摘要：在电力电缆在运行过程中，为了能够及时发现线路故障，及时对故障进行排查，传统的方法是安排专门人员定期对线路进行检修和巡视。该方法存在一定缺点，影响电缆的稳定运行和人们的正常用电需求。在线监测系统的设计，可以对线路运行状态实时在线监测，及时发现线路出现的故障，以便及时排除线路故障，确保电力电缆安全稳定运行。
关键词：电力电缆；运行状态；在线监测；设计
1 电缆在线监测系统的构成及作用
1.1系统概述
压电缆在线监测系统主要由在线监测软件平台、分布式光纤测温系统、护套环流监测系统、电缆故障定位系统、终端塔视频监控系统等构成。
1.2分布式光纤测温系统
电力电缆安全运行是确保供电系统可靠运行的一个关键因素。无论电缆长期过载运行，还是电缆结构缺陷、绝缘层老化、外护层破损等造成的电缆事故，其表征之一都是温度过高。对电缆表面温度进行实时监测可及时发现电缆潜在缺陷与风险，提高电缆运维质量，确保供电系统可靠运行。分布式光纤测温系统（DTS）是一种实时、在线、连续的高压电缆温度监测系统，它由光纤测温主机、测温光纤、监控管理软件及相关附件组成。其中分布式光纤测温主机是光纤测温系统的主体，它担负着整个系统的信号采集、信号处理、数据分析、超温报警、网络传输等功能；光纤测温主机采用拉曼散射、OTDR技术实现温度监测和定位。分布式光纤测温系统能准确探测电缆沿线所有测量点的温度，具有实时在线、测温精度高、本质安全和不受电磁干扰等优点。
1.3护套环流监测系统
金属护层是电缆的重要组成部分，当缆芯通过电流时，会在金属护层上产生环流，外护套的绝缘状态差、接地不良、金属护层接地方式不正确等等都会引起护套环流异常现象，严重威胁电缆运行安全。当电缆金属护层环流出现异常时会产生多方面的危害，如造成电缆绝缘局部高温损耗发热，加速绝缘老化，缩短电缆使用寿命，严重时可能导致电缆发生直接击穿接地故障；使电缆外护套破损，出现多点接地现象；直接影响载流量，产生较大的电能损耗，浪费资源等。护套环流监测系统可实时监测电缆金属护层接地电流，当接地电流有异常变化时及时发出警报，保障电力电缆安全运行。电缆护套环流监测单元主要由电流互感器、采集装置、工控机及后台护套环流监测软件等构成。
1.4电缆故障定位系统
电缆故障定位系统是在运行电压下对电缆的绝缘状态进行检测，能真实反映电缆的绝缘水平。它能在自动连续检测状态下，依据大量的数据及判据的数模分析，判定绝缘状态变化趋势，从变化趋势中寻找危险征兆，从检测结果来综合判断电缆运行状况，并利用通讯技术实时提报检修及其他相关人员，从而实现事故之前的计划检修，避免事故扩大和不必要的经济损失。电缆故障定位系统集电力电缆的在线监测和故障预警测距指示于一体，预警精确度高、产品性能可靠。运行人员根据预警提示和故障点指示提前做好计划检修，可以避免因电缆突发故障造成的进一步损失，提高供电可靠性。
1.5终端塔视频监控系统
终端塔视频监控系统能够对电缆终端塔（场）的重要设备和基础设施等重要位置处实施全方位的图像监控，使监控中心值班人员清楚了电缆终端塔（场）的实际情况，并及时获得意外情况的图像信息，以保障设施安全和实时远程监控终端场。现场安装户外视频摄像机，视频信号通过光端机传输至电缆终端场的光纤交换机，终端场的光纤交换机通过管道通信光纤2芯通道组成光纤环网将信号送至变电站内的硬盘录像机NVR。监控中心内可随时调取网络摄像机的实时视频信号和历史回放图像，并投放到显示大屏上。
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2 在线监测系统的设计与研发
2.1在线监测系统的硬件设计
在线监测系统的硬件部分主要包括监测系统、硬件电路、传感器调理电路、系统电源、无线数据通讯。监测系统的组成上文已经做了详细分析，接下来分析其它部分的设计。硬件电路主要包括六大模块，分别为:数据监测模块、电流泄漏传感器、温湿度传感器、数据通讯模块、电源变换模块、管理模块。传感器调理电路的设计要求功耗低、抗干扰能力强、运行稳定。该部分的主要作用是通过变换外部泄漏电流的微弱信号，将信号转变成A/D能够正常处理的信号。系统电源部分的设计要确保在线监测系统能够全年每天都保持24h持续供电，使得监测系统正常运行所需电源得到保证。监测分机则可以采用太阳能供电，采用硅电池进行储电。
无线数据通讯主要是实现主机和分机之间的通讯，方便数据传输，功能的实现主要借助于GSM网络，数据传输稳定，打破了传输距离的限制。
2.2在线监测系统的软件设计
电力电缆输电线路在线监测系统的软件设计基于B/S模式体系结构进行。该体系结构有效结合了WEB和数据库，最终形成基于WEB的计算模式，该计算模式很容易在Internet网络中应用。软件系统的设计可以分为五步进行:系统分析、基本结构设计、组件设计、应用程序设计、系统调试。软件系统的运行程序是基于C++语言编制的，在WindowsS2000Server平台上运行。程序功能非常强大，可以提供报告查询、专家诊断等功能。
3 应用实例
应用110kV高压电缆运行状态监测系统对某供电公司部分电力电缆线路进行状态监测，实时监测电缆运行电流、电缆温度和电缆接地线电流等参数。该系统的应用，为电缆运维工作人员带来便捷的同时，更提高了其工作效率与电缆监测可靠性。系统可添加、修改不同电缆线路，同时实现对多条电缆线路状态的实时监测。系统可对同一电缆线路实现多种参数监测，电缆电流、温度和电压等参数均可实时显示。一旦电流值出现异常将会进行报警，及时提醒工作人员进行排查。工作人员可查看、调用某一时段的历史数据，分析数据趋势，并指导下一步工作。
对电网110kv高压电缆在线运行状态进行实时监测，无疑对保障电力系统供电及电力安全生产意义重大。实际应用表明，该系统可协助供电公司加强对电缆的运营管理与监测，减少电缆运检工作量，有效预防由电缆故障引起的事故；可根据监测设备的位置直接判断故障发生点，极大地缩短了故障查询时间。
总结
综上所述，电力电缆输电线路在线监测系统的设计打破了传统人工检修和巡视方法存在的弊端，大大提高了电力电缆运行的安全、可靠和稳定性。电力电缆输电线路在线监测系统能够对输电线路运行进行实时在线监测，及时发现和排除电路故障，在提高供电质量和促进电力系统发展方面具有重大现实意义。随着科学技术的发展，在线监测系统将不断完善，推动电力系统向着更好的方向发展。
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论文作者:刘述鑫
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/23
标签：在线论文; 电缆论文; 测温论文; 监测系统论文; 护套论文; 光纤论文; 故障论文; 《电力设备》2017年第17期论文;