电力电缆局放及环流在线监测系统技术方案.docx

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电力电缆局放及环流在线监测系统技术方案

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

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。

二、国内外现状和发展趋势

1、关于电缆接头局部放电方面的研究。

局部放电一直是电缆绝缘（特别是塑料电缆）非破坏性电气检验的主要项目。

从50年代后期开始，世界各国专业人士纷纷致力于高灵敏度的局部放电检测仪器的开发来对电缆绝缘进行局部放电的检测。

在以后的发展中，主要是围绕局部放电测量中的抗干扰问题和局部放电点的定位两个方面展开。

随着电子技术的发展，在传统的脉冲电流法的基础上发展了基于宽频带检测技术，应用数字信号处理方法进行抗干扰、定位和谱图分析的计算机辅助的局部放电测量技术，大大推动了电缆局部放电测量技术的发展。

2、关于电缆接地电流方面的研究。

上海交通大学为单相电力电缆接地电容电流、三相电力电缆接地不平衡电流建立了电缆的分布参数仿真模型。

计算了电力电缆在运行条件下其接地电容电流、接地不平衡电流对电缆绝缘缺陷状况反映的有效性与灵敏性。

仿真结果表明在线监测得到的接地电容电流或接地不平衡电流与绝缘缺陷有很高的正相关性，并且灵敏性较高。

其灵敏性与电缆负载缺陷位置等有关，三相电力电缆接地不平衡电流反映缺陷的灵敏度要明显高于接地电容电流。

三、系统指标及功能

1．技术指标

1）电缆接头局部放电在线监测

✧能检测放电量，放电相位，放电次数等基本局部放电参数，并可按照客户要求，提供有关参数的统计量。

✧最小测量放电量：

5pC；测量频带:

500kHz－20MHz；放电脉冲分辨率：

10µs；相位分辨率：

0.18°。

✧能显示工频周期放电图、二维（Q-φ,N-φ,N-Q）及三维（N-Q-φ）放电谱图。

✧可记录测量相序、放电量、放电相位、测量时间等相关参数，可提供放电趋势图并具有预警和报警功能，可对数据库进行查询、删除、备份以及打印报表等。

2）电缆接地电流在线监测系统

可以对电缆的护套电流的波形、幅值大小进行监测和报警，可以对电缆护套的历史电流进行取样存盘并通过电流曲线分析其性能的变化。

各项技术指标如下：

✧采样分辨率：

4096

✧延迟时间为10μs，

✧电缆金属护套电流的测量精度为：

10%

✧报警响应时间为

✧数据存盘频率为：

60分钟

✧历史数据有效时间为：

2年

✧故障电流记录的显示大小为8192个。

2．系统功能特点

✧局放抗干扰能力强，系统采用宽频带检测技术，有完备的接口保护电路，有效对抗大电流冲击，且功耗低。

✧根据现场条件可采用光纤局域网传输网络，传输距离远，稳定可靠。

结构紧凑，安装方便，也可以采用光纤局域网结构实现。

✧采用虚拟仪器技术，将硬件模块与计算机结合，利用LabVIEW编写软件，通过界面操作，实现各种功能，并便于进一步开拓。

四、技术方案

1．系统结构图

YSCPI-Ⅰ电缆接头局部放电在线监测系统由多个模块构成，分别为：

传感器模块、前置采集模块、光纤局域网传输模块以及数据存储查询模块构成。

其中前端采集中的电源模块、数据存储查询模块，局部放电信号信号及局部放电传感器。

电缆终端在线监测系统采用分布式结构，即电缆接头局放信号通过分布在各个监测点的前置单元对信号进行选通、放大、检波、采集，计算最终结果后，转换成数字信号，经过光纤局域网通信协议，把数据传送到数据服务器，由数据服务器统一对信号进行显示、分析操作。

每组（分为A,B,C三相）电缆接头放置一个前端采集单元，各个检测单元分布安装于被测电缆接头设备附近。

每个前置采集单元负责把一组电缆接头（A,B,C三相）局放分析计算出结果，通过光纤局域网传输协议，或者用光纤以太网的结构实现，以数字通讯的方式与数据服务器通讯。

所有监测数据存储于主站计算机数据库中。

YSCPI-Ⅰ系统终端接头下结构如图1所示：

图1电力电缆终端头系统结构图

典型系统包括：

♦主站计算机系统（光纤局域网通信接口、软件平台和YSCPI专用软件）

♦前端采集部分

♦传感器部分（局部放电传感器）

♦电缆本体感应取电部分

前端采集单元包括：

♦信号调理模块（局部放电信号调理模块）

♦数据采集模块（局部放电数据采集模块、接地电流数据采集模块）

♦光纤传输模块

♦电源模块

2．前端采集单元介绍

前端采集单元可分为局部放电信号传感器和处理部分、接地电流传感器和信号处理部分、光纤通信传输模块、电源模块。

3.1局部放电信号处理部分

1）局放高频传感器

传感器由磁芯、罗高夫斯基线圈、滤波和取样单元以及电磁屏蔽盒组成。

线圈绕在高频下具有较高导磁率的磁芯上，滤波及取样单元的设计，兼顾测量灵敏度和信号响应频带的要求。

为了抑制干扰，提高信噪比，并考虑到防雨、防尘等要求，罗高夫斯基线圈及滤波采样单元都安装在金属屏蔽盒中。

传感器实物图

2）信号调理模块

该模块主要功能是对传感器耦合到的信号进行放大、滤波、检波处理，使高频脉冲信号能有效被数据采集模块采集到。

4）数据采集模块

自主研发的数据采集模块性能指标，如下：

✧输入通道：

单端接地方式

✧A/D转换精度：

12位

✧带宽限制：

100k--40MHz的模拟输入带宽

✧采样速率：

100MS/s单次采样

✧供电电源：

5V±1

✧工作温度：

-40℃~85℃

3.2接地电流信号处理部分

根据现场电力电缆的接地情况而定，电流互感器是卡在直接接地线上，通过信号线与监测单元连接。

信号是通过检测装置接入光纤局域网中，传送到后台数据服务器上存储，显示。

主要技术参数达到

✧安装形式：

钳形，开合式

✧变比：

1000:

1

✧准确度：

0.5级（准确度指在一定实验条件下多次测定的平均值与真值相符合的程度，以误差来表示。

准确度等级是衡量仪表质量优劣的重要指标之一。

我国工业仪表等级分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个等级,并标志在仪表刻度标尺或铭牌上。

仪表准确度习惯上称为精度，准确度等级习惯上称为精度等级。

仪表精度=（绝对误差的最大值/仪表量程）*100%以上计算式取绝对值去掉%就是我们看到的精度等级了）。

✧额定二次负载：

4Ω

✧外壳材料：

ABS

✧二次侧短时工频耐压：

3000V/min

✧绕组匝间绝缘阻值：

1000MOhms@500Vdc

✧工作环境温度:

-30℃~70℃

✧工作环境湿度＜80％RH

✧电流互感器的误差极限见下表

准确级

功率因数COSΦ

电流误差FI（±%）在下列额定电流（%）时

5A

20A

100A

120

0.5级

1．0

<0．13A

传感器采用精密钳形电流互感器，一次侧单匝穿心，直接将套在被测电缆被测电缆的接地线上，不必断开电缆接地，二次侧可输出mA级的测量信号，磁芯采用硅钢或坡莫合金，可以适应不同场合不同精度要求的电流测量。

工频电流互感器实物图

3.2电力电缆局放在线检测装置

电力电缆局放检测装置是本系统最要的部分，其作用包括通道选择、数据采集、数据存储和处理，并能驱动光纤局域网传输部分进行数据传输，同时负责监控一组接头（即ABC三相）的局放信号和接地电流信号，以及三个温度测点的数据采集、分析、传输，设备可以安装在测点附近端子柜或者自立室外端子箱里，由于环境比较恶劣，需要外加防水箱。

检测装置外壳为不锈钢材质，对高频和工频屏蔽较好。

由于在室外安装需要安装在防水箱体内。

3.3电力电缆局放及接地电流系统软件部分

系统采用虚拟仪器技术的LabVIEW软件作为采集和分析软件的开发平台，保证抗干扰技术的良好实现。

系统软件可分为参数设定、数据采集、抗干扰处理、谱图分析、趋势分析、数据整理及报表等功能。

其中，数据采集部分主要是完成对数据采集卡的设置，譬如采样周期、周期最大点、以及采样间隔等。

采集软件根据设定的采集卡参数进行数据采集，并将采集到的数据自动送到抗干扰软件进行处理。

除抗干扰处理部分放在程序后台执行外，其余部分通过界面显示。

软件系统特征：

●主界面动态提示重要监测信息，单击相应提示可直接获取详细情况；

●操作界面方便使用，提高信息获取的效率；

●具有强大的资料库检索功能，可进行表单查询、趋势图和预警分析、谱图分析等；

●强大的在线数据采集功能，可以按用户设定的时间间隔扫描站内各子系统数据；

●具有设备故障预警功能，当在线检测项测量值超过报警限时，系统发出报警信息，提醒工作人员对设备进行相应处理；

●系统具有完善的运行维护功能，可方便地对系统数据、系统参数、运行日志等信息进行维护；

●系统具有较强的可扩展性，可方便地实现各设备状态检测项的添加，适应业务量、业务流程的扩展；

●强大的日志管理功能，详细记录用户操作日志、系统通讯管理日志等，可方便的实现查询或者自维护。

软件界面：

除抗干扰处理部分放在程序后台执行外，其余部分通过界面显示，如图所示。

参数设定界面数据采集界面

谱图分析界面

工频周期图界面趋势分析界面

数据库数据整理界面数据报表界面

3.4电力电缆在线监测上位机数据服务器：

数据服务器可以有两种型号，一个标准的4U机箱，上机架的形式，另一种是2U的机箱，更便于安装。

标准4U机箱服务器标准2U机箱服务器

机柜固定安装于变电站主控室。

4U数据服务器安装于机柜中。

2U数据服务器可以安装在便于操作的地方，有固定安装孔。

参考安装手册，比较方便简单。

五、现有工作基础、装备水平及实验测试能力

1.上海宜商实业发展有限公司有多年来在线监测领域的技术积累以及项目在多家电网公司的挂网运行经验。

2.有专业的软硬件的开发工具，上海交大电力设备电气绝缘国家重点实验室的具备相关技术支持与优越的实验条件。

3.有多名教授、博士、硕士参与研发，具备专业的高电压技术、电子电路及软件工程师，有专门的现场项目工程师进行项目跟踪与管理。

六．售后服务及培训

以下内容在项目质保期内免费提供：

1）定期的维护：

定期服务，第一时间掌握系统的运行情况和使用情况，保证系统维持最佳运行状态。

2）用户回访：

注重和用户的沟通，第一时间掌握用户的建议和需求，协助用户正确使用系统，使系统可以为用户发挥最大的作用。

3）定期满意度调查：

了解用户对系统的使用满意程度。

4）用户档案管理：

为每一个用户建立一份完备的用户档案，并持续不断地跟踪管理。

为用户提供现场培训

1）用户派出的人员应是有能力了解使用及维护状态监测系统的设备管理、诊断人员及仪表人员等。

2）通过培训，用户参加培训人员能熟悉整个系统，能操作/调出/修改设置等。

上海宜商实业发展公司