（浙江图维科技股份有限公司 浙江杭州 311121）
摘要：本文介绍在城市电缆管理中，智能接地箱系统产品由智能接地系统监测单元、监测箱防盗单元、开环取点单元、地网通讯装置以及智能监测管理平台组成，并且预留了电缆运行温度、局放、电缆防外力破坏等接口。利用先进的测量、信息、通信和控制等技术，实现对电缆运行环境和运行状态参数的集中在线监测。
关键词：智能在线监测；开环取电；防盗；地网通讯
0.引言
随着城市改造步伐的不断加快，35kV及以上等级高压电缆的高密度、大长度广泛应用，电缆在城市电网中所占比重越来越大。近年来，城市建设迅速扩张，地铁、高架建设及河道整治等大型市政工程全面展开，电缆防外力破坏形势日趋严峻。与此同时，社会优质服务要求越来越高，舆论监督与政府监管等外部运营环境日趋严苛，城市电网的供电可靠性要求越来越高，同时电缆具有隐蔽性特点，电缆故障查找困难，故障抢修的时效性无法保证，传统的电缆及通道管理无法满足电缆新形势运行要求。
1.研究的进展现状
随着城市化建设的快速发展，城市电网缆化程度迅速提高，地下电缆已经成为城市电力网架的主要组成部分，而接地的效果好坏直接影响电缆的使用寿命，因此电缆接地问题变得尤为重要。由于部分电缆运行时间长久，会出现接地电阻变大、电缆绝缘效果变差，形成多点接地或者接地的现场施工工艺、质量不达标，从而造成电缆的环流变大，而靠人工巡检的方式，不能及时发现接地的问题，往往错过了抢修的最佳时机，造成电缆带病运行，甚至爆炸的事故，大幅度缩减电缆的实际运行寿命。目前国内的接地箱的偷盗现象频繁发生，造成电缆在无接地的情况下运行，而管理部门无法及时发现偷盗现象和故障运行，严重影响了电缆的安全运行。城市电缆线路也逐渐增多，电缆运行维护面临严重的考验。长期以来，传统高压电缆接地箱保证了高压电缆的安全可靠运行，但从目前电缆目前运维管理来看，传统接地箱也存在一些不足之处。
（1）巡检时无法获得接地箱内部运行状态；
（2）传统接地箱箱体结构不宜集成安装多种类型的测量及监测传感器；
（3）传统接地箱箱体箱体由金属道题材料制成，容易成为被偷盗对象；
（4）箱体耐高温、耐湿度环境差，容易锈蚀。
针对以上的问题，本文研究了一种安装有智能防盗模块的高压电缆智能接地箱系统。通过实时监测电缆的接地铠装环流、感应电压，及时发现电缆的接地问题；并且在有人偷盗高压电缆时，该系统可以拍下照片上传后台管理软件并及时报警通知相关人员处理事件。
2.新型接地箱研究
2.1在线监测接地箱
应电缆运维管理需求，市场出现一种常规型电缆智能接地箱，该箱具备环流监测和铠装电压功能，满足了电缆接地系统在线监测的基本需求。但该箱受电缆敷设工况影响至能安装于地表，在复杂工况电缆井接头处，通讯与工作电源一直是在线监测领域的痛点。常规电缆智能接地箱也深受影响。
2.2高压电缆智能接地箱
高压电缆智能接地箱定义为一种综合监测电缆运行状态的设备，基于集成化一体设计，主要由箱体、传感器、信号模块、电缆运行状态监测箱及监测软件组成。其主要监测电缆护套环流、电缆铠装电压、箱体环境量（烟雾、水位、温湿度、振动）、等关键参数信息。由于电缆敷设环境影响，高压电缆智能接地箱主要分为直立式和壁挂式，分别应用与地表及地下通道。高压电缆智能接地箱通过先进的传感技术、测量技术、通信技术对电缆运行的状态实时监测，为电缆安全运行提供可靠保障，降低电缆事故率
3.系统研究的难点
3.1 在开环结构时，如何提高电磁感应的转换率
传统的取电如果在开环结构，绝大部分的能量会存储在开环的气隙中，电磁转化为电能的效率非常低，如何提高转化率是一个关键点。
3.2 如何实现准确的MTTP算法
电缆的运行是会根据负载的情况发生较大范围的波动，如何设计MTTP的算法，使算法可以自动根据电缆电流的变化找到最佳功率点，是提高整体电路输出功率的重点。
3.3 防盗功能
监测箱防盗单元由电子门磁、电子摄像头、电子锁、声光报警器组成，具有电缆井盖非法开启报警、接地箱智能防盗，电子锁权限管理，现场防盗声光报警等功能。当电缆井盖或监测箱遭到非法开启，现场立即启动声光报警，同时影像取证实时上传至上位机。传感器如图1所示。
4.系统研究的关键技术
4.1 智能接地系统监测单元
智能接地系统监测单元在传统的PT、CT互感器基础上改造而成，由接地监测传感器及采集控制器组成，包括电缆接地环流测量传感器和隔离式铠装电压测量传感器，采集控制器实现接地环流及接地电压采集处理及通信功能。通过电缆接地环流测量传感器和隔离式铠装电压测量传感器实时监测接地铠装感应电流、电压。采集控制器放置在电缆运行监测箱中，为这二种传感器提供通信通道。该智能接地监测单元实现了接地箱铠装感应环流、电压的实时智能监测。接地监测单元如图2所示。
4.2 开环取电单元
开环取电单元技术是专为电力线缆周边监测、控制设备提供电源而开发设计。该技术采用特有的开环设计，区别于传统的互感取电方法，彻底解决采集过程中线路小电流大功率输出、磁饱和、发热等问题，确保线芯电流20A-800A范围通过本装置提供稳定直流电源，输出功率15W-50 W，取电安全性好、效率高，工作效果稳定，安装方便，免维护。适用于电缆、架空线路等户外各类监测、控制设备现场电源供应问题。如图3所示。
图3 高压电缆开环取电单元现场应用
4.3 监测箱防盗单元
监测箱防盗单元由电子门磁、电子摄像头、电子锁、声光报警器组成，具有电缆井盖非法开启报警、接地箱智能防盗，电子锁权限管理，现场防盗声光报警等功能。当电缆井盖或监测箱遭到非法开启，现场立即启动声光报警，同时影像取证实时上传至上位机。
4.4 地网通讯装置
地下环境的特殊性，决定了GPRS等商用技术无法全面覆盖；现有的光纤通道难以满足、也不允许用于数量庞大、广泛分布的各种现场传感和监测数据的通讯。基于此，开发了一种安全性高、通讯可靠、任意组网、自由增减的分布式地网通信技术。地网通讯模块利用2芯导线即可满足各通信节点供电和信号传输功能，可灵活地与各种传感器及处理单元组合成为监测单元，即插即用，实现电源供应、数据采集和通讯的完整组合。
5.结语
本文研究的高压电缆智能接地箱系统集多项专利技术于一体，实现电缆全状态测量，填补了国内外在电缆接头无法检测准确温度及局放领域的技术空白，为电缆网安全运行保驾护航。针对各地电缆爆炸等运行事故层出不穷，大量电缆低负荷运行导致资源浪费等一系列情况，本系统将为电网管理中故障预警及排障提供技术保障，提高电网管理的远程化和智能化程度，为当前电网规模日益扩大和管理手段滞后及人员不足的矛盾提供新的解决途径。本系统运行稳定、数据完整，有效提高了电缆运行监测的智能化水平，填补了电力行业的技术空白。
参考文献
[1]GB/T 50217-2007《电力工程电缆设计规程》.
[2]崔江静,孙延玺. 高压单芯电缆金属护套接地环流问题的探讨.2010年电力电缆状态检修技术交流会论文集.
[3]陈晓玲,电力电缆接地存在的问题探讨[J]. 2014(06).
[4]赵进军,侍海军,张少炎,电力电缆故障探测技术分析[J] 江苏电机工程,2007. 3: 第18-20页.
论文作者:张世元
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/19
标签：电缆论文; 智能论文; 开环论文; 环流论文; 单元论文; 高压论文; 在线论文; 《电力设备》2019年第8期论文;