高压电缆接地环流监测技术的应用

欧阳建军

摘  要：该文主要介绍高压电缆金属护套接地环流在线监测技术原理、告警策略及系统在实际运行的高压电缆线路上的应用情况，并通过其中一个已投运的接地环流在线监测系统成功检测到接地电流突变的故障信号来说明接地环流监测技术在高压电缆上应用的实时性和有效性。

关键词：高压电缆;环流;告警;监测

中图分类号：TM274   文献标志码：A

0 前言

近年来，随着城市化的发展，电力电缆在电力系统中，尤其是110 kV以上等级的高压电缆受到广泛的应用。随着高压电力电缆广泛的使用，其弊端也渐渐显现。电力电缆由于自身结构特殊，所处环境复杂加上运输不规范的错误、现场制作工艺不严谨等因素，导致电缆绝缘性降低，进而引发电缆绝缘性故障。传统的监测方式不能及时发现电缆绝缘性问题，所以电缆故障频发。因此，在高压电缆线路安装金属护套环流在线监测系统是很有必要性的，该文主要阐述高压电缆线路接地环流产生的机理、主要故障形态、检测接地环流的技术原理、监测系统的构成、监测告警策略及现场应用时电缆设备故障时接地电流变化情况的发现、分析及现场验证过程[1-2]。

1 接地环流机理

接地环流机理有如下5点。1）对于有护层绝缘缺陷的电缆线路，金属护套循环电流中会产生感性电流分量，导致流入电缆终端直接接地点的电流将变大，具有电流值与护层的接地点数量、接地电阻值及线芯电流等参数有关。2）在电缆较短线路中，通常采取一端直接接地，另一端通过保护器保护接地，该方式理论上由于电缆金属护套只有单点接地，没有形成闭合回路，不会形成环流。3）高压电缆在运行过程中金属护套外部绝缘如果受到破坏，出现超过两点接地故障时将发生环流的变化。4）不论是单端接地还是交叉互联接地系统，其因电缆金属护套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。5）当电缆较长时，采取的是交叉互联接地或两种接地方式组合，如果交叉互联单元内的三段电缆长度一致，则理论上金属护套基本没有环流。

因此在运行的高压电缆中安装接地环流在线监测系统监测电缆金属护套的环流指标，通过各种环流突变信号反应出主电缆线芯运行电流是否超负荷、主绝缘及护套绝缘是否存在缺陷，对于避免电缆长期过载或绝缘缺陷运行等方面都具有重要意义。

2 接地环流监测技术及系统构成

高压电缆接地环流检测主要是针对电缆线路各个接头部位进行，如中间接头的交叉互联箱、直接接地箱、终端接头的接地箱等，运行电缆的接地环流变化情况均可以通过在接头位置的接地线或者铠装引出线处进行检测到相应的电流值。

另外，为了能够对接地电流的变化及时、准确的检测并分析展示以及电缆故障（本身运行故障或者外力破坏等）位置的实时确定，在研究接地环流监测技术的基础上，增加了电缆接头点温度的监测及接头故障振动参量的监测，从而实现高压电缆接地环流在线监测技术的多参量综合应用，为电缆运行的安全及稳定性提供更有效的数据基础。

技术基本原理：通过环流传感器采集高压电缆接地环流信号，PT100传感器检测电缆接头的温度值，加速度传感器检测电缆接头的振动参量信号，并经过信号处理模块进行采样与滤波处理后利用通信光缆或者4G无线路由器进行数据通讯，将环流信号发送至后端分析展示平台进行分析处理。根据系统所检测到的金属护套环流信号来判断高压电缆的绝缘状况和线路运行状况，实现环流实时采样、数据实时更新、保存及超限报警功能，有效的预防高压电缆缺陷故障的发生，保障电力系统的安全可靠运行。

接地环流在线监测系统采取模块化设计，由金属护套环流信号传感器、环流信号处理模块;环流信号无线传输模块和后端监测数据显示平台构成。其中，金属护套环流信号采集模块主要是环流传感器;环流信号处理模块由信号采样装置及滤波装置组成;环流信号无线传输模块主要由光纤交换机或者4/5G无线路由器组成;后端处理分析展示平台即监测系统中心服务器。

3 接地环流告警策略

当高压电缆金属护层接地电流异常时，系统会自动报警，信号被实时传送到集中监控中心，将接地电流在线监测设备测量数据与电缆负荷电流数据进行对比和综合分析，从而达到实时掌握电缆金属护层接地系统的运行状况的目的。

由于实际运行中的高压电缆环境复杂多样，导致接地环流变化甚至突变的情况原因比较复杂，因此接地环流系统在实际应用过程中会存在误告警的情况，为了降低甚至避免误告警的情况，监测系统需要根据多个参量因数设置不同的告警方式及策略，其归纳见表1。

4 应用案例

4.1 接地环流在线监测系统现场应用

高压电缆接地環流在线监测系统由前端采集传感器（接地环流传感器、温度传感器、振动传感器）、就地信号采集装置及后台监测平台构成。环流传感器主要安装在接头的铠装引出线（接地线、交叉连接片）上，而温度传感器及振动传感器直接贴附安装在电缆接头表面，就此信号处理装置根据每个监测点的环境就近安装，可以是在接头工井内，也可以是终端场靠近墙壁安装等，后台服务器一般是安装在变电站主控室或者是用户办公室等。

4.2 高压电缆接地环流突变故障案例

4.2.1 接地环流突变监测信号

在一条110 kV电缆线路上安装了一套接地环流在线监测系统，自投运以来，实现运行管理人员可在办公室访问系统后端平台，随时监控运行电缆线路运行绝缘状况。

于某一天该套接地环流在线监测系统发出该线路中间接头环流监测处C相环流突变超限告警信号，随即通过办公室电脑访问远程环流在线监测系统，查看监测系统相关监测数据变化及实时报警情况，如图1所示。

由图1可知，该线路环流监测系统所监测的#1接头监测点监测到一个突变电流值，最大变化值由正常运行值5A左右的电流突变至超过200 A，由此初频判断该环流监测环内出现某处瞬间接地现象，同时接地点又瞬间断开。经检查高压电缆线路系统内运行电流，当天线路一次运行电流正常，说明环流突变与系统运行无关，需要排查其他引起的接地环流突变的因素。

4.2.2 现场验证

查看并确认环流在线监测系统监测到环流值突变情况后，到线路现场对该线路2个终端及#1接头井进行排查：两个终端接地系统设备均没有发现任何异常现象，而在#1中间接头井处在未打开接地箱前发现#1接头保护器接地箱的箱体肿胀，箱体底部固定在墙壁的螺丝脱落，而箱体盖板部分螺丝处有烧黑痕迹。

打开肿胀箱体检查后，发现C相保护器炸裂，保护器主体脱落，箱内残留脱落的保护器外皮2片，氧化锌阀片1片;A、B相保护器除了外表附有些银灰色粉末外未见其他异常。

故障原因初步分析，通过检测该箱体3相接地电流情况及开箱后的检查情况看，A、B相保护器绝缘完好，而C相保护器炸裂基本可排除因箱体进水引起短路故障，在线路运行正常情况下，可能是保护器质量不稳定引起的故障。在该线路接头环流突变故障的状态时，接头点测温及振动传感器未检测到明显的变化参量，因为本次故障点是在保护接地箱内部的保护器故障，与电缆本体及接头本身无直接关联，因此这2个参量值未有明显的状态变化。

5 结语

高压电缆接地环流监测技术及相应的在线监测系统可及时检测发现电缆线路环流值突变并发出告警信号，实现运维人员及时掌握设备缺陷发生并予以消缺处理，是电力设备安全可靠运行的强有力保障。

根据电缆线路金属护套环流在线监测系统所监测到环流值突变处经现场验证，监测数据显示结果与现场验证位置相符合，由此也进一步验证了环流在线监测系统在现场应用的有效性。

多参量接地环流在线监测系统的接头温度监测及接头振动监测还具备进一步提升及完善的技术空间，考虑监测范围及对象，为电缆线路的实时运行状态提供更有效的数据参考。

参考文献

[1]杨忠君.高压电缆护层环流在线监测的实现与应用[J].冶金动力，2017（2）：47-50.

[2]傅玉娇.高压电缆线路接地系统在线监测浅述[J].电力科技，2016（6）：293.