電力電纜局放及環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案教材

1、上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司電纜終端接頭局部放電及護(hù)套環(huán)流在線監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司目錄一、概述 2二、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 3三、系統(tǒng)指標(biāo)及功能 31技術(shù)指標(biāo) 32系統(tǒng)功能特點 4四、技術(shù)方案 41系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 42前端采集單元介紹 5五、現(xiàn)有工作基礎(chǔ)、裝備水平及實驗測試能力 11六售后服務(wù)及培訓(xùn) 11上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司一、概述由于交聯(lián)聚乙烯（ XLPE）電纜具有絕緣性能好、易于制造和安裝方便、供電安全可 靠、有利于美化城市等優(yōu)點，在 60 年代初問世以來的 40 余年中得到了迅速發(fā)展。在中 低壓領(lǐng)域幾乎替代了油浸紙絕緣電纜，并已在高電壓等級中使用。近十年來，我國城市 電網(wǎng)

2、中大量采用 XLPE電力電纜輸配電。 但是這種電纜的絕緣結(jié)構(gòu)中往往會由于加工技術(shù) 上的難度或原材料不純而存在氣隙和有害性雜質(zhì)，或者由于工藝原因，在絕緣與半導(dǎo)電 屏蔽層之間存在間隙或半導(dǎo)電體向絕緣層突出，在這些氣隙和雜質(zhì)尖端處極易產(chǎn)生局部 放電（PD），同時在電力電纜的安裝和運行過程當(dāng)中也可能會產(chǎn)生各種絕緣缺陷導(dǎo)致局部 放電。由于 XLPE等擠塑型絕緣材料耐放電性較差，在局部放電的長期作用下，絕緣材料 不斷老化最終導(dǎo)致絕緣擊穿，造成嚴(yán)重事故。我公司生產(chǎn)的電纜接頭局放測量系統(tǒng)已應(yīng)用到國內(nèi)多個供電局， 因該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 成本較高，所以目前主要是便攜式的帶電監(jiān)測方式應(yīng)用。經(jīng)過多年的技術(shù)積累，我們已

3、完成對國內(nèi)近千個 110KV、220kv、330KV 電纜接頭的帶電檢測。通過對這些數(shù)據(jù)的對比 分析，發(fā)現(xiàn)電纜接頭處的局放水平與監(jiān)測的脈沖幅值有密切的聯(lián)系；在此基礎(chǔ)上，擬對 原有的局放測量系統(tǒng)進(jìn)行簡化設(shè)計，只以接頭處接地線上的脈沖幅值大小和接地電流值 所為主要監(jiān)測參量，進(jìn)行實時監(jiān)測，從而以較低成本，并有效方便的實現(xiàn)對電纜接頭局 放水平的在線監(jiān)測。當(dāng)電纜線芯中有電流流過時，將會使金屬護(hù)套上產(chǎn)生感應(yīng)電勢。在護(hù)套開路時，這 個感應(yīng)電勢可能會很大，有時不但會危及人身安全，還會擊穿金屬護(hù)套的外護(hù)層，尤其 是電纜線路發(fā)生過電壓及短路故障時 , 在金屬護(hù)套上會形成很高的感應(yīng)電壓 , 使電纜外 護(hù)套絕緣發(fā)生擊

4、穿 , 故應(yīng)在金屬護(hù)套的一定位置采用特殊的連接方式和接地方式這些不 同類型的接地電流成分不僅可以反映電力電纜金屬護(hù)層自身的狀態(tài)，也可以反映主絕緣 的品質(zhì)狀態(tài)（如老化以及缺陷等）引起的局部放電在內(nèi)的多類故障。上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司二、國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1、關(guān)于電纜接頭局部放電方面的研究。局部放電一直是電纜絕緣（特別是塑料電纜）非破壞性電氣檢驗的主要項目。從 50 年代后期開始，世界各國專業(yè)人士紛紛致力于高靈敏度的局部放電檢測儀器的開發(fā)來對 電纜絕緣進(jìn)行局部放電的檢測。在以后的發(fā)展中，主要是圍繞局部放電測量中的抗干擾 問題和局部放電點的定位兩個方面展開。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)的脈沖電流法的

5、 基礎(chǔ)上發(fā)展了基于寬頻帶檢測技術(shù)，應(yīng)用數(shù)字信號處理方法進(jìn)行抗干擾、定位和譜圖分 析的計算機輔助的局部放電測量技術(shù)，大大推動了電纜局部放電測量技術(shù)的發(fā)展。 2、關(guān)于電纜接地電流方面的研究。上海交通大學(xué)為單相電力電纜接地電容電流、三相電力電纜接地不平衡電流建立了 電纜的分布參數(shù)仿真模型。計算了電力電纜在運行條件下其接地電容電流、接地不平衡 電流對電纜絕緣缺陷狀況反映的有效性與靈敏性。仿真結(jié)果表明在線監(jiān)測得到的接地電 容電流或接地不平衡電流與絕緣缺陷有很高的正相關(guān)性，并且靈敏性較高。其靈敏性與 電纜負(fù)載缺陷位置等有關(guān)，三相電力電纜接地不平衡電流反映缺陷的靈敏度要明顯高于 接地電容電流。三、系統(tǒng)指標(biāo)及

6、功能1技術(shù)指標(biāo)1）電纜接頭局部放電在線監(jiān)測 能檢測放電量，放電相位，放電次數(shù)等基本局部放電參數(shù)，并可按照客戶要求， 提供有關(guān)參數(shù)的統(tǒng)計量。最小測量放電量： 5pC；測量頻帶 :500kHz 20MHz； 放電脈沖分辨率： 10s； 相 位分辨率： 0.18。能顯示工頻周期放電圖、二維（ Q-,N-,N-Q）及三維（ N-Q- ）放電譜圖。 可記錄測量相序、放電量、放電相位、測量時間等相關(guān)參數(shù)，可提供放電趨勢圖 并具有預(yù)警和報警功能，可對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查詢、刪除、備份以及打印報表等。2）電纜接地電流在線監(jiān)測系統(tǒng)上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司可以對電纜的護(hù)套電流的波形、幅值大小進(jìn)行監(jiān)測和報警，可以對電纜護(hù)套

7、的歷史 電流進(jìn)行取樣存盤并通過電流曲線分析其性能的變化。各項技術(shù)指標(biāo)如下： 采樣分辨率： 4096 延遲時間為 10s， 電纜金屬護(hù)套電流的測量精度為： 10% 報警響應(yīng)時間為 數(shù)據(jù)存盤頻率為： 60 分鐘 歷史數(shù)據(jù)有效時間為： 2 年 故障電流記錄的顯示大小為 8192 個。2系統(tǒng)功能特點局放抗干擾能力強，系統(tǒng)采用寬頻帶檢測技術(shù)，有完備的接口保護(hù)電路，有效對 抗大電流沖擊，且功耗低。根據(jù)現(xiàn)場條件可采用光纖局域網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)，傳輸距離遠(yuǎn)，穩(wěn)定可靠。結(jié)構(gòu)緊湊， 安裝方便，也可以采用光纖局域網(wǎng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。采用虛擬儀器技術(shù)，將硬件模塊與計算機結(jié)合，利用 LabVIEW 編寫軟件，通過 界面操作，實現(xiàn)各種功

8、能，并便于進(jìn)一步開拓。四、技術(shù)方案1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖YSCPI-電纜接頭局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)由多個模塊構(gòu)成， 分別為：傳感器模塊、 前 置采集模塊、光纖局域網(wǎng)傳輸模塊以及數(shù)據(jù)存儲查詢模塊構(gòu)成。其中前端采集中的電源 模塊、數(shù)據(jù)存儲查詢模塊，局部放電信號信號及局部放電傳感器。電纜終端在線監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)， 即電纜接頭局放信號通過分布在各個監(jiān)測點 的前置單元對信號進(jìn)行選通、放大、檢波、采集，計算最終結(jié)果后，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 經(jīng)過光纖局域網(wǎng)通信協(xié)議，把數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)服務(wù)器，由數(shù)據(jù)服務(wù)器統(tǒng)一對信號進(jìn)行顯 示、分析操作。每組（分為 A,B,C 三相）電纜接頭放置一個前端采集單元，各個檢測單 元分布安裝于被

9、測電纜接頭設(shè)備附近。每個前置采集單元負(fù)責(zé)把一組電纜接頭（ A,B,C 三相）局放分析計算出結(jié)果，通過光纖局域網(wǎng)傳輸協(xié)議，或者用光纖以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)， 以數(shù)字通訊的方式與數(shù)據(jù)服務(wù)器通訊。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲于主站計算機數(shù)據(jù)庫中。上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司YSCPI-系統(tǒng)終端接頭下結(jié)構(gòu)如圖 1 所示：中心數(shù)據(jù)庫無線接收設(shè)備控制室局放傳感器接地電流傳感器顯示正常 初級報警 重度報警電纜局放正常 / 異常 接地電流正常 / 異常 運行溫度正常 / 異常電纜溝道2201 kV 架空線 /GIS圖1 電力電纜終端頭系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖典型系統(tǒng)包括：主站計算機系統(tǒng)（光纖局域網(wǎng)通信接口、軟件平臺和 YSCPI專用軟件） 前端

10、采集部分傳感器部分（局部放電傳感器）電纜本體感應(yīng)取電部分前端采集單元包括：信號調(diào)理模塊（局部放電信號調(diào)理模塊） 數(shù)據(jù)采集模塊（局部放電數(shù)據(jù)采集模塊、接地電流數(shù)據(jù)采集模塊） 光纖傳輸模塊電源模塊2前端采集單元介紹前端采集單元可分為局部放電信號傳感器和處理部分、 接地電流傳感器和信號處理部 分、光纖通信傳輸模塊、電源模塊。3.1 局部放電信號處理部分1）局放高頻傳感器傳感器由磁芯、 羅高夫斯基線圈、 濾波和取樣單元以及電磁屏蔽盒組成。 線圈繞在高 頻下具有較高導(dǎo)磁率的磁芯上，濾波及取樣單元的設(shè)計，兼顧測量靈敏度和信號響應(yīng)頻上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司帶的要求。為了抑制干擾，提高信噪比，并考慮到防雨、防

11、塵等要求，羅高夫斯基線圈 及濾波采樣單元都安裝在金屬屏蔽盒中。傳感器實物圖2）信號調(diào)理模塊該模塊主要功能是對傳感器耦合到的信號進(jìn)行放大、濾波、檢波處理，使高頻脈 沖信號能有效被數(shù)據(jù)采集模塊采集到。4）數(shù)據(jù)采集模塊自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集模塊性能指標(biāo)，如下： 輸入通道：單端接地方式 A/D轉(zhuǎn)換精度： 12位 帶寬限制： 100k-40MHz 的模擬輸入帶寬 采樣速率： 100MS/s 單次采樣 供電電源： 5V1 工作溫度： -40853.2 接地電流信號處理部分根據(jù)現(xiàn)場電力電纜的接地情況而定，電流互感器是卡在直接接地線上，通過信號線 與監(jiān)測單元連接。信號是通過檢測裝置接入光纖局域網(wǎng)中，傳送到后臺數(shù)據(jù)

12、服務(wù)器上存 儲，顯示。主要技術(shù)參數(shù)達(dá)到安裝形式：鉗形，開合式 上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司變比： 1000:1準(zhǔn)確度： 0.5 級(準(zhǔn)確度指在一定實驗條件下多次測定的平均值與真值相符合的 程度，以誤差來表示。準(zhǔn)確度等級是衡量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。我國工 業(yè)儀表等級分為 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 七個等級 ,并標(biāo)志在儀表刻度 標(biāo)尺或銘牌上。儀表準(zhǔn)確度習(xí)慣上稱為精度，準(zhǔn)確度等級習(xí)慣上稱為精度等級。儀表精度 =(絕對誤差的最大值 /儀表量程) *100%以上計算式取絕對值去掉 %就 是我們看到的精度等級了) 。額定二次負(fù)載： 4外殼材料： ABS二次側(cè)短時工頻耐壓：

13、3000V/min繞組匝間絕緣阻值： 1000MOhms500Vdc工作環(huán)境溫度 : -3070工作環(huán)境濕度 80RH電流互感器的誤差極限見下表準(zhǔn)確級功率因數(shù) COS電流誤差 FI(%) 在下列額定電流 (%)時5A20A100A1200.5 級10013A傳感器采用精密鉗形電流互感器，一次側(cè)單匝穿心，直接將套在被測電纜被測電纜 的接地線上，不必斷開電纜接地，二次側(cè)可輸出 mA 級的測量信號，磁芯采用硅鋼或坡 莫合金，可以適應(yīng)不同場合不同精度要求的電流測量。上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司工頻電流互感器實物圖3.2 電力電纜局放在線檢測裝置 電力電纜局放檢測裝置是本系統(tǒng)最要的部分，其作用包括通道選擇、

14、數(shù)據(jù)采集、數(shù) 據(jù)存儲和處理， 并能驅(qū)動光纖局域網(wǎng)傳輸部分進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸， 同時負(fù)責(zé)監(jiān)控一組接頭 （即 A B C 三相）的局放信號和接地電流信號，以及三個溫度測點的數(shù)據(jù)采集、分析、傳輸， 設(shè)備可以安裝在測點附近端子柜或者自立室外端子箱里， 由于環(huán)境比較惡劣， 需要外加 防水箱。 檢測裝置外殼為不銹鋼材質(zhì)，對高頻和工頻屏蔽較好。由于在室外安裝需要 安裝在防水箱體內(nèi)。3.3 電力電纜局放及接地電流系統(tǒng)軟件部分 系統(tǒng)采用虛擬儀器技術(shù)的 LabVIEW 軟件作為采集和分析軟件的開發(fā)平臺，保證抗 干擾技術(shù)的良好實現(xiàn)。系統(tǒng)軟件可分為參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)采集、抗干擾處理、譜圖分析、 趨勢分析、數(shù)據(jù)整理及報表等功能。

15、其中，數(shù)據(jù)采集部分主要是完成對數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)置， 譬如采樣周期、 周期最大點、 以及采樣間隔等。采集軟件根據(jù)設(shè)定的采集卡參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)自 動送到抗干擾軟件進(jìn)行處理。除抗干擾處理部分放在程序后臺執(zhí)行外，其余部分通過界面顯示。上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司軟件系統(tǒng)特征： 主界面動態(tài)提示重要監(jiān)測信息，單擊相應(yīng)提示可直接獲取詳細(xì)情況； 操作界面方便使用，提高信息獲取的效率； 具有強大的資料庫檢索功能， 可進(jìn)行表單查詢、 趨勢圖和預(yù)警分析、 譜圖分析等； 強大的在線數(shù)據(jù)采集功能，可以按用戶設(shè)定的時間間隔掃描站內(nèi)各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)； 具有設(shè)備故障預(yù)警功能， 當(dāng)在線檢測項測量值超過報警限時， 系統(tǒng)發(fā)

16、出報警信息， 提醒工作人員對設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)處理； 系統(tǒng)具有完善的運行維護(hù)功能，可方便地對系統(tǒng)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)參數(shù)、運行日志等信 息進(jìn)行維護(hù)； 系統(tǒng)具有較強的可擴展性， 可方便地實現(xiàn)各設(shè)備狀態(tài)檢測項的添加， 適應(yīng)業(yè)務(wù)量、 業(yè)務(wù)流程的擴展； 強大的日志管理功能，詳細(xì)記錄用戶操作日志、系統(tǒng)通訊管理日志等，可方便的 實現(xiàn)查詢或者自維護(hù)。軟件界面：除抗干擾處理部分放在程序后臺執(zhí)行外，其余部分通過界面顯示，如圖所示參數(shù)設(shè)定界面數(shù)據(jù)采集界面9上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司譜圖分析界面工頻周期圖界面趨勢分析界面數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)整理界面數(shù)據(jù)報表界面3.4 電力電纜在線監(jiān)測上位機數(shù)據(jù)服務(wù)器：2U的機箱，更便數(shù)據(jù)服務(wù)器可以有兩種型號，

17、一個標(biāo)準(zhǔn)的4U 機箱，上機架的形式，另一種是于安裝。10上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司標(biāo)準(zhǔn) 4U機箱服務(wù)器標(biāo)準(zhǔn) 2U 機箱服務(wù)器機柜固定安裝于變電站主控室。 4U數(shù)據(jù)服務(wù)器安裝于機柜中。 2U 數(shù)據(jù)服務(wù)器可以安裝在便于 操作的地方，有固定安裝孔。參考安裝手冊，比較方便簡單。五、現(xiàn)有工作基礎(chǔ)、裝備水平及實驗測試能力1. 上海宜商實業(yè)發(fā)展有限公司有多年來在線監(jiān)測領(lǐng)域的技術(shù)積累以及項目在多家電 網(wǎng)公司的掛網(wǎng)運行經(jīng)驗。2. 有專業(yè)的軟硬件的開發(fā)工具， 上海交大電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室的具備相 關(guān)技術(shù)支持與優(yōu)越的實驗條件。3. 有多名教授、博士、碩士參與研發(fā)，具備專業(yè)的高電壓技術(shù)、電子電路及軟件工程 師，有專門的現(xiàn)場項目工程師進(jìn)行項目跟蹤與管理。六售后服務(wù)及培訓(xùn)以下內(nèi)容在項目質(zhì)保期內(nèi)免費提供：1）定期的維護(hù)：定期服務(wù)，第一時間