XLPE高压电缆在线监测方法综述与设计
第33卷第6期
2009年12月(卷终)
湖 北 电 力
V o. l 33 6D ec . 2009
XLPE 高压电缆在线监测方法综述与设计
徐红义, 黄 斌, 郭和清
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(1. 浙江浙能北仑发电有限公司, 浙江宁波 315800; 2. 湖北省电力公司, 武汉 430077) [摘 要] 交联聚乙烯(XLPE)高压电缆的检修还处于定期试验的预防性维修阶段。对于XLPE
高压电缆的在线监测, 目前已有许多不同监测方法, 文章通过对较为常用的局部放电试验法和温度监测方法进行研究和分析, 并对比和总结了其他诸多方法的特点, 设计了一套基于综合信息的XLPE 电缆诊断方案。
[关键词] 交联聚乙烯; 高压电缆; 在线监测; 局部放电试验; 温度监测 [中图分类号]T M 726. 4 [文献标识码]A [文章编号]1006 3986(2009) 06 0038 02
Su mmary and D esign of On li ne M onitori ngM ethod for
XLPE H i gh voltage Cable
XU H ong y i , HUANG B in , GUO H e qing
2. H ubei E lectr ic Pow er Company, W uhan 430077, China )
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(1. Zhej i ang Zheneng Beilun Co. , Ltd . , N ingbo Zhejiang 315800, China;
[Abstract]A t presen, t off li n e m on itoring is still w il d l y used i n XLPE h i g h vo ltage cab le m a i n tenance . For the on li n e m on itoring , there are m any w ays to detect the XLPE h i g h vo ltage cab le ; ho w ever , these on line m ethods have so m e defects . By studying and research i n g the partia l discharge test and te m perat u re monitori n g , w e co m pare those o ther on li n e m on ito ri n g m ethods and desi g n an i n tegration syste m for the on li n e m on itoring
of XLPE H i g h vo ltage cable . [Key words]XLPE ; h i g h vo ltage cable ; ring
on line m onitori n g ; partial d ischarge tes; t
te mperature m on ito
1 XLPE 高压电缆在线监测基本方法
1. 1 局部放电试验法
局部放电法是通过电缆的绝缘本体存在一定大小的微孔时产生的局部放电信号对电缆进行监测、诊断。这种信号由于外界的绝缘介质的原因, 其表现的频率的大小也各不相同, 一般产生高频脉冲信号, 其频率一般在300k H z 以上。由于该信号会在电缆线路的屏蔽层传播, 这样可以在电缆外层屏蔽的接地线上, 通过高频电流互感器来耦合这类高频电流信号。
高频电流互感器法是利用当电力电缆某处发生局部放电时, 它会在此处产生一个高频脉冲电流信号的原理进行监测, 通过采集装置系统, 将高频TA 直接卡在电缆接地线上, 检测从局部放电点发出的脉冲信号, 进行耦合输出, 利用监测系统中的采集
[收稿日期] 2009 11 08
[作者简介] 徐红义(1968-), 男, 高级工程师。
器、处理器以及分析软件进行实时监测和分析。1. 2 温度监测方法
分布式光纤温度传感器是目前常用的电缆温度监测手段。这种可测量电缆纵向温度的分布式温度传感器, 使用单根光纤就可同时测量电缆多点故障时的温度。光纤本身可作为传感器, 即使被加入电缆也不受分布电流的影响, 而且还不需要维护。
2 各类监测方法性能比较
直流叠加法是在交流高压上再叠加直流电压, 这样在带电情况下测得的绝缘电阻与停电后加直流高压时的测试结果虽然很接近, 但是绝缘电阻与电缆绝缘剩余寿命的相关性并不很好, 分散性大。即使同一根电缆, 也难以仅靠测量其绝缘电阻值来预测其寿命。
直流分量法利用在外界电场作用下电缆因整流效应而产生的直流分量, 很难排除电动势Es 的影响。故仅作为电缆绝缘在线检测的综合判据之一。
tan 介损法反映电缆绝缘的整体缺陷水平。但
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部分水树生长而没击穿时, 引起绝缘电阻减少, 很难使tan 变化, 大大降低了检测精度。
接地电流法能反映绝缘局部缺陷的灵敏度与电缆负载大小、电缆长度、电缆分布参数有关, 对局部故障非常灵敏。但是对于三相电力电缆整体老化或受潮故障不灵敏。
在众多在线监测方法中, 技术较为成熟, 实用性和运行经验较丰富的方法主要是局部放电法、温度监测法。
电缆终端出现绝缘故障主要是在应力锥处, 因为应力锥处是电场变化的地方, 当结构设计或安装工艺出现问题时, 此处最容易发生局部放电。因此, UHF 和VH F 传感器要求尽量靠近应力锥。VHF 传感器套装在电缆终端磁套管与电缆连接处的电缆上, 此处距应力锥很近, 一旦电缆终端发生局部放电, VHF 传感器可以检测到局部放电信号, 并有足够的灵敏度。
对于温度信息的采集, 则采用分布式光纤、温度传感器, 对线缆的相应部位进行温度检测。3. 2 监测单元
针对综合监测方法的在线系统, 其监测单元采用DCS 总线形式。首先对传感器变送来的信号进行数据采集、预处理(主要是抑制干扰) 然后进行A /D转换及采集记录以及监测信息的传输。
综合监测系统采用分布式的监测单元, 各监测单元在信息采集和传输上相对独立, 因此只要在监测平台中增加相应的接口就能方便的增加和改变监测的方式, 为设备的改造和改进提供空间。
另一方面, 为了满足现场调试、检修等人员的需要, 监测信息除了传送到监控室外, 还可以直接传送给现场的便携式计算机, 通过便携式计算机作为临时的综合检测系统。3. 3 综合监测平台
综合监测平台为采集信息提供相应的接口和界面, 并针对其监测方式所需的数据处理、运算等提供处理平台, 将经过处理的信息显示和发送给输出设备。并通过人机交互界面, 提供在线采集、监测、分析、报警, 操控等功能。
直观的显示电缆接头、电缆桥架分布及电缆走向及现场各监测点位置, 各测点的实时测量值(局放信号、温度等) 。当监测值超过设定的报警阈值时, 系统自动报警, 并将报警设备的名称、位置以及报警的详细时间等信息, 在平面图上现实出来。3. 4 输出装置
包括显示器、打印机、预警装置等。通过这些设备将电缆的在线监测信息传递给相关工作人员, 并记录下来, 为设备的检修和维护提供实时运行数据; 同时, 在电缆出现故障隐患时发出预警信息, 提醒管理人员进行检修。3. 5 数据分析
根据温度监测单元, 试验分别测试了6个时间点的温度和湿度数据和绝缘电阻值。
(下转第76页)
3 基于综合信息的电缆监测方法
由于各种监测诊断方法都存在各自的缺陷, 因
此在XLPE 高压电缆监测系统中, 通常是针对高压电缆的实际运行环境, 采取多种方法进行复合诊断的。这样可以增加判定依据, 避免单一方法监测的漏判和虚警, 以提高监测的准确率。因此通过综合运用多种监测手段结合工程实践经验, 提高高压XLPE 的在线监测系统的实用性和准确性在未来将成为一种发展趋势。
结合上述电缆监测方法以及工程经验, 设计一种基于综合信息的电缆监测方法, 通过局部放电、温度信息作为监测的主要手段, 同时预留相应的接口, 可根据具体情况辅以电流、水位, 烟雾等监测信息进行综合监测与诊断。
针对高压XLPE 电缆的综合监测系统, 主要包括信息检出(传感器) 、监测单元、综合监测平台(工控机) 、以及输出装置等。3. 1 信息检出单元
由高频TA 和分布式光纤等检出反映待测设备状态的物理量(特征量) 并将其转换为合适的电信号。
基于前面介绍的局部放电法和温度检测法, 该在线检测系统同时采用VH F 和分布式光纤, 两种信息采集模块。
对于局放信号采用VH F(甚高频) 电磁耦合和UH F(特高频) 电缆局部放电检测相结合的方法分别通过1~100MH z 和500~1500MH z 两个频段进行检测。
采用VH F 和UH F 相结合的检测方法能具备UH F 良好的抗干扰特性因而可检测到真实的局部放电信号; 同时又能通过VHF 局放信号从复杂的背景噪声及接地回线干扰信号中提取出来并进行标定。这样即可以排除现场的干扰, 又可以检测到局部放电量的大小。
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制到AutoC AD 的安装文件夹下, 如:D:/Program
F iles/Auto CAD 2004中。
为了方便介绍后续内容, 假定Pwx . dvb 中只有
图2 绘制连续抛物线
1个模块hzpw x , 该模块中有2个过程sd_pwx 及k_pwx , 分别完成 由3点绘制抛物线 及 由k 值绘制抛物线 两个功能。
在Auto CAD 种调用本程序的方法有三种, 其中一劳永逸的方法就是创建两个按钮。三种程序调用方法如表1。
表1 程序调用方法
序号调用方法
功能指定3点, 绘制抛
物线
1
在命令行中执行
已知方程K 值, 绘制连续档断面图
具体操作
在AutoCAD 命令行中输入命令:
-vbarun P w x . dvb! hzp wx . sd_pwx
在AutoCAD 命令行中输入命令:
-vbarun P w x . dvb! hzp wx . k_pwx
在按钮特性中设置宏为:^C ^C-vbarun Pw x . dvb! h z pw x . s d _pw x 在按钮特性中设置宏为:^C ^C-vbarun Pw x . dvb! h z pw x . k _pwx
点取菜单 工具|宏|VBA管理器 , 加载 程序文件Pwx . dvb 后, 再点VBA 管理器窗口中的 宏 按钮, 选择对应的宏后, 点 运行 按钮即可。
断面图的坐标比例可以在程序中可以交互赋值, 如:变量=Th is D ra w ing . U tility . Get R eal( 请输入横坐标比例1:B 的B 值: )
2 具体程序流程
通过指定3点, 绘制抛物线的程序流程如下:第一步:从左至右依次指定一个档距内的3个点, 必须包含两侧杆塔挂点, 先指定第1点(即左侧杆塔挂点) 。第二步:指定第2点。第三步:指定第3点(即右侧杆塔挂点) 。第四步:请输入横坐标比例1:B 的B 值。第五步:如果需要计算张力, 请输入线绳单重(N/m) 。
已知方程系数K, 绘制连续档断面图的程序流程如下:
第一步:输入方程K 值。第二步:请输入横坐标比例1:B 的B 值。第三步:输入需要绘制抛物线的连续档档数。第四步:请按顺序依次输入所有杆塔挂点, 先指定第1点。第五步:指定第2点。第六步:指定第3点。
指定3点, 绘制抛物线
2
创建两个按钮
已知方程K 值, 绘制连续档断面图指定3点, 绘制抛物线
3
菜单调用
已知方程K 值, 绘制连续档断面图
3 程序安装及调用
假定工程文件名为Pwx. dvb, 先将Pwx. dvb 复(上接第39页)
其中测试电缆为日本东芝公司的220k V 1 630m (50A ) 单芯XLPE 高压充油电缆。分别测量了U 、V 、W 三相的绝缘电阻在不同测试点时的芯-地和屏蔽-地绝缘电阻值。
经测试, 对应的局放信号PD 均
基于XLPE 电缆的监测数据的精确性、系统连续工作的可靠性等尚待进一步提高; 一些XLPE 电缆在线监测项目的数据与例行性试验缺少可比性, 基于在线监测数据的分析标准尚未建立起来; 一些在线监测项目是以设备处于运行状态的某些表象特征开发的, 如电缆的温度、湿度等, 由于没有对应的例行试验项目相比照, 尚需进行大量的基础研究, 确认设备状态与监测数据之间是否存在、或者存在何种关联关系; 在线监测系统缺乏可互换、可扩展性。目前, 尽管电力电缆绝缘在线监测相关技术获得了快速发展, 但是电缆绝缘在线监测装置还不是很成熟, 各种原理均有其局限性, 且投资价格昂贵、对电缆的监测局限性较大, 工程实用性不是很高, 在此领域的发展仍需要大量的基础性研究和技术开发, 特别是监测结果与实验室试验结果的配合。
4 小结及展望
尽管在线监测优点显著, 方法多样, 但是, 除电容型设备等相对成熟的在线监测系统有少量应用外, 绝大多数仍以科技项目的形式仅有个别应用。其原因为: