高压XLPE电缆线路在线监测和检测技术发展现状.doc

精品文档高压XLPE电缆线路在线监测和检测技术发展现状欧阳本红国网电力科学研究院，武汉，430074摘 要：在线监测和检测技术是开展电力电缆设备状态检修工作的技术前提，也是制约状态检修工作发展的重要因素。本文结合高压XLPE电缆线路在线监测和检测技术的实际情况，对反应线路运行状态的3个技术参量的监测和检测进行了综述，分析比较了各种方法的技术特点、适用范围和优缺点，为开展高压电力电缆设备状态检修工作提供了参考依据。关键词：电力电缆；在线监测；状态检修；环流检测；温度检测；局部放电5欢迎下载5欢迎下载。1引言随着我国经济的持续平稳快速增长，电力电缆在城市输配电线路中的应用得到了极大发展，而交联聚乙烯绝缘（XLPE）电缆因为具有敷设容易且不受高度差限制、运行维护方便、运行温度高、绝缘性能优良和清洁环保等优点成为电力电缆发展和应用的主要方向。截止2009年底，国网公司系统66kV500kV电缆线路已经达到8600 km。与XLPE电缆用量不断增大的同时，由于施工安装缺陷、产品质量不良和运行维护不当等原因，XLPE电缆线路在设计寿命内发生击穿故障导致停电事故的次数也大量增加，给城市输配电线路的运行稳定性和供电可靠性带来了极大的挑战。XLPE电缆常规预防性试验按计划定期对线路进行停电试验，但现行试验项目不仅难以保证线路在试验以后不发生故障，而且预防性试验增加了线路停电次数，对于运行状态良好的设备来说浪费了试验资源，甚至可能在试验中引入新的隐患。为了克服上述电缆线路计划检修的不足，目前国内外都在大力开展基于状态检测的电力电缆线路状态检修工作，即在运行状态下连续监测或经常检测电缆线路的状态参量，实时掌握电缆线路运行状态，及时发现电缆线路缺陷，根据电缆线路运行状态确定其检修策略。在运行状态下准确及时掌握XLPE电缆线路的运行状态，第一时间发现和消除电缆线路中存在的缺陷和隐患，降低电缆线路故障率，是实施电缆线路状态线路状态检修和提高城市电网可靠性的重要课题。根据状态参量的检测方式不同，状态检测技术可分为在线监测和带电检测，在运行过程中对设备状态参量进行连续实时的监测称为在线监测，而采用便携式检测设备，在运行状态下，对设备状态参量进行的现场检测。本文综述了国内外高压XLPE电缆线路状态检测技术应用现状，指出了各种方法的技术特点，为电力电缆线路运行部门开展状态检测提供了参考依据。2单芯电缆金属屏蔽层环流检测单芯电力电缆金属屏蔽层（金属套）环流是金属屏蔽层感应电压在金属屏蔽层与大地形成的回路中的电流，其大小可以反映电缆外护层绝缘状态，环流过大说明电缆外护层或接地系统可能存在隐患，此时不仅会降低电缆的载流量，而且还会因为局部过热导致电缆击穿1。单芯电缆金属屏蔽层通过交叉互联方式接地时，接地电流由电容电流和感应环流组成，但电容电流相对较小而且稳定，故可以近似认为接地电流即为金属屏蔽层环流。金属屏蔽层环流的测量装置简单、方法易行，可以在接地电缆安装时加装电流互感器采集电流信号，也可以直接使用钳形表测量接地线电流。此方法在国内已得到广泛应用，北京市电力公司已经对70多回路超过200公里的220kV电缆线路实施了接地电流的实时监测，上海市电力公司应用国网电科院开发的高压电缆金属护套测试仪对多条高压电缆进行了环流测试。3 温度检测技术3.1 分布式光纤温度在线监测技术分分布式光纤测温技术是一种比较成熟的分布式测温技术。其基本原理可描述如下：采用光纤将待测温度对光纤内传输的光波参量进行调制，并对调制过的光波信号进行解调检测，从而获得待测信息3。系统的测量原理是依据光纤的时域反射理论和光纤的背向喇曼散射温度效应，主要包括处理主机和测温光纤。通过在整条电缆上敷设光纤能够全线实时测量电缆温度，光纤在测温系统中既作为传感器，又作为信号传输通道，该技术具有抗电磁、耐高压、尺寸小等优点。由德国LIOS公司与西门子公司联合研制的分布式光纤测温系统在国内外已取得广泛的应用，我国国网电科院等单位也应成功研制出分布式光纤测温系统并已投入商业运行。通过分布式光纤测温系统对电缆温度的在线监测，可以发现运行过程中电缆导体温度过高、电缆绝缘的局部放电或者金属屏蔽层环流过大等异常信息。监测结果对于合理调整电缆载流量、诊断电缆绝缘状态和避免电缆线路火灾具有重要指导作用。电缆分布式光纤测温系统的应用主要分为三种情况：在已运行的高压电缆线路表面加装测温光纤、在高压电缆线路敷设安装的同时安装测温光纤、高压电缆在工厂制造时集成测温光纤。目前北京、上海、天津等城市对110kV及以上的在役电缆不同程度的加装了分布式光纤测温系统，对于新敷设的超高压电缆线路，各地基本上都要求敷设光纤系统，而且在电缆中集成测温光纤是今后的发展趋势，国内已有多家电缆供应商已经掌握了该项技术。目前分布式光纤测温系统存在的不足主要是空间分辨率不足、受光纤敷设方式影响较大等缺点，这也是今后相关研究和工程实践需要解决的问题。3.2 红外热成像测温技术红外热成像技术是电力设备温度检测的重要手段，其原理是通过检测设备的红外辐射能量并将能量分布图形反映在红外探测器的光敏元件上来推断设备的温度进而判断设备是否存在缺陷4。电缆设备在运行将产生电流致热和电压致热，电流作用引起的发热点主要为电缆终端出线与其他设备的连接点；电压作用引起的发热主要表现为局部放电和介质损耗导致的发热，典型部位为电缆终端应力锥。红外测量与其他测温方式相比最大的优点就是可以对设备进行非接触式测量，采用红外测温仪可以对电缆设备进行有针对性的测量，提早预知设备状态。同时，和局部放电检测等方法相比，红外测温是一种比较成熟的方法，电力设备的红外诊断也已经积累了大量经验，并已发布了红外测温和红外诊断的行业标准DL/T 664-2008带电设备红外诊断应用规范。另外，各电力运行单位也逐步建立了设备的红外测温档案，在历史数据的基础上，红外测温将发挥更大的诊断价值。红外测温的不足主要为其测量易受外部环境因素的干扰，一般不能全天候测量，同时也不适合电缆和附件内部缺陷的检测。4局部放电电力电缆局部放电量与电力电缆绝缘状况密切相关，局部放电量的变化预示着电缆绝缘一定存在着可能危及电缆安全运行的缺陷。国内外运行经验和研究成果表明：XLPE电力电缆性能早期劣化或使用寿命很大程度上取决于XLPE绝缘介质的树枝状老化程度，即树枝引发初期，其局部放电量约0.1pC；当树枝发展到介质击穿临界状态时，其局部放电量达到1000pC左右。因此，通过检测XLPE电力电缆的局部放电信号，可以有效评估XLPE绝缘老化状况，能及时发现电缆故障隐患，保障电力电缆安全可靠运行。因此国内外的专家学者以及IEEE、IEC、CIGRE等国际电力权威机构组织一致推荐局部放电试验作为XLPE电缆绝缘状态评价的最佳方法。目前国内外用于XLPE电缆局部放电监测的方法很多，常用的有电容偶合法、电缆感偶合法、超高频检测法和超声波检测法2，其中前两者用于局部放电的在线监测，后两者多以便携式设备的方式用于电缆线路的不停电检测。4.1电容耦合法电容耦合传感器通过在局部放电信号激发的电场中耦合能量，直接获取电压信号。该传感器在安装时，将金属薄片缠绕在绝缘半导电屏蔽上，恢复电缆金属层后，从金属薄片和金属层引出放电信号。该方法的优点是传感器埋设在电缆金属屏蔽层内，具有受外界电磁干扰小的优点，另外该传感器结构简单，稳定性和可靠性好，同时由于可以在每组接头处安装电容时传感器，这种准分布式结构也可以对局部放电进行定位。上海市电力公司已经在在220kV电缆线路上应用了该方法进行局部放电在线监测工作。该方法的缺点是安装时工艺要求较严格，必须做好护套复原和防水工作。4.2 电感偶合法电感偶合传感器的基本原理为了将线圈缠绕在有放电信号流过的导体上，该放电信号可以在线圈输出端产生感应电势，该电势即反映了局部放电的信息。罗高夫斯基线圈是一种最典型的电感耦合传感器，其工作频率范围可以达到10kHz30MHz，能够较好的满足现场局方测量要求。电感耦合传感器最常用的安装方法是直接卡在电缆接地线上，其结构简单，安装或更换方便，但是受现场干扰信号影响严重。4.3超高频检测法电缆或者电缆附件内发生局放时，会向周围空间辐射出超高频电磁波，超高频（UHF）检测法通过超宽频带天线，可以检测到局放所激发的频率为300 Hz3 GHz的超高频电磁波，通过对接受的信号进行时域和频域分析，判断局放信号的性质和严重程度。该方法的优点是可以将传感器设计为外置式，而整个检测系统为便携式系统，可以方便线路巡视人员对线路薄弱环节进行有针对性的检查，北京市电力公司已采用英国DMS公司UHF系统开展了大量的不停电检测工作，并取得了良好的效果。4.4 超声波检测法超声波传感器在电力电缆局部放电检测中已获广泛应用，超声检测方法受外部电磁噪声影响小，是比较理想的现场检测方法。声信号在电缆中的传输速度不高，还可以对局部放电源进行定位。除抗干扰性能好以外，超声检测法测量方法简单，装置轻便，非常适合线路的带电检测。由于所测的声信号与局部放电之间的关系尚不明确，所以难以通过超声信号对电缆的运行状态给与诊断和评价，该方法对测量人员经验的依赖性很大。随着电子技术和计算机技术的发展，测量局部放电的手段越来越先进，但是电缆线路现场环境复杂，线路中放电类型多样，目前还没有建立基于局部放电统一的绝缘状态诊断标准。因此，今后局部放电检测技术的发展应主要在三个方面：一是抗干扰技术，解决检测到的信号是不是设备局部放电的问题；二是模式识别技术，解决检测到的局部放电是什么类型的放电信号、是什么原因导致的放电问题；三是状态诊断技术，解决依据局部放电信息对电缆线路检修策略的决策问题。5结束语 电力设备以预防性试验为基础的 “计划检修”发展到以状态评价为基础的“状态检修”是国内外发展趋势，也是提高电力设备运行可靠性和经济性的内在需要。大力发展和推广在线监测和检测技术，对于及时了解电缆线路运行状态，科学的安排电缆线路的检修工作，发挥设备的最大价值，减少停电次数，提高线路的供电可靠性将发挥积极作用。 参考文献1 徐绍军, 黄鹤鸣, 陈平. 单芯高压电缆金属护套环流异常分析及对策J. 供用电, 2007,245:50-512 郭灿星, 张丽, 钱勇等. XLPE电力电缆中局部放电检测及定位技术的研究现状J. 高压电器, 2009,453:56-603 罗俊华, 周作春, 李华春等. 电力电缆线路运行温度在线检测技术应用研究J.