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摘要：随着我国电力系统的不断发展，高压电缆应用的范围也越来越广，因为其出色的输电性能，被应用到通信、建筑、制造等诸多领域，如何实现对高压电缆的在线监测，保证电力系统运营的可靠性是目前亟待解决的问题。本文通过对高压电缆中主流产品XLPE电缆的生产缺陷、故障类型以及在线监测技术的应用进行分析，对相关高压电路的在线监测技术进行探讨，希望对相关人员有所帮助。
关键词：高压电缆线路；在线监测；XLPE电缆；
引言
电力产业作为我国主要产业之一，是国家经济、科技发展的重要基础，随着新科技、新技术的不断涌现，各类电气设备投入到广泛的应用中，这对于电力系统的稳定、可靠有了更高的要求。保证电力系统稳定，避免安全事故发生是当前各供电公司的共同目标。对于高压电缆进行实时的在线监测，有助于实时掌握电缆线路的运行状态，对于异常指标及时发现并处理，防患于未然，对电力系统的发展具有重要意义。本文以XLPE电缆为例，阐述高压电缆线路如何实现和应用。
1.XLPE电缆的故障类型分析
1.1 XLPE电缆简介
XLPE电缆的全称是交联聚乙烯电缆，在实际应用中主要故障分为以下三种情况：
1.1.1电缆受到外力损伤
高压电缆可能因为安装架设时工艺不达标而受到损伤，也可能因为其它工程施工时机械对电缆造成损伤等。如果外力损伤在电缆的承受范围之内，不会立刻造成绝缘击穿等事故，而是成为安全隐患；一旦外力损伤较为严重，可能直接导致电网事故的发生。
1.1.2环境影响电缆性能
因为大多数高压电缆需要埋在地下，相对来说工作环境比较复杂，当环境比较潮湿时会破坏电缆的绝缘能力，甚至造成局部的绝缘击穿；当环境温度过高、土壤酸碱度不平衡造成化学腐蚀时，也会对电缆的工作性能造成一定的影响。
1.1.3电缆绝缘材料老化、变质
电缆绝缘材料的老化、变质是高压电缆最主要的问题，电缆在输电过程中是存在电场的，电缆内部间隙的气体会因为电场的存在变为游离状态逐渐形成臭氧，对绝缘层进行腐蚀使绝缘材料逐渐变质；如果电缆进行较长时间的负荷输送，也会导致局部温度过高，使绝缘层的绝缘能力下降，电缆中会因此形成电树枝，甚至导致击穿。
2.实现XLPE电缆在线监测技术的意义
有很多较为成熟XLPE电缆故障的分析方法，例如低压脉冲测试、冲击高压闪络、电桥法等，但是这些分析方法只能用来当高压电缆发生绝缘、接地、闪络、断线等事故时进行故障的定位和排除，而不能做到在电缆故障之前提前预测到问题。虽然在电缆线路投入使用之前，对电缆的质量进行了绝缘电阻测量、吸收测试、漏泄测试等检测，同时对电缆的预防能力和耐压能力进行考察，这样只是做到了电缆工艺较为规范，但是并不能让运维人员获知电缆运行时的状况以及线路老化状况。
高压电缆线路因为工艺要求需要直接埋在地下，一旦出现事故就需要紧急的抢修并且没有其它解决的办法，而故障定位是众多电缆事故维修的痛点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆实现高压电缆的运行在线监测可以使运维人员及时获知电缆运行的状态，当参数不正常时及时对安全隐患进行获知，这样可以做到出现故障时通过查阅日志准确定位故障点，甚至可以在事故发生前进行扼制。因此做好电缆线路的在线监测工作，对绝缘的老化状态及时监控，这样可以减少因为电路安全隐患造成的突发事故，从而电力系统中断维护的情况，为电力系统的稳定作出贡献。
3.XLPE电缆在线监测技术的硬件、软件实现
3.1 硬件实现
实现XLPE电缆的在线监测技术，需要将信号传输光缆、测温光缆及所需电源进行分段的安装，同高压电缆一起固定在排管中，首先在光缆竖井做好接头，将监测用光缆和高压电缆做好接地操作，每个终端接地线上都安装耦合传感器和电流传感器，以达到电流传感的功能；在交叉互联线上配置高频CT设备，对线路负荷状态进行实时的监测；在XLPE电缆线附近敷设测温光纤达到测温效果；同时在终端布置相应的信号滤波放大设备，同时对电光信号进行转换。
3.2 软件实现
在硬件监测设备搭设完毕后，采用配套的高压电缆系统实现多参数的在线显示。监控软件应根据不同的电缆线路运行需求制定相应的测量维度，首先可以通过软件看到电缆系统上实时的运行参数，给定预警维度后一旦参数达到预警阈值，及时进行告警的功能；同时通过不同运行环境为预警信息进行综合的分析和处理，在记录预警事件的同时为预警信息进行重要级别分析，当事件的重要等级上升为安全隐患或有导致重大事故可能时发出紧急告警。
除了基本的监测软件之外，还应根据运维人员的需求开发相应的远程移动端访问程序，首先监控数据通过内网收集到数据库中并进行预处理，移动端应用程序通过相应的指令可以从数据库中获取相应的信息，包括对各监测点运行状态、电缆线路平均温度、电缆线路受损情况以及光纤传输损耗占比等。这样运维人员可以实时获取相应的系统运转状态，在非工作时间也可以对系统告警进行查看和处理，节省了运维的成本，同时也保障了系统更加稳定。
4.XLPE电缆在线监测技术的实际应用
某市在两个变电站之间的220千伏电缆线路搭建中安装了6组高压电缆在线监测系统，在其中的XLPE电缆线路上的交叉互联段安装了局部放电、光纤测温等设备以及对应的监测数据传输设备，按照距离分段放置30个放电探测传感器，6路测温光纤，对整条电缆线路进行实时的检测和数据传输，回传到终端变电站控制中心的计算机上。
4.1 在线监测高压电缆的局部放电信号
局部放电是绝缘介质内部发生的局部重复击穿和熄灭现象，这种放电一般发生在电缆的局部缺陷处，放电量很小，在放电初期基本不会影响电缆的绝缘能力。如果这种放电长期发生，则会逐渐的损坏电缆的绝缘，缩短电缆寿命。由于局部放电时，电缆的绝缘电阻、介质损耗和泄漏电流都不会有太大变化，因此，检测以上参数是无法判断出局部放电的。但在绝缘发生局部放电的时候，一般都会产生电脉冲、电磁波放射、光、热、声、噪音等现象，这些现象就可作为局部放电检测的对象。根据检测物理量的不同，其方法有：脉冲电流检测法、电磁波法、超声波法和振动加速度法，其中脉冲电流法的灵敏度最高。采用IEC60270推荐的测试方法可以测得放电量、放电重复率及平均电流，是最基本最为广泛应用的一种方法。
4.2分布式光纤测温系统
分布式光纤测温系统是基于光纤的温度传感技术，利用光纤反射光信号的中心波长对温度的敏感特性，实现对温度变化的精确测量。
利用激光在光纤中传输能够产生背向散射，测温主机在光纤中注入一定能量和宽度的激光脉冲，它在光纤中传输的同时不断产生背向散射光波，这些背向散射光波的状态受到所在光纤散射点的温度影响而有所改变，将散射回来的光波经波分复用、检测解调后，送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出来，并且由光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些信息定位。分布式光纤测温系统由光纤测温主机、分布式测温光纤组成。
本工程采用外置测温光纤方案，测温光纤直接外置于高压电缆表面。
在终端变电站的计算机软件上，可以对探测点的实时电路负荷、温度参数、光纤损耗参数等进行统计和分析，同时根据放电探测传感器的回传技术判断线路是否出现损伤和老化的情况，对线路可能出现的问题做到提前预知。在软件上自定义了四个告警维度，分别是紧急告警、故障告警、隐患告警和一般告警，通过对温度、电路负荷、放电探测等参数进行分析，一旦达到告警线时立刻发出相应信息并记录到日志中，当出现故障告警和紧急告警时，系统会自动打电话提示相关责任人及时处理。维护人员可以通过告警日志进行故障的分析和定位，误差在3米以内。
某市变电站通过安装高压电缆在线监测系统，实现了远程监控电缆的运行情况，对微小的隐患进行及时处理，避免了重大故障甚至安全事故的发生，保障了当地电力系统的稳定。
5.结束语
随着XLPE电缆的不断普及和应用，替代充油电缆已经成为一种趋势，实现电缆线路的在线监测，可以与XLPE电缆的耐用性相配合，更大发挥电缆的使用效能，节省电力部门的运营成本，同时也保障了电力系统的稳定。相关部门也应继续对在线监测技术进行不断的更新和完善，例如信号采集器仍存在防水、防震性能较差、传输信号不稳定等情况，将所有参数进一步融合和分析，有助于更加了解电力系统的运行状态，这样可以促进电力事业得到更好发展，迎合不断增加的用电需求，为经济发展做出自己的贡献。
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论文作者:王礼伟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/22
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