷器。對配網電纜以及避雷器等設備進行定期檢測，及時發現電纜中存在的缺陷，提高配網電纜的質量。

5.5 綜合防治污閃問題

在配電網智能電纜正常運行過程中，通常會發生污閃，如果污閃嚴重將會直接影響配電網智能電纜的正常運行，也會直接導致人們在生活和生產中無法使用電力。這個故障問題也引起了相關技術人員的關注，因此要提供一個配送網，確保其可以安全地工作，必須解決配電網絡的污閃問題。為避免污閃問題，技術工作人員必須在配電網絡的相關設備上安裝合適的絕緣組件和保護層。確保安裝后的絕緣部件的表面不會過度地造成污染，以避免污染帶來的線路運行故障問題。同時，技術工作人員還可以在配電網其他部位安裝除濕機，提高配網的安全性，滿足人們的用電需求。

5.6 智能電纜在線監測設備的安裝和應用

如果智能電纜的出現絕緣故障，電力系統中電纜電流和脈沖電流將通過電纜的絕緣層，沿著金屬屏蔽層進行傳播。因此，需要在電纜地線上安裝電容漏電流傳感器和高頻脈沖電流傳感器，以確保采集電容漏電流和脈沖電流數據。由于監控設備必須安裝在電纜支架上，因此需要使用高空作業將現場的技術安裝人員抬到立桿支架上工作。對于此過程安裝設計較為復雜，因此，需要在保證現場安裝設備的同時，還要保證人員自身的安全，避免跌落或者發生觸電事故。另外，在檢修監控設備時，要保證安裝穩定，還要考慮到太陽能板的效率，使太陽能板能夠吸收更多的陽光，確保監控設備高效運行。

5.7 智能電纜故障檢測措施

在智能電纜的管理和檢測方面，技術人員需要對配電電纜的故障排除自動化進行研究，并推出了新型智能電纜故障排除措施。全面的故障排除，可以很好地完成導線短路和接觸不良等故障排除。使用測距儀和定位儀產生的正弦波來細化電纜的傳輸線，并且必須接收所有信號，結合信號分析，總結出智能電纜的大致方向和鉆孔的深度，并精確定位電纜的位置。不需要人工檢測，用信息化技術表示故障的位置，將合適的測試儀送到前端。主要是針對故障的精確定位，以及對內置深度和電纜路徑故障原因的分析。利用電磁感應原理和脈沖原理，可以準確確定故障區域。必須使用網絡技術和GPS定位技術來確保可以準確的檢測。在特定的工作中，需要分析電纜故障的類型，檢查直流對電壓的電阻，可以通過該方法來確定智能電纜故障的類型。

結語

綜上所述，在目前經濟快速發展的階段，社會各界對電力的需求在不斷增長，電力部門在此過程中建設了大量的配電網。在這種發展條件下，傳統的電網模式難以適應新時代的需要。因此，要從現代配電網的需要出發，建立配電網智能電纜，進一步提高配電輸電管理效率，加強新技術的應用，促進電力公司的可持續發展。進一步提高配電網智能電纜運行效率，促進電力系統的健康發展。

參考文獻：

[1]冀帥，趙興勇，范佳琪，齊琦.智能電網下固態變壓器電源切換故障自適應定位分析[J/OL].電源學報，1-14[2021-07-01].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/12.1420.TM.20210629.1554.002.html.

[2]向征.基于LSTM的智能電網鏈路質量置信區間預測[J/OL].電測與儀表，1-10[2021-07-01].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20210623.0948.004.html.

作者簡介：朱立宇（1995— ），男，漢族，北京人，本科，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。