电力电缆接头故障的预警监测系统

2017-04-12 10:26:37 大云网　点击量：评论 (0)

核心提示：　　电力自动化设备电力电缆接头故障的预警监测系统王新超，潘贞存（山东大学电力工程学院，山东济南250061）一种间接在线评估接头电阻和绝老化的算法，从理论上验证了接头温度与接头质量的相关性。在

核心提示：　　电力自动化设备电力电缆接头故障的预警监测系统王新超，潘贞存（山东大学电力工程学院，山东济南250061）一种间接在线评估接头电阻和绝老化的算法，从理论上验证了接头温度与接头质量的相关性。在此基础上

　　电力自动化设备电力电缆接头故障的预警监测系统王新超，潘贞存（山东大学电力工程学院，山东济南250061）一种间接在线评估接头电阻和绝老化的算法，从理论上验证了接头温度与接头质量的相关性。在此基础上介绍了基于上述机理而设计的电缆接头温度监测系统。通过实例分析说明了该机理的有效性和可信度，同时本系统的先进性和可靠性也得到了验证。

　　在城市和大中型企业的供电系统中，越来越多地采用电力电缆输配电。当供电距离较长时通常在线路上要出现电缆接头，多年的运行经验显示90%以上的电缆运行故障是由接头故障引发的。通过进一步的分析表明，接触电阻、过负荷等因素是引起接头温度过高，造成电缆接头处绝缘老化或崩烧故障的主要原因。为此研制开发了能够同时监视多个电缆接头温度变化，实时显示、定时打印记录各接头温度值，并具有综合分析报警功能的集散型电缆接头温度监测系统，以便运行人员能及时准确地了解电缆运行情况，有效地避免隐患事故发生，确保送电安全。

　　1温度监视的理论依据和算法探讨无数次实践证明接头温度是反映接头质量的主要参数，当接头接触电阻增加时，其接头温度也必然升高。而长时间较高的温度，又会导致接头处绝缘老化。如果对接头温度进行连续检测和优化处理，便可及时分析和掌握接头质量的变化，发现可能的故障隐患。为了弄清楚接头电阻与温度的变化关系，故作如下分析。

　　1.1接头热源接头发热主要是由流经线路的电流在接头电阻处的损耗所释放出来的热能，该热能与流经线路的电流平方及接头电阻值成正比。

　　1.2热的传递热主要沿3个方向传递，即向导线两方传递和经过接头绝缘皮向外传递。由于热阻的存在，其温度沿导线按一定的梯度分布，接头处温度最高，逐步衰减至一定距离达到环境温度；沿接头绝缘皮传递的热，经绝缘皮热阻及一定范围的空气热阻过渡到环境温度。

　　1.3电力及热力混合网络图中所标Ti代表裸接头处温度，T为电缆沟环境温度，TX为测点温度，Rx为接头处接触电阻，Ix由电流互感器测定的电缆电流，Rh是电缆两端折算到接头处的等效热阻，Rm为接头到温度检测单元的等效热阻，RH2为温度检测单元到环境温度处的等效热阻。由于电缆带有高电压，从安全、安装难易度和成本考虑，要直接取得T.代价比较高，因此在以后的分析中采用了间接温度Tx.元件及材料的选择是，测温元件热容量要小，测点与接头间应注入高绝缘导热好的材料，测点与环境间则使用绝热材料。经上述处理后，用Tx代替Ti的计算结果实际证明完全可以满足工程计算的要求。

　　1.4算法及公式根据的混合网络及相关定理，可以推导出电流、温度及电阻的关系如下：例修正系数。

　　缘材料（高阶聚合物）极易与氧等发生反应，导致降一般使用情况下当受到到温度光照、外力作用时绝ish可KI身键盘实现。其6路滚动式WEDc显示器bookmark5由上式可见，当用电设备正常运行时（其负荷电流不会变化很大），接头电阻与温差（Tx―T）成正比，也就是说可以将电缆头的温度作为电缆头故障的预警信号。

　　除了极限预警情况下要及时对电缆头采取措施外，在设备大修停电期间对非预警的电缆头进行质量评估，找出隐患加以解决，则显得更有意义。因为这时候的维修丝毫不会影响生产。

　　这类评估主要从接头电阻是否已有质的变化，接头绝缘老化程度等入手。由于接头绝缘老化会使绝缘强度和密封性下降，带来漏电和加速接头氧化过程导致接头寿命缩短等潜在隐患，对其正确评估是很有实用价值的。下面就针对这2个问题，探讨评估的依据和方法。

　　在式（1）中，由于初始值参数不易取得（绝大多数温度探头都是在线路运行以后加上去的，即现有设备的技术改进），直接使用不方便。但在工程实践中发现，只要监测最近一段时间内接头电阻是否有了明显的变化就可以找出隐患。假设ti时刻以前（一般可以取温度探头接入时刻）接头性能良好，并作为标准与现在某个t2时刻的接头性能进行比较，便可以取得接头变化的比率（该比率可由时，它完全可作为一个检测装置独立工作，其报警温度设置、打印设置、采集路数设置等都可以浏览挂接上来的各个测点信号。这种独立性设计正是要体现集散系统的特点，提高整个系统的可靠性。但这类现场工作站并不具备评估软件和图形显示能力，其历史记录也仅有报警点记录。这些优化功能都由上位机来实现。

　　中继单元主要有2个功能：a.向下定时按地址号码查询各现场采集处理工作站或向其转达上级传来的指令，取回信息并缓存及向上转发；b服从上级计算机的设置，管理下级网络，这些设置包括接入的站数、地址编号、信息内容、发送速率、定时间隔等。

　　值班员观察站和工程师站都具有查询与打印功能，但工作权限不一样。工程师站除具备通常值班员观察站的功能外，还具有报警温度设置、内部网络配置设置、采集数据管理等综合功能。整个系统可通过网卡、集线器与企业内部局域网连接，以获得相关数据支持。

　　3应用实例分析3.1温度报警实例故障相A故障线号：重油加氢甲8 3（3号接头）报警温度：65C历史记录如（a）示。（998年5~7月）。

　　从负荷电流看，报警前2个月有一次电流负荷过高，经查询维修记录是甲9号线增容更换电缆，部分负荷并入甲8线。故障结论：原接头密封不好，电缆沟积水潮湿，接头部分受腐蚀，加之经受一次负荷冲击，导致接头电阻增加。处理措施：重新制作接头。

　　本例中，电缆头处温差（Tx―T）曲线基本反映出接头温度的变化，尽管该曲线会受到负荷电流的影响，但作为故障报警信号还是可以的。对于环境配置相对较低、而可靠性要求较高的现场工作站（下位机）把温差（Tx―T）曲线作为评判依据，使用起来更为方便。

　　3.2绝缘更新评估实例故障线号：重油加氢甲6 1（1号接头）评估建议绝缘更新B相；建议级别：三级；历史记录如图从负荷电流看，维修前约有一年半的时间负荷电流较大，温度有较长时间停留在57*C.理论分析，可能是接头原电阻本身偏高（尽管电阻评估未给出多大变化）。实地勘察显示，绝缘层表面有细小裂缝，剖开外层内部有小洞并有刺鼻气体放出。结论：原接头质量不高，接头温度偏高，绝缘层提前出现老化。处理措施：修复接头和绝缘层。

　　4结论本系统具有完整的数据采集、传输、处理、显示、打印及远距离通信能力，并配有强大的软件支持，从其设计结构上可以看出，它不仅能用于电缆接头运行性能的动态监测，还可配以其他检测元件，实现对各种工业控制量的实时监测。如使用气敏元件，实现电缆沟或其他诸如危险气体的输送管道沟中，有害气体浓度监测等。

　　本系统已经成功地投入齐鲁石化胜利炼油厂重油加氢开闭所试运行。4年多来，该装置性能稳定、运行效果良好，已3次成功地检测出故障隐患，减少直接损失一百多万元，间接损失数百万元，为企业带来了巨大的效益，确保了厂区电网及生产的安全，具有很好的推广价值。