高压电缆状态监测技术在杭州地区的应用

刘蒙，吕峻，赵明，洪晓东

（杭州市电力局，杭州310012）

高压电缆状态监测技术在杭州地区的应用

刘蒙，吕峻，赵明，洪晓东

（杭州市电力局，杭州310012）

高压电缆在城市输配电网中使用得越来越广泛，而目前电缆的状态监测与缺陷诊断技术还不够成熟。为了确保电缆的安全运行，杭州市电力局先后引进了高频局部放电在线测试设备、振荡波局放测试系统、接地电流与电缆温度在线监测系统、智能巡检机器人等新技术。本文介绍了电缆监测技术应用情况、各种监测技术的特点以及相关使用经验。

高压电缆；状态监测；局部放电；OWTS；接地电流；温度

随着我国城市化与工业化进程的加快，大中城市的电力需求正在逐步增加。电力电缆由于美观、占地少、安全可靠已经成为城市电力传输的主要方式[1]。以杭州为例，2011年全社会用电最大负荷突破1 100万kW，在运行的220 kV电缆112 km，110 kV电缆372 km，35 kV电缆110 km，中心城市的电缆化率超过95%。

自上世纪80年代开始大规模建设电缆网架以来，越来越多的运行电缆开始进入老化阶段，而电力电缆的检测、维修技术仍比较滞后，如何监测电缆的运行状态、评估绝缘老化及剩余使用寿命是目前电缆运行维护领域的难题。

为此，杭州市电力局结合所辖电缆的敷设运行环境（包括沟道、排管与隧道），引进了多项电力电缆的状态监测技术设备，包括高频局部放电（简称局放）在线测试设备、OWTS（振荡波）局放测试系统、接地电流与电缆温度在线监测系统、智能巡检机器人等。通过对高压电缆的在线监测，能及时发现电缆存在的缺陷，从而有效地预防电力电缆事故的发生，确保电力电缆的安全稳定运行。

1 高频局部放电带电测试设备

高频局部放电测试作为电缆内部缺陷检测的重要方法已被国内外同行所认可。当电缆存在绝缘内部杂质、导体表面毛刺或半导电层突起等缺陷时，在工频高压作用下将会产生间歇性的高频局部击穿信号，该放电信号脉冲电流沿着电缆的轴向方向传播，应用电磁耦合法检测通过接头或者终端接地引线的局部放电信号，就可以判断电缆终端或接头是否存在缺陷[2]。

杭州市电力局目前有2套高频局放带电测试设备，分别为意大利Techimp公司和青岛华电公司产品。2套设备的主要组成相同，包括信号采集单元（主机）、高频TA（电流互感器）、同步线圈和专家诊断系统（软件）4个部分。主要特点是：采样频率高（100 MHz）、频带宽（16 kHz～30 MHz）；具有信号特征提取与分离功能；软件有专家识别系统。

2012年杭州市电力局用Techimp公司设备测试220 kV与35 kV电缆16条，未发现严重的局部放电问题。以下沙高教区内的2回220 kV电缆为例，电缆型号YJLW03-1X2500，制造厂家沈阳古河，全长为5 700 m，每回线路有13个中间接头，接地方式以交叉互联单元为主，部分为接地-保护单元，2008年投运。通过对全线接头接地箱进行测试，发现其中一条线路的10号直接箱中A与B两相可能存在10 mV以下的局部放电信号，而C相没有明显局放特征，其中A相信号特征见图1。因为该电缆放电信号幅值和频率较低，判断为电缆远端局部放电的信号传导过来，不会对电缆造成影响，但需要后续跟踪测试。

通过电缆高频局放带电测试发现：高压电缆接头安装工艺、运行状态良好，未发现严重缺陷；对以沟管敷设的电缆，很难使用光纤通信进行远程高频局放监测，适于应用便携式现场测试，但接地箱内的接地引线空间过小，很多交叉互联引线高频TA无法卡入测量，给测试带来不便；由于高频TA是通过电磁耦合获得放电信号，当接地电流超过20 A时存在严重的接地放电，不宜进行测量。

2 OWTS局放测试系统

OWTS是一种离线电缆局部放电检测方法，通过对充电后流经系统检测回路的电缆放电电流中脉冲信号的分析与计算，实现电缆内部局放电量值检测和位置确定，可用于带绝缘屏蔽结构电缆全线本体和附件缺陷检测。

在国内已经商用的电缆局部放电检测设备中，OWTS是一种使用广泛和有效的中低压电缆离线局放测试系统。该系统工作时直流电源对电容充电，通过设备电感与被测电缆电容发生谐振，在被测电缆端产生阻尼振荡电压，其谐振频率范围50～400 Hz左右，测试效果接近工频[3]。

对田径721线电缆（黄体变至田径站）用OWTS（M60）系统进行了状态检测，该线长度1 022 m，中间接头1个，加压试验测试结果及数据分析见表1、图2与图3。

根据测试结果可知在距黄体变477 m处C相中间接头疑似存在局放现象。通过对该电缆C相疑似局放接头的解剖，发现C相接头主绝缘上存在两道划痕，如图4所示。

在OWTS测试前，应尽可能详细地了解电缆长度、运行与检修情况以及附件确切位置。局放信号波形分析遵循如下判断原则：相似性原则；衰减性原则；局放反射波波形比入射波宽的原则。由于110 kV及以上电压等级的电缆制作工艺严格、安排计划停役困难，而且高等级的OWTS设备费用昂贵等原因，振荡波局放测试系统一般用于中低压电缆的状态检测。

3 接地电流与电缆温度在线监测系统

高压单芯金属护套电缆中工频电流的交变磁场在金属护套上将产生感应电势。若护套两端直接接地或交叉互联接地，三相金属护套和大地形成环流，产生附加损耗，会降低电缆的寿命和输送能力。

通过电缆温度的长期监测，结合负荷和环境温度监测可以间接掌握电缆的运行状况，及时了解电缆护层的老化情况，并在接头温度急剧升高达到极限温度时，发出报警信号提醒有关人员紧急处理，避免或减少故障的发生。

接地环流在线监测系统的现场采集设备主要由主线感应取电电源装置、接地环流采集装置（无线型）组成，如图5所示。主线感应取电装置利用TA电流环获取感应电流，经整流稳压输出12～15 V直流电，为接地环流采集装置提供工作电源。接地环流采集装置具备GPRS（通用分组无线服务技术）无线传输模式、短信传输模式，负责控制数据的采集与转发。

现场采集的状态数据以GPRS方式，通过移动商APN（接入点）通道进入浙江省电力公司外网前置子系统，监测装置至前置子系统的通信规约采用浙江省电力公司的输电线路在线监测传输规约，经安全平台进行数据加/解密、身份认证等安全验证处理后，进入部署于电力安全网络的内网前置子系统，数据传输至主站系统进行数据统一存储、处理和展示，如图6所示。主站系统可以监测现场采集设备状态、阈值报警、接受监测数据和日志信息以及配置现场采集设备。

该在线监测系统能对接入的接地电流监测装置进行统一管理，监测电缆监测点的状态数据，并能根据设定的阀值进行告警，实现对接地环流精确测量及定时巡检测量。

电缆温度在线监测有2种方式：一是与接地电流监测系统类似，只是现场采集装置换成了带状传感器（防水等级IP68），适合沟管型电缆敷设方式，如图7所示；二为光纤测温系统，适合隧道式电缆敷设。

目前杭州市电力局已在环流/载流量比值较大的18条电力电缆线路中，安装了75套接地电流在线监测装置，8条安装了16套温度在线监测装置，1条安装了2套光纤测温系统。这些在线监测系统目前运行良好，初步实现了对接地环流、电缆接头温度的精确测量及定时巡检测量，取代传统人工方式的定期接地环流巡测，大大减轻现场测量的劳动强度，提高系统维护效率。

除了以上所述的电缆状态监测技术外，杭州市电力局还与浙江大学联合研制了电缆巡检机器人，通过远程控制机器人实现对电缆隧道走廊的定期巡视，以监测隧道内环境及地面沉降等。

4 结语

电力电缆是城市电力的主要传输通道，传统的耐压试验、定期巡视和环流测试方法已经很难检测出电缆的深层缺陷，并且随着线路的不断增加，现有人力也无法满足工作量的需求。因此，发展电力电缆的状态监测技术，尤其是在线监测技术成为评估电缆运行状态、减少设备故障的重要手段。下一阶段将通过对各种监测手段获取数据的积累，建立电缆运行状态数据库，以期通过长期的监测分析电缆的运行趋势，评估电缆的老化程度及剩余寿命等。

[1]江日洪.交联聚乙烯电力电缆线路[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]段乃欣，罗俊华，邱昌，等.用于XLPE电力电缆局放检测的宽频带电磁耦合法的研究[J].电线电缆，2002（2）: 24-26.

[3]张皓，唐嘉婷，张立志，等.振荡波测试系统在电缆局放测试定位中的典型案例分析[J].电力设备，2008，9（12）: 31-34.

作者简历：刘蒙（1984-），男，河北衡水人，硕士，工程师，长期从事电力电缆高压试验工作。

（本文编辑：陆莹）

Application of Condition Monitoring Technology for High-Voltage Cables in Hangzhou

LIU Meng，LYU Jun，ZHAO Ming，HONG Xiao dong
（Hangzhou Electric Power Bureau，Hangzhou 310012，China）

High-voltage cables have been increasingly widely used in urban transmission and distribution networks.However，the present technologies for condition monitoring and defect diagnosis are not mature.In order to ensure the safe operation of cables，Hangzhou Power Bureau has successively introduced high-frequency partial discharge on-line testing equipment，oscillation wave partial discharge test system（OWTS），grounding current and cable temperature on-line monitoring system,intelligent inspection robot and other new technologies.This paper briefly introduces the application of cable monitoring technology，characteristics of various monitoring technologies and the relevant practical experience.

high-voltage cable；condition monitoring；partial discharge；OWTS；grounding current；temperature

TM724:TP277

：B

：1007-1881（2013）11-0006-04

2013-08-13