智能电网中电缆终端泄漏电流的监测及预警

（国网舟山供电公司）

智能电网中电缆终端泄漏电流的监测及预警

徐海宁 史令彬 胡伟东 唐 越 钱 杰

（国网舟山供电公司）

近些年技术在快速进步，与之相应的智能电网也日益拓展了总体的规模，覆盖于更广的城乡范围。相比于传统电网，智能电网表现出更高层次的综合性以及自动化，是电网更新的总体趋势。然而，智能电网衔接的电缆若泄露了终端的电流，那么很易遭受时间较长及面积较大的断电故障，电力体系因而受到损失。为了防控泄露电流的故障，有必要实时监测电网，在这种基础上设置必备的电网预警体系。对于此，有必要解析智能电网中泄露电流的根本原理，结合电缆终端的真实情况，给出相适应的预警以及监测方式。

智能电网；电缆终端；泄漏电流；监测；预警

0 引言

从在线监测的角度看，监测智能电网的指标包含了是否泄漏电流。通过对泄漏电流进行估算就能够得到绝缘子的具体污秽状态。然而不应忽视的是，泄漏电流通常强度并不很大，同时还会遭受来自磁场的较多干扰。为了及时预警，有必要实时监测电缆终端泄漏的电流。对于此，需要综合考虑搜集泄漏电流、搜集接入电网的信号、处理泄漏电流的相关信息等[1]。针对数字处理，可以选择小波消噪的特定方式来消除电缆终端遭到的干扰信号，进而对比得到精确的信噪比。实验结果证实：预警和监测电缆终端电流泄漏的具体方式可以切实防控电缆信号的泄漏，并且可以过滤电网的噪声。

1 预警监测的必要性

最近几年，技术水准在快速提升，这种趋势下的智能电网也表现出更高的可控性和可观测性。自动化控制的新式智能电网可以优化智能服务，在电网控制中选择了综合的智能化方式。然而统计表明，近些年来智能电网仍频发时间较长且面积较大的断电事故，事故根源通常为绝缘子污闪[2]。

在电网系统内，污秽绝缘子通常会发生表层的污闪现象，这种状态并非仅仅来自空气间隙。从根本上看，污闪现象源自多样的要素，例如热力学、化学以及受电造成的影响。在绝缘子的表层，热动力如果要达到平衡那么通常伴有局部性的弧络。具体判断绝缘子遭到污秽污染的程度时，可选择的指标包含了表层电导率、闪络场强因素、电缆泄漏的电流、等值附盐密度。在这些要素中，终端泄漏的具体电流大小关系到当时气候、爬电比距、污秽的程度等。电缆在运行时，电网可提供实时性的监测信息，据此能够测出运行时的绝缘子状态。

通过长期的监测可知，电流泄漏关系到周边环境。若电缆处在电流较大且电压较高的具体环境中，那么更易遭受多样的干扰。例如：周边的电磁辐射、雷电对于电网的冲击、谐波或噪声的冲击。发生污闪的现象包含了多阶段，若可以实时监控智能电网，那么就便于判定绝缘子污秽达到的真实程度。发生污闪之前，智能电网就可以给出精准的预警信息。这样做，在更大范围内可以确保可靠且稳定的供电，与此同时也有利于电网的检修[3]。

2 设计监测系统

监测电缆泄漏电流时，关键点为最大的电导率，也就是表层最高的电导率。经过测算以及观察，可以给出多层次的预警模型。具体来看，构建预警模型之后，就可以借助模型来判断电缆污秽的具体组成、污秽的总量和相关成分、污秽的形态等。同时，表层电导率也关系到实时的湿度。在不同阶段内，电缆受潮的状态也并不相同，在这基础上可以判断电导率和受潮程度二者的联系。此外，污闪电压与电导率二者也表现出特定的函数关系。经过综合判断，可以估测得到精确的爬电距离和终端电缆的具体结构。提取特征量之后，就能够给出普遍适用的预警模型，这样做更便利了实时监测绝缘子污秽，设置在线的评估[4]。

泄漏电流必须予以实时监测，这样才可以确保安全。在线监测安装了搜集电流的模块，经过监测可得受潮和污染的状态。通过网络的方式，远程中心能够判断并且接收实时性的监测信息。在安装监测时，可以选择蓄电池和电池板的综合安装方式。投运的状态下，相关部门也应掌控各阶段的电缆泄漏状态。依照测定的数据，有序安排最恰当的时间用来修复智能电网。这样做，可在更大范围内杜绝隐患，杜绝污闪带来的故障，因而也从根本上确保最优的智能运营质量。

从监测原理看，在线测量电缆泄漏的具体途径包含了非电量法和相应的电量测量法。最近几年，新式的测量方法还包含了非接触的测量和在线远程测量。针对泄漏的电流，通常选择截取引流的方式来具体测量。这种方式包含：在接地的过程中加入必要的导线用来引流，直接把泄漏电流导入地下，然后截取电流并且获得精确的数值。这种方式具备了优良的精度，但却相对较危险。此外，还可选择接触法来测量：采集电流时可以加装接触式的固定单元，等电位法可以判定电流数值。这种方式妥善弥补了直接测量电流时的漏洞，可以实时反馈泄漏的位置，进而给出修补的方式。

3 预警监测系统的内部构架

针对终端泄漏电流的电缆予以实时监测，监测系统配备了若干的子站。子站具体的性能包含：在特定的阶段内能够上传电流，并且提供实时的湿度以及温度参数。子站接受了指令后，可以迅速予以响应，在特定范围内上传信息。同时，子站还具备了休眠和唤醒的性能，可以节省电能。针对失电时的信息，子站能够予以保护。自动诊断故障，在这种基础上自动恢复。在设置了报警阈值后，可以支持报警和远程的复位，还能够设置联网时的参数[5]。子站设有各自的编号以及密码，可以查询并且校正时间。针对供电电压，也能够实时检测。

预警和监测的性能具体针对电缆电流的泄漏，系统设有电池板、太阳能蓄电池、搜集电流的单元、子站的主机等。在这些模块中，总线配备了采集信息的前端单元。经过采集之后，相应的单元能够把数值传送至主机，监测子站可以上报实时性的泄露电流。这样做就确保了在线式的远程电缆监控。主机平台能够用来获取电缆泄漏的在线信息，分析并且整理数值，在这之后实现存储信息。从系统整体看，主机平台构成了中心，能够用来实时预警。预警系统搜集的对象包含了杆塔污秽程度，搜集了关于污秽的实时状态。经过后期的评估，监测中心就能够接收规约中的监测信息。从平台角度看，监测中心也能够判断电流泄漏的监测指令，能够读取前端传感器发出的各类动作。详细来看，预警以及监测电缆终端的具体模块包含如下：

接入传感器的模块配备了足够的接口，能够衔接主机平台。通过在线的监测，为传感器设置了管理主机的多个通道。经过这种改进，主机就能够密切衔接智能式的传感器，可以测量多条电缆的污秽度。针对类似的传感监测，传感器模块也可以留出必备的通道。处理数据的模块设置了双重的CPU，这样做可以在根本上加快监测泄漏以及处理泄漏电流的速度。可以选择嵌入式的具体设计，便于拓展更广的监测性能。同时，模块化软件也便于拓展。

在通信模块中，初期设计时必须考虑日常监测中的复杂环境，这种基础上设置在线的监测。通常来看，在监测电缆终端时，系统会面对多样的复杂环境，这种环境也隐含了不可确定的要素。因此，设计模块时也不应当忽视监测过程中的复杂环境。受到通信的制约，系统可以选择特定手段用来传输，具体在选择过程中还需要兼顾真实的通信需要。从现状看，可以设置光纤传输以及无线传输这两类的方式，例如TCP/IP、CDMA-1X以及GPRS。在线监测电流泄露的电源模块通常安装于较高的杆塔或者电力线路，因此受到供电限制，某些情况下不可以提供交流的220V供电。因此，可以转而选择蓄电池加上太阳能的综合方式来提供电能。

4 具体的预警监测流程

4.1 搜集终端电流

一般情况下，电缆都会泄漏较小的电流。对于较微弱的电流，通常需要测出很微弱的电缆泄漏。针对在线系统，怎么搜集必要的终端电流是技术中的重点。与此同时，搜集得到的泄漏电流也可以反映出绝缘子的状态。从幅值来看，泄漏电流表现出较大波动幅度，电流最大时通常能够达到上百毫安。相比来看，智能电缆长期工作于恶劣环境中，因而在搜集泄漏电流的同时也不应忽视潜在的环境要素。采集信号之后，系统先要连接转换单元，转换单元可以接收泄漏信号。经过保护电路，就能够转变为精确的电压数值。

电缆终端如果泄漏电流，那么这种电流就会表现出特定的幅频性质。从高低频的浮动来看，电流传感器并没能表现出剧烈的衰减，相位也很稳定。由此可以表明，电流传感器得到的电流信息是十分精准的；在特定频率内，也能够确保信号是灵敏的。在接入泄漏电流的电缆线时，引流装置加装的位置为铁塔侧的绝缘子串。这样做，采集信息的单元就能够搜集泄漏电流[6]。

4.2 分析并处理信息

在高压的电缆线上，绝缘子长期运行，这种运行环境通常表现出高磁场和强电流的特性。同时，电缆终端会泄漏很微弱的电流。电缆在运行中也很容易遭受热噪声。这种状态下，若单独凭借滤波的硬件来处理，那么很难彻底滤除电流泄漏的噪声。因而在具体处理信息或者分析数据时，可以优先选择小波降噪来处理。相比于其他处理方式，小波降噪可以针对局部的频域或者时域。在这时，即便电流发生了突变，仍然能够依照常规的方式来处理泄漏电流[7]。

小波降噪在具体分析时，是依照频率和时间的双重尺度来分析数据的。从总体上看，小波降噪拥有更高的分辨率。从频域和时域来看，这种分析方式都便利了局部数据的处理。也就是说，小波降噪可以设置固定的窗口面积，在这种基础上适当改动窗口形状。针对较高或者较低的频域，还能够展示瞬时的噪声。这样做，就分离了正常的电缆信号以及噪声信息，借以滤除噪声。

4.3 测验泄漏电流

输入传感器之后，泄漏电流可以变成电压数据，然后用来输出。然而在真实的运用中，传感器很难避免畸变的信号，同时也会放大非线性的信号，这些要素增加了后期处理时的偏差[8]。

因此，需要通过测验来处理泄漏电流。具体而言，对于正弦电流，先要输出频率不等的电流，并且适当调整幅值。经过试验可以得知，在各个频率中，电压的输出并没有表现出相位漂移过大的现象。测验过程中，在输出不同数值时，搜集得出的结果通常会停留于特定范围内，这种结果表明了电流传感器具备优良的线性度。由此也能够表明，从瞬态响应的角度来看，传感器也具备了最佳的响应性。

5 结束语

近些年，智能电网表现出更高层次的智能性，快速发展中的智能电网凸显了可控性和自动化的新优势。在新式的智能电网中，电缆终端很容易泄漏电流，因此带来了供电中断的威胁。情况严重时，还会伤害到人身安全。绝缘子电流泄漏的现象会带来规模较大的断电及停电，相关部门对此应能及时予以预警，选择最适当的防控措施[9]。未来的实践中，电力部门及相关人员仍应不断归纳经验，实现电缆终端监测水准的提升，强化对于智能电网的实时预警。

[1] 沈鸿冰，王斌，莫娟，等. 智能电网中污秽绝缘子泄漏电流的监测分析与研究[J]. 智能电网，2014（4）:28-33.

[2] 贾东梨，孟晓丽，宋晓辉. 智能配电网自愈控制技术体系框架研究[J]. 电网与清洁能源，2011（2）:14-18.

[3] 王正风，高涛. 智能电网调度运行面临的关键技术研究[J]. 安徽电气工程职业技术学院学报，2011（S1）:64-69.

[4] 吴兴华，王文刚，綦鲁波. 电网智能监测和预警系统的应用分析[J]. 电工技术，2012（11）:26-27，46.

[5] 张东霞，苗新，刘丽平，等. 智能电网大数据技术发展研究[J]. 中国电机工程学报，2015（01）:2-12.

[6] 刘嵘，沈庆河，刘辉，等. 智能化变电设备在线监测系统研究[J]. 电子技术与软件工程，2015（1）:221-222.

[7] 张勇，张哲，严亚勤. 智能电网调度控制系统电网实时监控与智能告警技术及其应用[J]. 智能电网，2015（9）:850-855.

[8] 徐智慧. 智能电网调度运行面临关键技术[J]. 智能城市，2016（2）:38-39.

[9] 郭宁辉，秦立军. 智能配电网在线监测与预警技术新发展[J]. 科技风，2012（9）:49.

2016-10-10）