（惠州电力勘察设计院有限公司 广东惠州 516023）
摘要：随着电力系统的发展，电缆的数量也越来越多。由于电力电缆工作运行时间较长，且其工作的环境较恶劣，同时由于其他破坏性因素，容易对电力电缆造成严重的破坏，严重时会导致用户停电，给社会生产、生活带来巨大的损失。因此为了保证电力电缆的正常运行，维持电网的安全和稳定，研究准确可靠的电力电缆故障监测和预警系统意义十分重大。
关键词：电力电缆；故障监测；预警系统；设计
电力电缆在城市输配电系统中起着连接枢纽的作用，随着电力系统的发展，电缆的数量也越来越多。由于电力电缆工作运行时间较长，且其工作的环境较恶劣，同时由于其他破坏性因素，容易对电力电缆造成严重的破坏，严重时会导致用户停电，给社会生产、生活带来巨大的损失。因此为了保证电力电缆的正常运行，维持电网的安全和稳定，研究准确可靠的电力电缆故障监测和预警系统意义十分重大。
一、电力电缆故障类型
电力电缆能够长时间可靠运行于电力系统且其隐蔽耐用的特点利于美化城市，因此电缆供电在电力系统中得到了广泛的引用。但随着电缆运行年限的延长以及用户用电负荷的逐年增加，各种原因引起的电缆故障也越来越频繁。第一，低阻接地或短路故障。电缆线路中其中一相导体对地或其中几相导体对地或不同相导体之间的绝缘电阻值小于正常值较多，即电阻值低于10Zc（Zc为电力电缆波阻抗），但是导体连续性良好。常见类型有单相接地故障、两相接地故障、两相短路接地故障、三相短路接地故障等。第二，高阻接地或短路故障。与低电阻接地或短路故障相似，但区别在于接地或短路的电阻大于10Zc而相导体连接良好。常见类型有单相接地故障、两相接地故障、两相短路接地故障、三相短路接地故障等。第三，开路故障。电力电缆不同相导体的绝缘电阻虽然符合规定，但是通过电缆的连续性试验证明其中一相或者其中数相导体不连续，或尽管还未断开但是工作电压不能传输到终端，或终端有电压存在但其负载能力较差。常见类型有单相断线故障、两相断线故障、三相断线故障。第四，闪络故障。低电压运行时绝缘状态良好，但电压升高到一定值或在某一较高电压状态持续运行一段时间后，电缆出现瞬时击穿现象称为闪络故障。常见类型有单相闪络，两相闪络、三相闪络。
二、电力电缆故障监测问题分析
不同于过去的架空线路，电缆线路具有较强的隐蔽性，可以使用的测试设备也十分有限，所以给线路的日常维护和故障排除带来了较大的困难。而电力电缆故障一旦发生，就会出现抢修时间长的问题，从而影响电网供电的可靠性，并且会导致电力企业的经济效益受到影响。为解决这些问题，加强电缆线路的监测，以便实现电缆故障的快速、准确判断，是非常必要的。
三、电力电缆故障监测及预警系统的设计介绍
电力电缆在线监测预警系统由现场测量硬件、智能终端、以太网、上位机等部分组成。现场测量硬件包括温度传感器、电流传感器、水位传感器、可燃气体传感器以及光电开关。
3.1电力电缆温度预测原理
根据工程实践发现，电力电缆接头出现故障是一个长期积累的过程，由于电缆接头处温度的持续升高，以及电缆接头处电流逐渐增加，会导致电缆的绝缘性能大幅下降，长时间运行后，电缆接头便会出现故障。温度检测是电缆在线监测的一项重要手段，电缆的老化或者负荷的增加都会一定程度上通过芯线导体的温度反映出来，电力电缆导体以及附件损耗的增大或者接头处的局部电流的增大，都会导致电缆导体温度上升。因此可以通过采集电缆接头处的温度来判断电缆是否出现故障。温度信号可靠性很高，而且容易测量。电缆接头处温度的大小与电缆接头处电流有一定的关系，根据经验统计，电流与电缆接头温度呈正相关，本文提出利用灰色GM(1，1)模型建立电缆接头温度预测模型。灰色GM(1，1)模型在研究灰色系统中有着重要的应用，在灰色系统理论建模过程中利用某种变换得到新的序列叫做“生成”，灰色模型一般利用累加生成来减少原始序列的波动性和随机性。本文利用灰色GM(1，1)模型建立电缆接头温度的高精度预测模型，通过预测电缆接头温度的趋势，达到提前判断电缆是否会出现故障的目的。
3.2电力电缆运行状态监控
电力电缆发生故障分为内因和外因，内因主要是由于用户负荷增大、电缆绝缘层老化等，电流变大，导致电缆接头温度升高，电缆接头长时间处于高温状态会严重影响电缆绝缘特性，因此需实时监控电缆接头温度。对于电力电缆故障预测系统，软件设计方面增加了基于灰色GM(1，1)模型的电缆接头温度预测模块，将智能终端实时采集的电缆接头温度值导入该模块，经过计算便能实时显示电缆接头温度的预测曲线，当预测值超过阈值，同时预测值保持该趋势时，电力电缆出现故障的概率很大，会触发预警系统，通知运维部门对异常点进行现场勘查，以减小故障发生的可能性，系统软件温度监控界面如图1所示。
3.3电力电缆辅助状态监控
电力电缆故障外因由环境因素引起，包括：井道中液体水位浸没电缆、可燃气体引起的爆炸、人为破坏等。设计的电力电缆辅助功能监控系统，其系统前端通过电流传感器采集接地线上电流的大小、水位传感器采集电缆井浸水位的数值、可燃气体传感器采集环境可燃气体浓度以及红外光电传感器采集非法闯人行为等，通过现场智能终端设备将各类传感器采集的信号转换成数字量信号，通过光纤线路将数据传输到远程的上位机，通过上位机程序对采集的数据进行实时显示、分析电力电缆的运行状况以及发出故障报警。
结语
本文重点分析了电力电缆故障的类型，概述了目前常用的电缆监测的方法，通过分析比较以及结合项目现场的实际情况，最终选定以电缆接头处温度作为主要的研究对象。给出了利用灰色模型在电力电缆温度预测中的应用。以上电力电缆故障监测及预警系统实现了对电力电缆运行状态的在线监测。系统通过对电缆接头温度、电缆工作环境中的各物理量的远程监控，实现电力电缆在线监测及实时报警，便于提前或及时发现运行中的异常情况，解决了以往电缆故障检测时间长而导致的不能及时发现故障的问题。
参考文献
[1]袁燕岭，周灏，董杰，史筱川，穆勇，唐泽洋，周承科.高压电力电缆护层电流在线监测及故障诊断技术[J].高电压技术，2015.
[2]崔晋军.电力电缆故障定位方法研究及在线检测装置实现[D].华北电力大学，2015.
作者简介
伍伟健（1986.03），男，广东惠州人，单位：惠州电力勘察设计院有限公司，研究方向：输电线路设计
论文作者:伍伟健
论文发表刊物:《电力设备》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/2
标签：电缆论文; 故障论文; 电力电缆论文; 温度论文; 在线论文; 导体论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第9期论文;