供電系統實時檢測電纜絕緣性能技術的分析和應用

湖南長峰電力集團股份有限公司 黃榮波

1 引言

隨著我國經濟社會的深入發展，相應的供電系統也在不斷完善，而電纜作為整個電力系統中的重要基礎設施、設備，電纜的質量和水平也在一定程度上影響著整個輸配電網絡的效率和質量，在電纜接收驗貨時，往往需要通過試驗獲取相應的驗收數據，確保電纜質量過關，當電纜應用于供電系統時，需要供電系統實時檢測其相應的質量和參數，以便于更好地進行電纜檢修工作[1]。

2 供電系統電纜絕緣性在線監測技術內涵

電纜作為供電系統中的重要組成構件，電纜能夠為整個供電系統提供穩定可靠的電力供給，但從實際出發，在部分環境條件下，電纜往往鋪設于較為復雜的環境當中，受到外界因素的影響較大，導致其絕緣性能會出現一定的下降，甚至出現供電故障等問題[2]。因此，需要對于供電系統電纜的絕緣性進行在線監測，確保能夠對供電系統的供電能力進行及時的監控，防止供電系統出現故障，阻礙居民的日常生活及生產活動。

3 供電系統實時檢測電纜絕緣性能的重要性

目前來看，我國供電系統多應用于現代化城市建筑、科研、工業生產等環節，供電系統能否安全運行，直接影響著人們的日常生活和生產活動，對于供電系統進行電纜絕緣性能的實時監測，是保障人們日常生活和生產活動開展的先決條件，需要根據相應的日常生活供電需求和工業生產電力需求，在供電系統的安裝、運營、檢修、維護等方面投入大量的成本，并且對相應技術人員的檢測技術進行相應的規范。在對我國供電系統中的相應故障檢測和分析后，供電系統的安全故障往往是由于電纜絕緣性能故障所導致的[3]。因此，對供電系統電纜絕緣性能進行實時監測，能夠有效提升整個供電系統的技術水平，且由于實時檢測的特點，相應的工作人員能夠對電纜的絕緣性能進行快速的檢查，在整個供電系統的故障排查時，也能夠提升其工作效率，增強了工作人員的判斷精度和準度，減小了供電系統故障帶來的影響，為相應居民的人身財產、生產安全帶來了保障。因此，應當通過在線監測技術對電纜絕緣性能進行實時監測，保障供電系統在人們的日常生活和生產活動中發揮重要作用。

4 供電系統電纜絕緣性能實時檢測實例

4.1 項目概況

在結合供電系統電纜絕緣性能實施監測科學化流程后，以相應的實例作為判斷標準，本項目以某礦區供電系統中電纜的使用情況基礎，基于調制技術的機頻信號提取方法，對礦區中的供電系統電纜絕緣性能參數進行分布式測量，計算其監測數據，并通過相應的數據評估，分析電纜絕緣性能的絕緣狀況，通過軟件系統建立相應的絕緣參數分布預警機制，結合相應的預警值設置提醒供電系統電纜絕緣性能實施監測人員及時進行檢修和維護。

4.2 在線監測技術方法

在對供電系統電纜絕緣性能進行實時監測時，其電纜絕緣性能的變化程度是影響整個供電系統電力故障判斷結果的關鍵，大多數情況下，供電系統電纜絕緣性能現象的產生，都不是在一個短的時間內產生的，往往是由于長期環境或作業條件影響，使其出現不同程度的老化，進而形成供電系統故障[4]。

4.3 設備硬件構成

對于供電系統實時電纜絕緣性的檢測及整個監測系統的硬件，需要的設備包括：第一，工控機是電纜絕緣性能檢測的重要設備，對于工控機的選擇，通常選擇抗沖擊力強，防塵、防潮、防磁性能好的設備，并配備相應的底板裝置，包含ISA 和PCI插槽及配套電源，應具備相應的抗干擾性強、散熱性能好、能耗低、高穩定性等特點。第二，需要配備電纜信號的調理部件裝置，通常來看，在相應的電纜數據實時采集芯片中，其供電系統的正常工作狀態，輸出電壓為0～5V，在CT 中顯示的信號為0.100mA 區間，只需要將現場檢測數據轉化成相應的有效電壓數據，對電纜性能的電壓和電流轉換能有著實時的監測。第三，穿心式變壓器。第四，數據采集CPU。對于數據的采集CPU 是起到了將連續信號轉化成數字信息的作用，使得在電纜監測數據收集后，能夠將其及時轉化為數字信息，供使用者進行檢查和處理。

4.4 檢測信號處理方法

在整個供電系統電纜絕緣性能實時監測的環節上，對檢測信號的處理方法是系統的核心技術。在信號的收集環節上，供電系統對于監測信號處理整個流程，需通過相應的信息收集裝置將收集來的信息轉化為電子信息，并通過信息處理和調整，實現電壓和數據之間的轉換，再結合A/D 轉換器將模擬信號最終轉化為數字信號，在此過程的轉換方面，會有一定的噪聲出現。由于相應的信號收集裝置在信號收集過程中，容易受到其他環境因素的影響，結合相應實例。在實例中采用羅氏線圈繞制在非磁性環形骨架上，其基本的測量原理是基于安培環路定律，羅氏線圈結構和等效線路如圖1所示。

圖1 羅氏線圈結構和等效線路

如圖1圖所示，羅氏線圈結構能夠有效地測量供電系統中電纜的絕緣性能參數，當供電系統中電纜發生異常時，其放電電流信號經過線路的傳播到安裝有HFCT 測量傳感器的位置后，該電流信號會在架空絕緣線周圍產生相應的磁場，而HFCT 線圈組會感應到磁場并產生一個感應電壓，該電壓正比于該處流過的電流信號的微分值，再通過相應的數據處理，可以測算得到相應的放電電流信號[5]。

HFCT 的積分電路模式可以通過外積分電路進行數據處理，也可以通過內積分電路進行后續環節參數的計算，經過分析，結合相應的礦場供電系統實際，采用較為簡單直接高效的自積分測量模式，其相應的測量原理如圖1-b 所示，IPD 是電纜的故障脈沖電流信號，通過對該電流信號的數據收集，能夠為后續相應數值的計算提供參數支持，M 是HFCT 和電纜接地線的互感數據。U 是HFCT 繞組的終端感應電壓參數，C 是相應的雜散電容參數，其中是接在終端的無感電阻參數，而則是相應的輸出電壓數據，根據數據可以得出相應的電路參數：

同時，為了滿足HFCT 對于相關收集數據的計算和處理，為了滿足自積分的計算條件，必須滿足的條件為：

同時在考慮到相應雜散電容對線圈性能的影響后，可以得到線圈傳遞參數的公式：

在此基礎上，可以得到傳感器的參數振幅特性公式：

在滿足相應的積分條件下，HTFC 傳遞函數在一定范圍內可以通過R/N 進行估算，結合以上羅氏線圈測量數據參數分析模式可以得到相應的檢測參數，尤其是HTFC 對于供電系統中電纜的異常放電電流信號監測較為靈敏，其中線圈的測量靈敏度和截止頻率增大后另一個會出現相應的減小因子，在實際測量時需要根據測量對象的頻率和范圍進行協調權衡，使其能夠得到最優參數，達到較為靈敏的檢測狀態。

在信號數據收集之后，雖對相應的參數進行了初步處理，但達不到對于整個供電系統電纜絕緣性能監測數據的深入分析要求，因此，需要進一步進行信號參數的處理和計算，對于部分情況下出現的離散小波變化，需要結合離散化算法來進行賦值的計算，還要提供更加全面的信息，用于信號的分析和重組使用，能夠便于檢測者對檢測信號參數進行精準識別，降低判斷錯誤率。總體來看，通過相應的信號檢測裝置，對供電系統中電纜的絕緣性能電子信號進行收集和處理。隨后，通過相應的算法和電腦軟件，進行信號數據的處理和分析，有助于結合電纜絕緣性能評定程序來電監測信號參數的全面性和準確性，從而有助于后續更好地對電纜絕緣性能進行評定，方便電纜維修人員對整個供電系統電纜絕緣性能進行全面控制。

4.5 電纜絕緣性能評定程序

電纜絕緣性能的評定程序也是供電系統電纜絕緣性能實時監測的重要環節，對于絕緣條件的評定，需要結合相應的參數轉化比例進行分析，在整個供電系統數據的檢測環節上，可以結合絕緣條件評定標準，來確定電纜絕緣性能的狀態，絕緣狀況評估對照表詳見表1。

表1 絕緣狀況評估對照表

結合上表1絕緣狀況評估對照表，通過觀察相應的電纜檢測參數數據，可進行相應的判定，但在不同的供電系統中所鋪設電纜的方式不同，得到的相應數據轉化比例也不同，因此，電纜絕緣性能的評價程序數據參數需要根據實際的供電系統監測數據分析，可通過提取相應的特性偏差，對比數據庫中不同類型絕緣性能的故障數據參數，分析電纜監測數據在處于故障時可能產生的故障原因和類別，依據監測系統的需求對信號進行采集、轉化和評定。

5 結語

隨著我國經濟社會的深入發展，供電系統的電纜實時監測領域相關技術在不斷完善，技術的完善能夠有效預防電纜絕緣性能所導致的供電系統故障，從而有利于供電系統在人們的日常生活和生產活動中能夠提供更加安全穩定的電力輸出，有利于滿足我國居民高質量健康生活的需求。