配网电缆综合在线监测的研究

配网电缆综合在线监测的研究

王英龙

（国网天津滨海供电公司运检部配电室300450）

摘要：随着电改受电侧放开的整体规划落地，配网自动化工程项目逐步推进，配网对于城市经济建设发展的作用日益显现。而电缆作为配电网网架主要设备，其可靠性，设备运行状态，运行环境的优劣直接关乎整体配电网运行的可靠性。传统电缆运维方式以人工运维为主，运维方式低效、成本高，不能及时发现缺陷或外力破坏。本文对于电缆在线监测方法进行了研究，电缆在线监测有效降低故障率、外力破坏率，有效提升配网可靠性。

关键词：10kV；配网可靠性；电缆综合在线监测

前言

配电网电缆设备体量大分布广，线路走廊环境复杂不一，既敷设于城区管线网络密集地带，又敷设于郊区等日常运维难度大的野外，敷设方式包括直埋、排管、沟槽敷设，无隧道敷设。而电缆传统运维方式以人工运维为主，运维人员对电缆进行定期巡视，对电缆运行状态进行定期测量。这些运维方式低效、成本高，不能及时发现电缆本体缺陷或者杜绝电缆遭受外力破坏。电缆在线监测能时刻监控电缆运行状态，及时有效反馈缺陷信息，提升了配电网电缆运维监测水平。

1有源条件下的电缆综合在线监测分析

有源条件下的电缆综合在线监测分析装置需对电缆敷设方式有一定要求，电缆多为隧道敷设，保证有源电缆监测装置具备足够的安装空间。对于电缆的监测，通过电缆装设外置光纤，有效监控电缆各点的温度测定、外力情况以及火情报警等功能，对防火防盗报警以及电缆故障检测等方面提供有效数据支撑。数据采集完毕后信息需及时有效上传主站，不能造成丢包中断等现象，数据信号可利用无线网络传输至后台软件进行数据处理。主要方式为数据采集、处理数据与检测判断，读取电缆温度及局部放电数据，通过无线网络将数据传输给主站，利用后台软件对数据进行分析。电缆综合在线监测对于监测的数据类型进行了拓展，不仅监测电缆温度、局部放电等电缆本体运行状态数据，还可以监测水位、气体密度、声音等通道运行环境数据，为后期数据分析提供更合理的判据。此类综合监测要求电源供给更为充足，传感器配置更为精密，传感器主要包括放电检测传感器、温度和电流传感器、水位和声波探测器以及气体红外探测器。

2无源条件下的电缆综合在线监测研究

配网电缆分步点多面广，电缆在线监测应结合电缆实际敷设环境才能更有效进行推广应用，基于此分析无源条件下电缆在线监测应用场景环境更为广泛，亦有利于后期运维升级改造。相比于风能的稳定性差的特点，太阳能具有持续性好可控性高等优点，考虑到后期综合监测应用多点布置、太阳能电池板效能等因素，引入电流互感器作为第二个电源供给点，即将电流互感器环套在电缆上二次侧输出电流。两者互为备用保证无源条件下为在线监测系统提供可靠性稳定电源。

3电缆综合在线监测信号传输系统的研究

无论是有源监测还是无源监测，数据采集后都要传送至主站并发给接收终端并告知运维人员，信号传输的可靠性与迅捷性是评测电缆综合在线监测系统优劣的重要指标。信号传输总时间：t总=传感器时间t传+数据处理时间t数+呼叫时延t运，其中t运包括网络信号传输监测装置与核心网之间的连接时间tCN、鉴权加密时间tU、建立无线接入承载过程tR。其中传感器时间t传与数据处理时间t数为传感器和在线监测装置固有时间，从市场调研信息的反馈t传与t数的时间也较好掌控；而呼叫时延t运则根据不同网络制式略有不同，总体上也是可以把控的。将t总时间控制在13s以下是可以达到的。传输方式上集中式传输可靠性更高，即将光电传感器与主控DTU连接，然后连接至接收终端，温控、声控、气体密度、局部放电等传感器信号共同汇总至主控DTU，然后发到终端手机上，此种方式的传输可靠性与迅捷性更好。

4电缆综合在线监测各传感器模块的研究

4.1电缆工井井盖监控方式的研究

电缆工井是电缆运维检修的重要通道，同时也是不法分子偷盗电缆的关键点位，对于电缆工井井盖的监控是配网电缆运维的重要一环。电缆工井井盖的监控方式有光控式、机械触点式、红外漫反射式等多种方式。光控式原理：井盖打开后有光进入工井中，传感器发出信号，利用此判断工井井盖开启。机械触点式原理：正常情况机械式触点闭合，井盖被打开时，触点打开，接触式传感器发出信号。红外漫反射式原理：井盖闭合时，红外漫反射传感器接收到反射信号，井盖开启后接收不到漫反射信号。红外漫反射式传感器可靠性更高，可排除弱光、机械故障等缺陷。综上所述电缆工井井盖宜采用红外漫反射式传感器监控。

4.2电缆工井水位监控方式的研究

电缆工井内存水过多会腐蚀电缆外皮，抑或造成电缆中间接头渗水，影响绝缘性能导致故障，因此工井水位监控也是配网电缆运维的重要环节。电缆工井水位的监控方式有水压式、霍尔浮球式等方式。水压式原理：传感器直接安装在电缆工井底部，通过测量传感器的压强直接显示水位深度。水压式原理监控方式易受工井内水质影响，如水内含有泥沙、淤泥等物，将影响水压式传感器的判断。霍尔浮球式传感器不受水质影响，超过水位时立即报警，宜采用霍尔浮球式监控。

4.3环网箱箱门开合监控方式的研究

环网箱作为电缆的起始点，同时也是不法分子偷盗电缆的必经之所，因此对于环网箱门的监控就显得尤为重要。环网箱门开合监控方式有电感式、电容式、对射式等方式。电感式原理：金属物体接近开关时，LC震荡电路的感应磁场便会在金属物体内产生涡流，而这个涡流反作用于LC震荡电路使电路内部参数发生变化停止震荡，便会发出报警信号。电容式原理：物体接近开关时，会使电容容量发生变化，从而改变原电路的稳态，电路转换触发报警信号。对射式原理：通过发射器发出的光线直接进入接收器，当被测物体阻断发射器发出的光线时，电路就会产生报警信号。相对于其他两种类型，电容式原理可靠性更高更适合普遍推广。

4.4电缆温度监控方式的研究

电缆温度监控是配网电缆运维的基本项目，电缆在合理温度下运行是保证电缆可靠性的基础。电缆温度监控方式有：点散式和分布光纤式两种。点散式原理：将若干温度传感器分散安装于本体及附件，测量每个点温度并得出最高温度。分布光纤式原理：将分布光纤式温度传感器安装于电缆本体表面，测量整体温度并自动找出温度最高点。点散式需安装若干温控器，可靠性差；而分布光纤式只需安装1组温控器可靠性高且价格低廉。因此电缆温度监控应选择分布光纤方式。

4.5电缆监控数据传输方式的研究

如果将上述监控模块的选择定义为选“车”的话，对于数据传输模块的选择则是选“路”，若使数据高可靠性迅捷传输，选好路也是重要环节。电缆监控数据传输方式有：有线传输、运营商传输和内网传输。有线传输的传输路径受限，部分通讯光缆未能与电缆同期敷设，无法进行有线传输。运营商传输安全性颇受质疑，设备信息保密工作受到挑战。内网传输将内网GPRS传输模块安装于数据采集终端内部，成本低廉方便可靠，可适用性高。电缆监控数据传输方式宜选取内网传输方式。

4.6电缆综合在线监测系统主控DTU位置的研究

前面已经提到，监测系统传输方式上选取集中传输方式，串口数据传输至DTU转换成IP数据再发射到接收终端，DTU的安装位置直接影响传输性能的优劣。基于电缆敷设路径，DTU可选择的安装位置有：排管沟槽、工井、环网箱等位置。对于已敷设电缆，DTU占空间较大，安装于排管沟槽需重新设计二次施工，可行性差。工井封闭性强，影响信号传输迅捷性，不能达到实时监测的效果。安装于环网内部无占用空间问题也不影响信号传输，因此应选择安装于环网箱。

5结束语

配电网电缆综合在线监测系统可有效提高配网可靠性，大幅度降低电缆故障率、外力破坏率等指标，提升电网供电质量，维护了企业的社会形象，取得了良好的社会影响，因此深入研究配电网电缆综合在线监测系统是大有裨益的，本文从应用推广日常运维角度进行研究，更具可实施性。

参考文献

[1]王振浩.城区电力电缆接头故障在线监测系统.《电力系统保护与控制》,2009年第2期

[2]阮浩洁.10kV电缆中间接头温度在线监测报警系统.《电气技术》,2013年2期

[3]焦阳.电缆线芯温度推算方法及电缆沟在线监测系统研究.《电气应用》,2015年S1期

作者简介

王英龙（1984-），男，天津人，天津大学电力系统及其自动化硕士，工程师，从事配网运行及检修工作。