電纜局放在線監(jiān)測系統(tǒng)技術方案

電纜耦合局放溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)技術方案目錄7378一、綜述 329328二、電纜耦合局放溫度在線監(jiān)測系統(tǒng) 3270632.1概述 3203642.2國內外發(fā)展現(xiàn)狀 4242892.3該系統(tǒng)的技術原理及功能簡述 4180022.3.1技術原理簡述 420152.3.2系統(tǒng)的功能和特點 5294522.4.系統(tǒng)結構 571012.4.1系統(tǒng)結構圖 5138092.4.2系統(tǒng)網絡圖 6291022.5各單元介紹 725272.5.1電纜局放耦合傳感器 7245142.5.2傳感器實物圖 7165492.5.3局放耦合傳感器性能 7318792.5.4無線溫度傳感器 8232122.5.5局放溫度監(jiān)測主機 9170382.6軟件部分 1073952.7局放溫度監(jiān)測重要性（現(xiàn)場事故案例） 11197472.8配置清單（單套） 12綜述目前全國大多數(shù)電力公司對電力隧道、溝道內主干電纜的管理還處于計劃檢修階段，一般采用定期巡視的方法對電纜的運行狀況進行檢查。從經濟角度和技術角度來說，計劃檢修都有很大的局限性，例如定期試驗和檢修造成了很大的直接和間接經濟浪費，許多絕緣缺陷和潛在的故障無法及時發(fā)現(xiàn)。隨著國家電力基礎設施投入的逐年增大，電力隧道的長度也正在迅速增加，由于運行維護人員的增長速度遠遠跟不上電力基礎設施的增長速度，致使電力隧道運行工作面臨著巨大壓力，再者隨著城市的加速發(fā)展，電力溝道和高壓管線的迅速增長，電力負荷的急劇增加，電力公司對隧道的運行維護工作面臨著巨大壓力：如何保證隧道內電纜不因過載、過熱等情況突發(fā)大的運行安全事故；隧道內積水、可燃氣體等不影響到供電系統(tǒng)的安全等新的要求，想解決當前面臨的種種問題，僅靠大量增加運行人員數(shù)量來應對電力隧道的迅速增長和管理壓力已經不現(xiàn)實，采用現(xiàn)代化的技術手段來提高電力隧道運行維護水平是當務之急。電纜是電纜網發(fā)生故障幾率較大的設施，分別通過傳感器耦合電纜的信號、傳感器對電纜接頭的局部放電對電纜進行監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，將其采集到的局部放電參量、溫度數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測中心，對電纜的運行狀態(tài)進行分析評估，實現(xiàn)電纜運行狀態(tài)的行時時監(jiān)控，從而為電力部門有效的預防事故災害的發(fā)生提供有力的的保障。電纜耦合局放溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)2.1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，我國城市電網中大量采用XLPE電力電纜輸配電。但是這種電纜的絕緣結構中往往會由于加工技術上的難度或原材料不純而存在氣隙和有害性雜質，或者由于工藝原因，在絕緣與半導電屏蔽層之間存在間隙或半導電體向絕緣層突出，在這些氣隙和雜質尖端處極易產生局部放電（PD），同時在電力電纜的安裝和運行過程當中也可能會產生各種絕緣缺陷導致局部放電。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致絕緣擊穿，造成嚴重事故。有關資料統(tǒng)計，電力系統(tǒng)中的電力電纜的事故主要發(fā)生在其接頭，事故原因很大程度上取決于接頭的施工條件和施工技術。為了保證電力電纜的安全運行，要求在接頭做好后進行耐壓和局部放電的試驗。同時，對已經進入運行的電纜也能經常測量其局部放電以評估其絕緣狀態(tài)。在工廠制造的電纜，出廠前必須經高壓耐壓試驗，檢驗有無局部放電。電纜在現(xiàn)場施工安裝好后也要做現(xiàn)場耐壓和局部放電測試，以保證能安全投入運行。IEC及世界各國都制定了相關的局部放電測試標準[4]，通過對局部放電的監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)絕緣系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，找出故障原因，保證電力電纜質量，保障電力系統(tǒng)安全可靠運行。電力電纜已經成為輸送電力的血管之一，而高壓電力電纜接頭又是電力電纜系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，容易發(fā)生故障。因此對電纜進行現(xiàn)場局部放電監(jiān)測、溫度監(jiān)測對實現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全運行，進而對經濟發(fā)展、社會穩(wěn)定都有重要的意義。2.2國內外發(fā)展現(xiàn)狀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。隨著電子技術的發(fā)展，在傳統(tǒng)的脈沖電流法的基礎上發(fā)展了基于寬頻帶檢測技術，應用數(shù)字信號處理方法進行抗干擾、定位和譜圖分析的計算機輔助的局部放電測量技術，大大推動了電纜局部放電測量技術的發(fā)展。2.3該系統(tǒng)的技術原理及功能簡述2.3.1技術原理簡述系統(tǒng)采用模塊化設計，其結構原理如圖所示。通過安裝電容耦合傳感器(在電纜接頭裝有防爆殼情況下，電容耦合主副傳感器分別包裹在電纜接頭兩側，盡量選擇接頭兩側1米范圍之內;在電纜接頭無防爆殼情況下，主傳感器包裹在電纜接頭上的一側，副傳感器包裹在電纜接頭另一側外電纜本體上，盡量選擇距離接頭1米范圍之內)，來耦合電纜接頭的局部放電脈沖電流信號(每一個中間接頭需配置2套電容耦合傳感器，其中1套安裝于監(jiān)測點位，用于采集局部放電信號，另1套安裝于電纜隧道的其他電纜回路上，主副傳感器的兩部分距離與電容耦合傳感器兩部分距離保持一致且平行安裝，若被監(jiān)測電纜附近無其他電纜，則可將噪聲傳感器安裝在所監(jiān)測電纜距離電容耦合傳感器5m處，用于采集噪聲信號);耦合到的脈沖信號通過同軸電纜傳送至監(jiān)測裝置，對模擬信號經過放大、模擬數(shù)字轉換后變成數(shù)據(jù)信號。測溫傳感器采用接觸式測溫，捆綁于電纜接頭處，通過無線射頻傳輸至溫度局放主機。2.3.2系統(tǒng)的功能和特點1）系統(tǒng)功能1.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)以及溫度數(shù)據(jù)，并可按照客戶要求，提供有關參數(shù)的統(tǒng)計量。2.最小測量放電量：1mV；測量頻率:3MHz－300MHz；放電脈沖分辨率：10μs；3.能顯示工頻周期放電圖、二維（q-φ,N-φ,N-q）及三維（N-q-φ）放電譜圖。4.利用Access構建的數(shù)據(jù)庫，可記錄測量相序、放電量、放電相位、測量時間等相關參數(shù)，可提供放電趨勢圖并具有預警和報警功能，可對數(shù)據(jù)庫進行查詢、刪除、備份以及打印報表等。2）系統(tǒng)特點1.抗干擾能力強，系統(tǒng)采用寬頻帶檢測技術，應用雙傳感器定向耦合脈沖信號并利用寬頻差動電流脈沖極性鑒別法進行在線的干擾抑制，以剔除最難消除的隨機脈沖型干擾；再加上設置閥值電壓、數(shù)字濾波、小波分析等其他綜合抗干擾措施，使測量結果準確可靠。2.采用虛擬儀器技術，將硬件模塊與計算機結合，利用LabVIEW編寫軟件，通過界面操作，實現(xiàn)各種功能，并便于進一步開拓。2.4.系統(tǒng)結構2.4.1系統(tǒng)結構圖該系統(tǒng)系統(tǒng)由多個模塊構成，分別為：傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)服務器模塊以及數(shù)據(jù)傳輸模塊構成。電纜接頭在線監(jiān)測系統(tǒng)分布式結構，即電纜接頭局放信號通過分布在各個監(jiān)測點的高速采集模對信號進行選通、放大、采集，轉換成數(shù)字信號，經過通信協(xié)議，把數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)服務器，由數(shù)據(jù)服務器統(tǒng)一對信號進行計算、分析操作。典型系統(tǒng)包括：主站計算機系統(tǒng)（網絡通信接口、軟件平臺和專用軟件）高速數(shù)據(jù)采集模塊工頻觸發(fā)模塊信號多路選通調理模塊電源模塊系統(tǒng)說明：每個電纜接頭放置一個檢測裝備，各個采集單元分布安裝于被測電纜接頭設備附近，通過4G，以數(shù)字通訊的方式與數(shù)據(jù)服務器通訊。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲于主站計算機數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫格式符合國家電網公司狀態(tài)維修支撐平臺對在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫格式的要求。2.4.2系統(tǒng)網絡圖信號采集單元與數(shù)據(jù)服務器是通過標準的TCP/IP協(xié)議進行通信。每個信號采集單元需要一個獨立的局域網內的IP地址，數(shù)據(jù)服務器也需要一個獨立的局域網內的IP地址，信號采集時，是由數(shù)據(jù)服務器來發(fā)送采集命令，逐次采集各個點的放電信號，并接收由各個測量點通過光纖局域網所傳回的數(shù)據(jù)。然后在數(shù)據(jù)服務器上進行分析，計算后傳輸給中心數(shù)據(jù)庫。2.5各單元介紹2.5.1電纜局放耦合傳感器傳感器由耦合電路、信號天線、尼龍外殼、防水接頭和捆綁扎帶組成。天線耦合到將放電信號后傳至主機分析。為了抑制干擾，提高信噪比，并考慮到防雨、防塵等要求，耦合天線及濾波采樣單元都安裝在金屬屏蔽盒中。2.5.2傳感器實物圖局放耦合傳感器2.5.3局放耦合傳感器性能頻帶：3M-100MHz（局放耦合傳感器有效頻段）靈敏度：≤5pC檢測范圍：5pC～10000pC輸出接口：標準BNC或N型接口校正接口：標準BNC或N型接口環(huán)境溫度：-40℃～85℃電纜局放耦合傳感器實驗室條件下測試放電信號波形圖（b）電纜局放耦合傳感器的脈沖響應及頻譜分析2.5.4無線溫度傳感器序號項目描述備注1主體尺寸?35*36mm3整體重量≤55g4防護等級IP685溫度測量范圍－40℃～＋125℃6測量精度0~80℃：±1℃、-25~115℃：±1.5℃、-40℃~125℃：±2℃最大值7分辨率0.1℃8測量間隔時間30s9上傳間隔時間5min～15min出廠前可調10通訊頻段433MHz其他可定制11通訊距離≥50m（空曠條件）天線內置于傳感器本體12供電方式微光取電+電容+電池100流明光照即可工作13待機功耗≤5uA14發(fā)射功率+13dbm15理論壽命10年2.5.5局放溫度監(jiān)測主機監(jiān)測過程及原理：接收傳感器從電纜接頭處檢測到的放電信號，進行濾波、放大、AD轉換，然后將轉換后的數(shù)字信號進行運算、分析、處理后進行存儲和轉發(fā)，最后將數(shù)據(jù)送至監(jiān)控后臺。局放局放監(jiān)測主機（通道數(shù)可定制）主機性能指標，如下：序號序號參數(shù)名稱單位參數(shù)值1監(jiān)測頻段\3MHz～300MHz2監(jiān)測原理\電容耦合4監(jiān)測內容\局放5系統(tǒng)測量范圍-80~-20dbm6通信方式MHzRS4857系統(tǒng)靈敏度m≤17.6dBV/m8IP等級IP689動態(tài)范圍db≥60dB10工作溫度\-25℃至70℃11環(huán)境濕度\10-90％RH，無冷凝12額定電壓\AC220V±15％14功耗W≤35W主機安裝圖片：2.6軟件部分系統(tǒng)采用虛擬儀器技術軟件作為采集和分析軟件的開發(fā)平臺，保證抗干擾技術的良好實現(xiàn)。系統(tǒng)軟件可分為參數(shù)設定、數(shù)據(jù)采集、抗干擾處理、譜圖分析、趨勢分析、數(shù)據(jù)整理及報表等部分。系統(tǒng)特點：1）子系統(tǒng)帶有診斷功能，自動對比典型圖譜2）通信