电力电缆运行状态在线监测系统的设计

高压电缆运行状态在线监测技术方案之研究摘要：高压电缆的安全对人们生活以及生产等具有重要作用，作为生产的重要工具，高压电缆的可靠性直接影响生产效率。

因此针对高压电缆运行状态进行不断研究，逐渐研发出在线监测技术，利用监测技术作为基础，准确了解电缆出现问题的原因，以及问题的类型等，及时进行数字信息处理，保证高压电缆的安全。

关键词：高压电缆；故障；检测方法1 高压电缆对于高压电缆来讲，在我们的生活中起着非常重要的作用，总体来讲高压电缆是电力电缆中的一种类型，主要是传输10KV-35KV(1KV=1000V)电力，在我国很多的电力传输方面都处于主干道的地位。

高压电缆的主要类型包含VV电缆、VLV电缆、以及YJV电缆等。

不同的电缆线在材质以及结构上都包含很多不同。

由于性质原因当前应用比较多的属于铜导体的电缆，选择这种材质作为电缆的主干线，是因为铜导体本身就具有非常强的导电性。

因为电力电缆公司的经营以及管理需要，电力公司在高压电缆方面每年都会投入大量的资金，耗费大量的人力物力。

对高压电缆沟井中的积水等进行定期排查，很多时候不能及时掌握或是全面掌握高压电缆的情况，因此需要针对高压电缆设计在线监测技术，能够在线监测高压电缆发生的状况以及运行状态，出现问题能够及时进行处理。

2高压电缆故障原因分析2.1质量因素电缆质量问题是引发电缆故障的主要因素。

因电缆自身的质量问题所引发的电缆进水问题是严重影响电力系统安全性的问题。

针对电缆质量给电力系统运行所带来的不利影响，相关单位需要从电缆的加工环境和绝缘屏蔽层表面的处理过程等方面入手，对电缆的生产过程进行严格控制。

2.2施工因素电力事业是国家关注的重要问题。

高压电缆的施工环节是事关高压电缆使用质量的重要因素。

电缆安装施工阶段的质量问题是引发高压电缆故障问题的重要原因。

导线压接质量缺乏保障的问题会让绝缘层出现老化击穿加快的问题，这一问题的出现会引发严重的接地短路事故。

导体之间连接管不合格的问题也会让高压电缆内部系统出现电磁场分布不均的问题。

高压电缆局放在线监测系统设计方案福州亿森电力设备设备有限公司2016年9月摘要：在XLPE电缆投入运行后，由于绝缘的老化变质、过热、机械损伤等，使得电缆在运行中绝缘裂化，为了防止由于绝缘劣化造成电缆运行事故，需要对电缆的运行状态进行即时监测，监测系统控制着电缆及其附件的质量。

局部放电是目前比较有效的在线监测方法，局部放电检测目前相应有电磁耦合法、超高频法和超声波法、光学测量法等，本文将着重论述这些方法各自的优势与不足，同时对目前发展起来的PD混沌监测方法进行讨论。

关键词：XLPE电缆；在线监测；局部放电；混沌法0引言随着电力系统的飞速发展以及旧城改造工程的进行，电力电缆在电力网络中的应用愈发广泛。

电力电缆的基本结构包括线芯、绝缘层、屏蔽层和保护层四个部分。

其中线芯即导体，是电力电缆中传输电能的部分，是电缆的主要结构。

绝缘层将线芯与外界电气上隔离。

屏蔽层包括导体屏蔽层和绝缘屏蔽层，一般存在于15kV及以上电缆中。

保护层是用来防止外界的杂质和水分的渗入和外力的破坏[1]。

电力电缆按照电压等级分类有低压电缆(35kV及以下输配电线路)、中低压电缆(35kV及以下)、高压电缆(110kV及以上)、超高压电缆(275～800kV)、特高压电缆(1000kV及以上)。

按照绝缘材料电力电缆可以分为塑料绝缘电缆和橡皮绝缘电缆。

其中油纸绝缘电缆应用历史最长。

它安全可靠，使用寿命长，价格低廉。

主要缺点是敷设受落差限制。

塑料绝缘电缆主要用于低压电缆，常用的绝缘材料有聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯。

橡皮绝缘电缆弹性好，适合用于移动频繁弯曲半径小的敷设地点。

我国早期使用的多是油纸绝缘电缆，但自1970 年以来，交联聚乙烯(XLPE)电力电缆得以广泛应用，并逐渐取代了油纸绝缘电缆的地位。

XLPE电缆电气性能优越，具有击穿电场强度高、介质损耗小、载流量大等优点因而得到了广泛的应用。

在线检测电缆故障的方法有很多，如直流分量法、损耗电流谐波分量法、局部放电法等，其中，局部放电法是目前用于现场比较有效的在线检测方法。

电力电缆局部放电在线监测技术的研究与应用发布时间：2021-09-03T15:37:41.100Z 来源：《科学与技术》2021年4月第11期作者：田发英卢峥嵘[导读] 电缆投入运行后，会受到电、热、机械和化学的作用逐渐老化。

在制造中和施工中存在的微小缺陷，田发英卢峥嵘国网新疆电力有限公司检修公司新疆乌鲁木齐 830001摘要：电缆投入运行后，会受到电、热、机械和化学的作用逐渐老化。

在制造中和施工中存在的微小缺陷，也会随着运行时间逐渐发展和恶化。

火电厂内一般主变进线、启备变进线、联络变压器出线以及重要辅机均采用高压电缆，电缆一旦发生故障将导致严重后果。

如重要辅机电缆故障将造成辅机停机，启备变进线电缆出现故障将会造成机组在失去备用电源下运行的情况，主变进线电缆故障会直接导致机组非计划停运。

同时由于电缆处于电缆沟、甚至是直埋于地下，一旦出现问题查找和处理都会相当困难。

同时由于电缆的订货和更换都需较长时间，需根据长度进行订货，订货和生产周期都很长，很难在短时间内进行修复。

关键词：电力电缆；局部放电；在线监测技术；研究与应用引言随着电气设备功率的不断增大，高压已经成为电气设备的标准电压。

与低压设备不同，高压设备在运行过程中，高压电场会对空气中的粉尘进行放电，在此过程中极易发生短路、跳闸等电路安全事故。

为了保证高压电气的安全，需要对其进行实时监测。

为了适应高压监测环境，普遍采用高频信号作为监测信号，因此如何准确识别高频信号成为监测精度的关键。

现有监测方法对高频窄带信号的灵敏度较差，导致整体识别准确度降低，难以更好地应对实际监测过程。

为此，提出新的高压电气设备局部放电过程超高频信号监测方法，并通过实验数据证明了所提方法的有效性。

1电力电缆局部放电在线监测现状在计算机广泛应用之前，对于局部放电信号的评估多数基于放电脉冲特征分析、统计方法以及专家评估[22-23]，评估结果带有明显的主观因素。

在设备现场运行中，由于运行工况复杂、噪声环境干扰以及机械结构的阻挡使得放电信号存在阻挡和衰减。

常见的电力电缆状态在线监测方法综述李文泉;兰生【摘要】电力电缆的在线监测项目包括绝缘电阻、介质损耗、局部放电、接地电流和温度等参数.对国内外现有电力电缆绝缘及温度在线监测方法进行介绍,分析其优缺点,对其发展趋势进行了预测.【期刊名称】《电气开关》【年(卷),期】2013(051)006【总页数】7页(P1-7)【关键词】电力电缆;状态;在线监测【作者】李文泉;兰生【作者单位】福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350108;福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】TM247电力电缆由于占地面积小、供电安全可靠、对周围环境电磁干扰小等优点而获得了越来越广泛的应用，至今已有百余年的历史。

电力电缆在使用过程中，由于电磁、热、机械、化学等多方面的作用会逐渐老化，进而产生破坏性的故障。

早期电缆以本体故障为主，近期以过载性故障居多，当前电缆终端和中间接头故障成为电缆故障的主要原因。

对电缆状态进行监测，是预防电缆故障发生的重要手段。

传统的电力电缆预防性试验需停电检测、试验电压低、试验周期长，属于离线检测[1,2]，已经越来越不能适应电力不间断生产和供应的要求。

研究电力电缆状态在线监测技术，实时显示电缆运行状态，保证供电安全可靠已成为各国电力系统的发展趋势。

国外从20世纪六七十年代开始就已经开始研究电缆绝缘监测与故障诊断技术[3-5]，我国在这方面起步较晚，但近几年发展较快。

本文对国内外现有电力电缆状态在线监测技术进行归纳和总结，分析其技术特点，并对未来电力电缆状态监测技术进行展望。

研究表明，电力电缆的树枝状放电是造成绝缘劣化和击穿的主要原因，针对水树枝产生的直流电流分量、低频电流分量、电容电流分量等特征信号，产生了诸如直流法、低频法、接地线电流法等多种在线监测方法。

针对电缆局部放电产生的声、热等效应，又产生了多种局部放电在线监测方法。

2.1 直流法当电力电缆在导电线芯侧或外皮侧存在水树枝缺陷时，水树枝突起可视为尖电极，电缆外皮可视为板电极，在外施交流电压正、负半周时，树枝放电表现出不同的电荷注入与中和特性，而电缆外皮将始终有一部分负电荷或正电荷注入，即从导电芯线到外皮始终有一直流电流流过，此现象即为水树枝的“整流效应”。

康威通信电缆隧道在线监测系统解决方案康威通信（833804）电缆隧道在线监测系统主要包括康威通信电缆隧道运维管理中心、站级信息汇集控制中心、通信电源总线系统、光纤测温系统、局部放电监测系统、金属护层接地电流监测系统、环境监控系统、门禁监控系统、井盖监控系统、视频监控系统、防盗定位应急通信系统的系统、智能巡检机器人系统及火灾报警控制系统的系统集成。

康威通信电缆隧道在线监测系统遵循“超前规划，适度预留，稳定可靠，易于扩展，功能分散、信息集中”的原则，结合国内目前成熟领先的一体化综合监控理念，运用计算机网络技术、智能控制技术、多媒体技术、管理开发技术，采用先进的信息采集与获取、信息传输与管理、信息展示与利用的三层设计理念，提供先进与科学的综合管理机制和联动控制机制，实现对电力隧道进行集中监控及历史信息进行集中查询，以实现整个隧道监控系统的一体化综合集成、集中管理、信息共享、智能控制的目标。

中心级监控平台康威通信电缆隧道运维管理中心(简称中心级监控平台)通过一个或多个站级信息汇集控制中心接入光纤测温系统、局部放电监测系统、金属护层接地电流监测系统、环境监控系统、门禁监控系统、井盖监控系统、视频监控系统、防盗定位应急通信系统的系统、智能巡检机器人系统及火灾报警控制系统的数据，以实现对多个变电站相关联的电缆在线状态实时监控、设备运行管理以及高压电缆网突发事故的应急指挥等功能，并具备对后续扩展系统的扩容接入能力。

康威通信电缆隧道运维管理中心的建设包含运维管理中心装修及基础配套机电设备安装、屏幕显示系统、信号管理系统、音响扩音系统、数字会议系统、中央控制系统及电缆隧道在线监测系统管理软件等7部分软硬件设备。

站级信息汇集控制中心站级信息汇集控制中心为优化系统结构层次、提高信息传输效率、便于系统组网而在电缆隧道就近变电站或电缆隧道工作井内组建的中间信息汇集控制层，实现所管辖范围内的信息汇集、处理或故障处理、通信监视等功能。

电缆多状态在线监测系统一、综述目前全国大多数电力公司一样，对电力隧道、沟道内主干电缆的管理还处于计划检修阶段，一般采用定期巡视的方法对电缆的运行状况进行检查。

从经济角度和技术角度来说，计划检修都有很大的局限性，例如定期试验和检修造成了很大的直接和间接经济浪费，许多绝缘缺陷和潜在的故障无法及时发现。

随着国家电力基础设施投入的逐年增大，电力隧道的长度也正在迅速增加，由于运行维护人员的增长速度远远跟不上电力基础设施的增长速度，致使电力隧道运行工作面临着巨大压力，再者随着城市的加速发展，电力沟道和高压管线的迅速增长，电力负荷的急剧增加，电力公司对隧道的运行维护工作面临着巨大压力。

如何保证隧道内电缆不因过载、过热等情况突发大的运行安全事故，隧道内积水、可燃气体等不影响到供电系统的安全等新的要求，想解决当前面临的种种问题，仅靠大量增加运行人员数量来应对电力隧道的迅速增长和管理压力已经不现实，采用现代化的技术手段来提高电力隧道运行维护水平是当务之急。

电力隧道加装水位、气体探测装置，可有效监测到隧道内水位及气体情况，及时发现由于外部跑水至电力隧道内，外部可燃气体进入隧道内等情况。

通过水位、气体监测报警，及时发现隐患点所在位置及水位数值、气体成分含量等情况，为及时有效处置提供技术支撑，改善电力隧道运行环境，保证电力隧道及隧道内电力电缆的安全稳定运行有重要意义。

电缆是电缆网发生故障几率较大的设施，分别通过传感器耦合电缆接地线的信号、传感器对电缆接头的局部放电及分布式光纤测温系统对电缆进行监测数据采集，将其采集到的接地电流参量、局部放电参量及电缆温度参量传送到监测中心，对电缆的运行状态进行分析评估，实现电缆运行状态的时时监控，从而为电力部门有效的预防事故灾害的发生提供有力的的保障。

二、总体结构电力电缆多状态在线监测系统，主要对电缆局部放电、温度、接地电流、有害气体及水位，井盖进行在线监测，将监测信号上传至工业服务器进行处理存储，可实现对各技术监测量进行界面显示，谱图分析，报表打印，数据查询，报警等功能。

刍议电力电缆绝缘在线监测系统设计及故障分析近年来，我国电力系统运行环境日趋复杂，电力电缆绝缘在线监测系统技术要求逐步增加，为了全面满足人们对于电力系统应用需求，电力电缆绝缘在线监测技术的应用以及系统的构筑逐步发展完善。

本文介绍电力电缆在线监测系统的总体设计及软硬件设计，模拟试验证明，该系统能够有效判断电力电缆是否有绝缘老化或者击穿现象出现。

标签：电力电缆；绝缘；在线监测；故障诊断；系统1 电力电缆绝缘监测系统总体设计电力电缆绝缘监测系统原理如图1 所示。

现场监测单元需要达到一定的精度，但是一味地追求高精度会造成设计成本的增加，因此需要在系统的稳定性与精度之间找到一个合理的平衡点。

通过各项指标的分析，监测单元的测量精度一般定为0.2 级。

2 监测系统硬件设计现场监测单元主要由微处理器（ARM 构架的LPC2214）、FPGA、信号调理电路以及液晶显示等部分组成。

ARM 平台系统结构图如图2 所示。

ARM 架构的微处理器能够支持实时仿真与跟踪32 位的CPU，LPC2214 是有极低功耗，32 位的定时器以及9 个以上的外部中断。

微处理器在系统中的主要作用是采集、调理信号以及对存储进行相关的控制，处理故障信号，提取特征与运算参数，和上位机保持通信，上传所检测出来的参数信息，以利于上位机综合评估电力电缆的运行情况，进而为电力电缆的绝缘性提供量化依据。

系统采用MAX485 芯片实现上位机和现场检测单元之间的通信连接。

MAX485 芯片主要是由可控驱动器与可控接收器两部分组成。

2.1 电流传感器与信号调理电路设计考虑到系统中接地电流较大，采用穿心式电流传感器，这种传感器不仅可以达到精度标准，同时还可以确保监测装置的电气安全性。

通过比较分析，WBI513C0 型电流传感器符合系统的要求。

穿心式输入可以保证测试装置的安全性；跟踪电流源输出有利于对信号进行分析；输入频率25～5kHz 适用于工频信号的采样。

在信号调理电路设计中，由于故障电流信号的输出最高达到100mA，所以需要增加电流或电压转换器，借助运算放大器把电压放大到合适的范围，然后输送到后续电路。

上海宜商实业发展有限公司电缆终端接头局部放电及护套环流在线监测系统技术方案目录一、概述 (2)二、国内外现状和发展趋势 (3)三、系统指标及功能 (3)1．技术指标 (3)2．系统功能特点 (4)四、技术方案 (4)1．系统结构图 (4)2．前端采集单元介绍 (5)五、现有工作基础、装备水平及实验测试能力 (11)六．售后服务及培训 (11)一、概述由于交联聚乙烯（XLPE）电缆具有绝缘性能好、易于制造和安装方便、供电安全可靠、有利于美化城市等优点，在60年代初问世以来的40余年中得到了迅速发展。

在中低压领域几乎替代了油浸纸绝缘电缆，并已在高电压等级中使用。

近十年来，我国城市电网中大量采用XLPE电力电缆输配电。

但是这种电缆的绝缘结构中往往会由于加工技术上的难度或原材料不纯而存在气隙和有害性杂质，或者由于工艺原因，在绝缘与半导电屏蔽层之间存在间隙或半导电体向绝缘层突出，在这些气隙和杂质尖端处极易产生局部放电（PD），同时在电力电缆的安装和运行过程当中也可能会产生各种绝缘缺陷导致局部放电。

由于XLPE等挤塑型绝缘材料耐放电性较差，在局部放电的长期作用下，绝缘材料不断老化最终导致绝缘击穿，造成严重事故。

我公司生产的电缆接头局放测量系统已应用到国内多个供电局，因该系统结构复杂、成本较高，所以目前主要是便携式的带电监测方式应用。

经过多年的技术积累，我们已完成对国内近千个110KV、220kv、330KV电缆接头的带电检测。

通过对这些数据的对比分析，发现电缆接头处的局放水平与监测的脉冲幅值有密切的联系；在此基础上，拟对原有的局放测量系统进行简化设计，只以接头处接地线上的脉冲幅值大小和接地电流值所为主要监测参量，进行实时监测，从而以较低成本，并有效方便的实现对电缆接头局放水平的在线监测。

当电缆线芯中有电流流过时，将会使金属护套上产生感应电势。

在护套开路时，这个感应电势可能会很大，有时不但会危及人身安全，还会击穿金属护套的外护层，尤其是电缆线路发生过电压及短路故障时, 在金属护套上会形成很高的感应电压, 使电缆外护套绝缘发生击穿, 故应在金属护套的一定位置采用特殊的连接方式和接地方式这些不同类型的接地电流成分不仅可以反映电力电缆金属护层自身的状态，也可以反映主绝缘的品质状态（如老化以及缺陷等）引起的局部放电在内的多类故障。