供电系统实时检测电缆绝缘性能技术的分析和应用

湖南长峰电力集团股份有限公司 黄荣波

1 引言

随着我国经济社会的深入发展，相应的供电系统也在不断完善，而电缆作为整个电力系统中的重要基础设施、设备，电缆的质量和水平也在一定程度上影响着整个输配电网络的效率和质量，在电缆接收验货时，往往需要通过试验获取相应的验收数据，确保电缆质量过关，当电缆应用于供电系统时，需要供电系统实时检测其相应的质量和参数，以便于更好地进行电缆检修工作[1]。

2 供电系统电缆绝缘性在线监测技术内涵

电缆作为供电系统中的重要组成构件，电缆能够为整个供电系统提供稳定可靠的电力供给，但从实际出发，在部分环境条件下，电缆往往铺设于较为复杂的环境当中，受到外界因素的影响较大，导致其绝缘性能会出现一定的下降，甚至出现供电故障等问题[2]。因此，需要对于供电系统电缆的绝缘性进行在线监测，确保能够对供电系统的供电能力进行及时的监控，防止供电系统出现故障，阻碍居民的日常生活及生产活动。

3 供电系统实时检测电缆绝缘性能的重要性

目前来看，我国供电系统多应用于现代化城市建筑、科研、工业生产等环节，供电系统能否安全运行，直接影响着人们的日常生活和生产活动，对于供电系统进行电缆绝缘性能的实时监测，是保障人们日常生活和生产活动开展的先决条件，需要根据相应的日常生活供电需求和工业生产电力需求，在供电系统的安装、运营、检修、维护等方面投入大量的成本，并且对相应技术人员的检测技术进行相应的规范。在对我国供电系统中的相应故障检测和分析后，供电系统的安全故障往往是由于电缆绝缘性能故障所导致的[3]。因此，对供电系统电缆绝缘性能进行实时监测，能够有效提升整个供电系统的技术水平，且由于实时检测的特点，相应的工作人员能够对电缆的绝缘性能进行快速的检查，在整个供电系统的故障排查时，也能够提升其工作效率，增强了工作人员的判断精度和准度，减小了供电系统故障带来的影响，为相应居民的人身财产、生产安全带来了保障。因此，应当通过在线监测技术对电缆绝缘性能进行实时监测，保障供电系统在人们的日常生活和生产活动中发挥重要作用。

4 供电系统电缆绝缘性能实时检测实例

4.1 项目概况

在结合供电系统电缆绝缘性能实施监测科学化流程后，以相应的实例作为判断标准，本项目以某矿区供电系统中电缆的使用情况基础，基于调制技术的机频信号提取方法，对矿区中的供电系统电缆绝缘性能参数进行分布式测量，计算其监测数据，并通过相应的数据评估，分析电缆绝缘性能的绝缘状况，通过软件系统建立相应的绝缘参数分布预警机制，结合相应的预警值设置提醒供电系统电缆绝缘性能实施监测人员及时进行检修和维护。

4.2 在线监测技术方法

在对供电系统电缆绝缘性能进行实时监测时，其电缆绝缘性能的变化程度是影响整个供电系统电力故障判断结果的关键，大多数情况下，供电系统电缆绝缘性能现象的产生，都不是在一个短的时间内产生的，往往是由于长期环境或作业条件影响，使其出现不同程度的老化，进而形成供电系统故障[4]。

4.3 设备硬件构成

对于供电系统实时电缆绝缘性的检测及整个监测系统的硬件，需要的设备包括：第一，工控机是电缆绝缘性能检测的重要设备，对于工控机的选择，通常选择抗冲击力强，防尘、防潮、防磁性能好的设备，并配备相应的底板装置，包含ISA 和PCI插槽及配套电源，应具备相应的抗干扰性强、散热性能好、能耗低、高稳定性等特点。第二，需要配备电缆信号的调理部件装置，通常来看，在相应的电缆数据实时采集芯片中，其供电系统的正常工作状态，输出电压为0～5V，在CT 中显示的信号为0.100mA 区间，只需要将现场检测数据转化成相应的有效电压数据，对电缆性能的电压和电流转换能有着实时的监测。第三，穿心式变压器。第四，数据采集CPU。对于数据的采集CPU 是起到了将连续信号转化成数字信息的作用，使得在电缆监测数据收集后，能够将其及时转化为数字信息，供使用者进行检查和处理。

4.4 检测信号处理方法

在整个供电系统电缆绝缘性能实时监测的环节上，对检测信号的处理方法是系统的核心技术。在信号的收集环节上，供电系统对于监测信号处理整个流程，需通过相应的信息收集装置将收集来的信息转化为电子信息，并通过信息处理和调整，实现电压和数据之间的转换，再结合A/D 转换器将模拟信号最终转化为数字信号，在此过程的转换方面，会有一定的噪声出现。由于相应的信号收集装置在信号收集过程中，容易受到其他环境因素的影响，结合相应实例。在实例中采用罗氏线圈绕制在非磁性环形骨架上，其基本的测量原理是基于安培环路定律，罗氏线圈结构和等效线路如图1所示。

图1 罗氏线圈结构和等效线路

如图1图所示，罗氏线圈结构能够有效地测量供电系统中电缆的绝缘性能参数，当供电系统中电缆发生异常时，其放电电流信号经过线路的传播到安装有HFCT 测量传感器的位置后，该电流信号会在架空绝缘线周围产生相应的磁场，而HFCT 线圈组会感应到磁场并产生一个感应电压，该电压正比于该处流过的电流信号的微分值，再通过相应的数据处理，可以测算得到相应的放电电流信号[5]。

HFCT 的积分电路模式可以通过外积分电路进行数据处理，也可以通过内积分电路进行后续环节参数的计算，经过分析，结合相应的矿场供电系统实际，采用较为简单直接高效的自积分测量模式，其相应的测量原理如图1-b 所示，IPD 是电缆的故障脉冲电流信号，通过对该电流信号的数据收集，能够为后续相应数值的计算提供参数支持，M 是HFCT 和电缆接地线的互感数据。U 是HFCT 绕组的终端感应电压参数，C 是相应的杂散电容参数，其中是接在终端的无感电阻参数，而则是相应的输出电压数据，根据数据可以得出相应的电路参数：

同时，为了满足HFCT 对于相关收集数据的计算和处理，为了满足自积分的计算条件，必须满足的条件为：

同时在考虑到相应杂散电容对线圈性能的影响后，可以得到线圈传递参数的公式：

在此基础上，可以得到传感器的参数振幅特性公式：

在满足相应的积分条件下，HTFC 传递函数在一定范围内可以通过R/N 进行估算，结合以上罗氏线圈测量数据参数分析模式可以得到相应的检测参数，尤其是HTFC 对于供电系统中电缆的异常放电电流信号监测较为灵敏，其中线圈的测量灵敏度和截止频率增大后另一个会出现相应的减小因子，在实际测量时需要根据测量对象的频率和范围进行协调权衡，使其能够得到最优参数，达到较为灵敏的检测状态。

在信号数据收集之后，虽对相应的参数进行了初步处理，但达不到对于整个供电系统电缆绝缘性能监测数据的深入分析要求，因此，需要进一步进行信号参数的处理和计算，对于部分情况下出现的离散小波变化，需要结合离散化算法来进行赋值的计算，还要提供更加全面的信息，用于信号的分析和重组使用，能够便于检测者对检测信号参数进行精准识别，降低判断错误率。总体来看，通过相应的信号检测装置，对供电系统中电缆的绝缘性能电子信号进行收集和处理。随后，通过相应的算法和电脑软件，进行信号数据的处理和分析，有助于结合电缆绝缘性能评定程序来电监测信号参数的全面性和准确性，从而有助于后续更好地对电缆绝缘性能进行评定，方便电缆维修人员对整个供电系统电缆绝缘性能进行全面控制。

4.5 电缆绝缘性能评定程序

电缆绝缘性能的评定程序也是供电系统电缆绝缘性能实时监测的重要环节，对于绝缘条件的评定，需要结合相应的参数转化比例进行分析，在整个供电系统数据的检测环节上，可以结合绝缘条件评定标准，来确定电缆绝缘性能的状态，绝缘状况评估对照表详见表1。

表1 绝缘状况评估对照表

结合上表1绝缘状况评估对照表，通过观察相应的电缆检测参数数据，可进行相应的判定，但在不同的供电系统中所铺设电缆的方式不同，得到的相应数据转化比例也不同，因此，电缆绝缘性能的评价程序数据参数需要根据实际的供电系统监测数据分析，可通过提取相应的特性偏差，对比数据库中不同类型绝缘性能的故障数据参数，分析电缆监测数据在处于故障时可能产生的故障原因和类别，依据监测系统的需求对信号进行采集、转化和评定。

5 结语

随着我国经济社会的深入发展，供电系统的电缆实时监测领域相关技术在不断完善，技术的完善能够有效预防电缆绝缘性能所导致的供电系统故障，从而有利于供电系统在人们的日常生活和生产活动中能够提供更加安全稳定的电力输出，有利于满足我国居民高质量健康生活的需求。