高压电缆护层绝缘监测系统的研制与应用

供󰀁用󰀁电

第26卷第4期2009年8月

高压电缆护层绝缘监测系统的研制与应用

严有祥

(福建省厦门电业局,福建厦门361004)

摘󰀁要:传统的电缆护层绝缘监测方法存在一定的问题,已明显地不能适用于高压电缆线路。研究分析了高压电缆线路护层循环电流与护层绝缘状况之间的关系,提出了电缆护层绝缘状况的判据,介绍了在此研究基础上研制的一套护层绝缘监测系统的构成和主要功能。经厦门电业局应用的实践表明,该系统能够满足实际应用的要求。关键词:高压电缆;护层绝缘;监测系统

中图分类号:TM855󰀁󰀁文献标识码:B󰀁󰀁文章编号:1006-6357(2009)04-4

DevelopmentandApplicationofInsulationMonitoringSystemofHVCableSheath

YANYouxiang

(FujianXiamenElectricPowerCompany,Xiamen361004,FujianChina)

Abstract:Thetraditionalinsulationmonitoringmethodsofthecablesheathhavecertaindefault,cannotsuitforHVcablecircuitobviously.ThispaperresearchesandanalyzestherelationshipbetweenthecirculativecurrentandinsulationstatusoftheHVcablesheath,presentsthecriteriontojudgetheinsulationstatusofthecablesheath,introducesthecomponentsandmainfunctionsofasheathinsulationmonitoringsystemdeveloppedonthisresearchbase.TheapplicationofthissysteminXiamenElectricPowerCompanyhasproventhatitcouldcomplywiththerequirementsofthepracticalapplication.Keywords:HVcable;sheathinsulation;monitoringsystem

󰀁󰀁110kV及以上电缆主要是单芯电缆。因单芯电缆金属护层与芯线中交流电流产生的磁力线相铰链,使其两端出现较高的感应电压,故需采取合适的接地措施,使感应电压处在安全电压范围内(通常不超过50V,有安全措施时不超过100V)。

高压电缆线路每段金属护套至少有一处良好的接地点。若直接接地点由于各种原因未能有效接地,那么电缆金属护套的电位就会急剧升高到几千伏甚至一万伏,很容易把电缆外护套击穿并在击穿点持续放电,造成电缆外护套温度升高甚至着火燃烧。电缆线路不论采用哪种接地方式,良好的电缆护层绝缘都是必要的。电缆护层绝缘的损伤将使金属护套多点接地,从而产生金属护层循环电流,增加护套损耗,影响电缆载流能力,严重时甚至会使电缆严重发热而烧毁。

性,高压电缆停电检修的机会越来越少。由于地下电缆所处的环境复杂,采用传统的手工测量护层循环电流也越来越困难。

以厦门电业局为例,目前共有105回路电缆,其中直接接地箱172个,直接接地箱安装在杆塔上或接头工井内,要去测量电缆的护层循环电流、测量电缆接头及附属设施的温度需要花费大量的人力物力。所以,有必要研制出一套智能化的高压电缆护层绝缘在线监测系统,以提高工作效率和防止电力事故发生。

2󰀁高压电缆线路护层循环电流与护层绝缘状况的关系

2.1󰀁护层循环电流能反映护层绝缘的状况

通常短线路单芯电缆的金属护层采用一端直接接地和另一端经间隙或保护电阻接地的方式;长线路单芯电缆金属护层则采用三相分段交叉互联两端接地的方式。但当线路单芯电缆的金属护层出现两点或多点接地时就会在金属护层中形成环流,环流的大小与电缆相应的长度、电缆导体中电1󰀁传统的电缆护层绝缘监测方法分析

传统的电缆护层绝缘监测方法主要是通过停电测量护层绝缘电阻或带电用钳型电流表测量护层循环电流。近年来,为了提高输电线路的可靠严有祥:高压电缆护层绝缘监测系统的研制与应用

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流大小有关。当金属护层中环流较大时(严重时可能会达到主电流的50%以上),环流损耗会使金属护层发热,破坏电缆的主绝缘,威胁电缆运行安全。

护层循环电流与护层绝缘有如下关系。1)对于护层绝缘良好的单端接地电缆线路,流入直接接地端的仅有电容电流,数值很小,与电缆结构尺寸有关,与电缆线芯电流无关。2)对于有护层绝缘缺陷的电缆线路出现多点接地,由于金属护层循环电流的存在,流入直接接地端的电流将上升,具体电流值与护层的接地点和接地电阻有关。对于特定的电缆线路,在外部环境没有发生变化的情况下护层循环电流和线芯电流的比值应该是一个常数。

因此,在高压单芯电缆的实际运行中,电缆芯线运行电流是否超负荷,电缆主绝缘及护层绝缘是否存在缺陷,都可以从电缆金属护层循环电流的变化反映出来。若能实时监测运行电缆金属护层的循环电流指标,对于避免电缆长期过载运行,负荷调节,安全运行维护等方面都具有重要意义。2.2󰀁实测数据

为了验证上述结论,选取了厦门电业局110kV杏霞线、兰江线、安枋󰀂回路、安枋 回路、安县󰀂回路、安县 回路电缆进行实际测量,测量日期为2007年11月30日。比较其在单端接地和两端接地情况下,护层循环电流的理论值和实测值,结果如表1所示。

表1󰀁单端和两端接地系统护层循环电流

的理论值与实测值

线路名称运行电压/kV线路长度/m电缆截面/mm2线路运行电流/A直接接地端理论值电流/A实测值理论值护层保护侧杏霞线11021040070󰀁01󰀁21󰀁10兰江线11072350048󰀁󰀁54󰀁20安枋󰀂回110528400100󰀁83󰀁03󰀁20安枋 回11060240040󰀁83󰀁53󰀁60安县󰀂回11051050051󰀁23󰀁23󰀁30安县 回11052050070󰀁73󰀁23󰀁40󰀁󰀁从表1可以看出,对于单端接地系统,若电缆

的护层绝缘良好,则其直接接地端对地电流很小,一般不超过线芯电流的10%;当电缆护层绝缘受到破坏时,护层循环电流会增大,其值与电缆护层接地点的位置和护层故障电阻以及接地点的接地电阻有关。故障点离直接接地端越远,则护层循环电流越大,在极端情况下,故障点在护层保护器侧时,达到最大值。

在实际运用中,对于特定的电缆线路,护层循环电流和线芯电流基本上是个恒定值,其波动很小。

2.3󰀁护层绝缘状况判据

在大量实测和理论计算的基础上,提出了判断高压电缆护层绝缘异常状况的判据。

1)护层循环电流值/线芯电流值!10%。2)相同时段内护层循环电流变化率/线芯电流变化率!1。

3󰀁高压电缆护层绝缘监测系统

3.1󰀁系统的构成

利用计算机技术、现代电力电子技术和通用无线分组业务(GPRS)通信技术研发的高压电缆护层绝缘在线监测系统拓扑图如图1所示。该系统由监测终端和监测软件组成。监测终端包括:系统供电电源模块、各类采样传感器、数据采集及处理设备、GPRS通信模块。

A相0󰀁3A相0󰀁1A相0󰀁3A相0󰀁3A相0󰀁2A相0󰀁3三相电流/A实测值B相0󰀁3B相0󰀁1B相0󰀁2B相0󰀁2B相0󰀁2B相0󰀁3C相0󰀁3C相0󰀁1C相0󰀁3C相0󰀁1C相0󰀁3C相0󰀁3两端接地后流/A最大相护层循环电流与线芯电流比例/%17󰀁851󰀁027󰀁335󰀁865󰀁655󰀁0A相16󰀁0A相24󰀁9A相19󰀁9A相5󰀁0A相33󰀁6A相39󰀁0C相9󰀁8C相8󰀁8C相23󰀁8C相17󰀁0C相24󰀁0C相23󰀁3图1󰀁高压电缆护层绝缘在线监测系统

护层循环电实测值B相12󰀁5B相15󰀁5B相27󰀁5B相14󰀁6B相27󰀁2B相29󰀁03.2󰀁系统主要功能和特点

1)实时测量运行电缆的金属护层电流、运行电流、电缆表面温度、接地箱温度。通过对电缆接头或电缆本身的连续测量,能够预测电缆接头或

电缆本身的故障趋势,及时提供电缆故障部位和76

严有祥:高压电缆护层绝缘监测系统的研制与应用

检修指导,避免发生重大事故。实时显示测量数据的曲线走势图、日最大和最小曲线图,实时显示测量数据变化速度的曲线图,实时显示测量数据之间的比值关系及其变化速度。

2)通过GPRS通信模块将测量数据传输给监控服务器。

3)数据实时采集,系统数据采样频率10s至1min且可以控制。数据库每间隔5~60min保存实时数据且可以控制。

4)服务器监控软件采用浏览器/服务器(Browser/Server)结构,用户可以使用WWW浏览器查看监控数据。

5)服务器监控软件是多用户软件,所有变电站监控单元共享同一服务器,最大限度地减少硬件投入和运行维护成本。

6)远程服务器监控软件利用加密UDP数据包实现同步技术,可以满足多台服务器同时运行,只要有一台服务器能正常运行,就能保证后台系统正常运行。

7)被测设备发现异常时,服务器采用短信进行远程报警。主要包括运行电流和护层循环电流变化速度超过设定值。护层循环电流/运行电流!10%等。

8)服务器监控软件是按照标准组态软件设计而成,可以任意扩展功能模块,具有强大的数据分析能力,能够适应特定用户的各种需求。监测终端数量扩展时不需要修改系统软件。

9)WEB浏览程序没有采用任何组件和控件,用户无需安装软件,就可使用WWW浏览器查看监控数据。数据库采用ADO技术链接,不但数据查询响应速度快,而且可以很容易移植到SQLServer或Oricle数据库。

10)监测终端不需要外部提供电源,通过电流互感器获取电缆运行电流并作为整个终端的电源。运行电流在50~2000A时,终端均可正常工作。

3.3󰀁系统监测终端的安装和使用方法

通常,监测终端安装在电缆金属护套直接接地点。对于单端接地系统,只要在金属护层直接接地端安装一套监测终端就能及时发现电缆护层绝缘的变化情况。单端接地系统护层绝缘监测终端安装示意图如图2所示。图4󰀁智能式直接接地箱监测终端

图3󰀁交叉互联接地系统护层绝缘监测终端安装示意图图2󰀁单端接地系统护层绝缘监测终端安装示意图

对于长电缆线路,可能有多个金属护套直接接地点,每个接地点安装一套监测终端,就需要多套监测终端。交叉互联接地系统护层绝缘监测终端安装示意图如图3所示。

对于新建的电缆线路,可以把监测终端与直接接地箱合在一起,做成智能式监测终端,如图4所示。

4󰀁高压电缆护层绝缘监测系统的应用情况

高压电缆护层绝缘监测系统于2007年6月20日安装在厦门电业局220kV厦安󰀂回高压电缆上,对三相电缆进行护层循环电流和运行电流的实时监测,同时监测电缆表面温度、接地箱温度等指标。

与传统电缆护层绝缘监测方法测试得到的数据进行比对后,发现电缆护层绝缘监测系统测试的数据是准确可靠的。通过监测电缆金属护层循环电流,可以分析某日或一段时间内电缆运行负荷的变化情况,便于及时调整,实现电缆安全运󰀁󰀁(下转第86页)

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陈可钰,等:常见电费回收方式的浅析

是受法律保护的。目前,相当一部分供电企业,收费方式变化以后没有及时修订并签署合同,特别是采用IC卡预付费的居民客户,更应该注意其中条款的完整。

2007年,厦门地区在福建省作为试点之一,预计安装2万只IC卡预付费电表,从目前已安装的客户情况来看,效果十分显著,特别是电费回收率达到100%。今后IC卡预付费电表方式会逐步推广。

9󰀁其他收电费方式

除上述几种收电费方式以外,还存在没有实施或没有大面积实施的收电费方式还有很多,比如:网上银行、电话银行,电费充值卡、工商银行自助终端缴费等。这些收费方式是伴随着新技术的发展产生的,同时也依赖于服务提供方和供电公司多方面技术的发展和进步。形成多元化的交费方式,将为客户提供更多的选择余地,进一步减轻传统收费方式的压力,逐步解决目前普遍存在的收费难问题。

7󰀁电信点代收电费

中国电信信息服务站代理电费收取可以规避农村电费走收工作所带来的人身安全和资金安全风险,可以节省人力资源,以及提高电费回收率和客户满意度。

10󰀁结语

1)任何一种收电费方式都各有特点,其利弊可能随着形势的变化、社会的发展、技术的进步而互相转化。

2)电费回收的方式方法很多,但需要客观分析各地区经济、社会、文化、宗教等方面的因素,掌握消费者行为习惯,为客户提供多种有效的交电费方式,逐步解决电费回收存在的问题。

收稿日期:2008年12月

陈可钰󰀁工程师,长期从事电力营销管理工作杜淑勤󰀁助理工程师,长期从事电力营销技术工作

8󰀁银联POS机刷卡交电费

从2006年10月开始,厦门电业局各营业厅开始办理银联POS机刷卡交电费业务,已得到广大客户的认可。该交电费方式一方面避免了客户携带大量现金;另一方面由于不需找零而缩短了办理时间,这也是规避电力企业资金风险的有效措施之一。(上接第76页)

行。因此,该系统设计达到了系统设计目标的要求,可以满足实际应用。

测量护层循环电流相比,利用高压电缆护层绝缘监测系统能提高工作效率,提高对护层绝缘状况诊断分析质量。

参考文献

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西安交通大学出版社,1995.

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24(4).

收稿日期:2009年4月

严有祥󰀁高级工程师,从事电缆运行维护、检修和技术管理

工作

5󰀁结语

1)高压电缆线路是电网重要组成部分,电缆护层绝缘良好是电缆运行必不可少的电气条件之一。通过连续监测电缆金属护层循环电流和电缆终端、电缆接头或本体表面温度并进行分析比较,

来监测护层绝缘情况,是目前不改变线路连接,不影响电缆运行的有效办法。

2)高压电缆护层绝缘在线监测系统,可实时监测电缆金属护层循环电流、运行电流和电缆表面温度,并以GPRS通信方式将测量数据发送给监控服务器,并采用独特的判据判断电缆绝缘情况是否良好,可以从根本上避免电缆事故的发生,保证电缆安全、可靠的运行。

3)与传统的停电测量护层绝缘电阻和手工