電力電纜接頭故障在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)整體解決方案(已修改)
2025-05-05 04:21 本頁面
【正文】 電力電纜接頭故障在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)整體解決方案單 位：中國航天科工集團(tuán)六院六О一所 編 寫：胡 劍 日 期：二〇一一年三月目 錄第1章 引言 2第2章系統(tǒng)相關(guān)技術(shù) 2 電纜接頭測溫分析 22．2 GPRS技術(shù)的應(yīng)用及分析 5第3章 現(xiàn)場監(jiān)測裝置的介紹 9 9【產(chǎn)品概述】 9（GPRS可選） 13第4章 上位機(jī)管理系統(tǒng) 16 16 SCADA系統(tǒng)概述 16 2225電力電纜接頭故障在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)第1章 引言在城市的供電系統(tǒng)中，電力電纜越來越多。當(dāng)供電距離較長時通常在線路上要出現(xiàn)電纜接頭，多年的運行顯示90%以上的電纜運行故障是接頭故障引發(fā)的。通過進(jìn)一步的分析表明，接觸電阻、過負(fù)荷等因素是引起接頭溫度過高，造成電纜接頭絕緣老化或崩燒故障的主要原因。本文以東北電網(wǎng)有限公司重點科技計劃項目(城區(qū)電力電纜安全防火遠(yuǎn)程在線監(jiān)測系統(tǒng))為工程背景,針對城區(qū)電力電纜接頭數(shù)量大、分布范圍廣等特點,研制了一套新型電力電纜接頭故障在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)由現(xiàn)場裝置、無線通信網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)管理系統(tǒng)組成。 現(xiàn)場裝置對電纜接頭溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測。上位機(jī)系統(tǒng)完成對電纜接頭運行溫度的遠(yuǎn)程監(jiān)測、預(yù)警、報警及電纜接頭運行狀態(tài)的評估,同時,基于SCADA組件實現(xiàn)了GIS方式下的電纜接頭管理功能。利用GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了上位機(jī)與現(xiàn)場裝置之間的數(shù)據(jù)傳輸。 針對現(xiàn)場監(jiān)測裝置供電難的問題,以超級電容器為基礎(chǔ),專門設(shè)計并研制了一種新的現(xiàn)場裝置有效解決了現(xiàn)場監(jiān)測裝置供電的難點。 該系統(tǒng)適合城區(qū)大范圍電力電纜接頭故障在線監(jiān)測,具有廣闊的應(yīng)用前景。第2章系統(tǒng)相關(guān)技術(shù) 電纜接頭測溫分析 電纜接頭熱源分析接頭發(fā)熱主要是流經(jīng)線路的電流在接頭電阻處的損耗所釋放出來的熱能，該熱能與流經(jīng)線路的電流平方及接頭電阻成正比。 電纜接頭傳熱分析熱主要沿3個方向傳遞，即向?qū)Ь€兩方傳遞和經(jīng)過接頭絕緣皮向外傳遞。由于熱阻的存在，其溫度沿導(dǎo)線按一定的梯度分析，接頭處溫度最高，逐步衰減至一定距離到環(huán)境溫度；沿接頭絕緣皮傳遞的熱，經(jīng)絕緣皮熱阻及一定范圍的空氣熱阻過渡到環(huán)境溫度。 通過上述的分析和忽略一些次要因素，可以總結(jié)出如圖1所示的電力及熱力混合網(wǎng)絡(luò)圖。圖1 電纜接頭處電力及熱力混合網(wǎng)絡(luò)圖中所標(biāo)代表裸接頭處溫度，為電纜環(huán)境溫度，為測點溫度，為接頭處接觸電阻，是由電流互感器測定的電纜電流，為接頭到溫度檢測單元的等效熱阻，為溫度檢測單元到環(huán)境溫度處的等效熱阻。由于電纜帶有高電壓，從安全、安裝難易度和成本考慮，要直接取得代價比較高，因此在以后的分析中采用了間接溫度。元件及材料的選擇是，測溫元件熱容量要小，測點與接頭間應(yīng)注入高絕緣導(dǎo)熱好的材料，測點與環(huán)境間則使用絕熱材料。經(jīng)上述處理后，用代替的計算結(jié)果實際證明完全可以滿足工程計算的要求。 算法及公式根據(jù)圖1的混合網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)定理，可以推導(dǎo)出電流、溫度及電阻的關(guān)系如下：Rx=K??R0 (1)式中 ,為安裝初始測定值，K為比例修正系數(shù)。 由上式可見，當(dāng)用電設(shè)備正常運行時（其負(fù)荷電流不會變化很大），接頭電阻與溫差（）成正比，也就是說可以將電纜頭的溫度作為電纜頭故障的預(yù)警信號。除了極限預(yù)警情況下要及時對電纜頭采取措施外，在設(shè)備大修停電期間對非預(yù)警的電纜頭進(jìn)行質(zhì)量評估，找出隱患加以解決，則顯得更有意義。因為這時候的維修絲毫不會影響生產(chǎn)。這類評估主要從接頭電阻是否已有質(zhì)的變化，接頭絕緣老化程度等入手。由于接頭絕緣老化會使絕緣強(qiáng)度和密封性下降，帶來漏電和加速接頭氧化過程導(dǎo)致接頭壽命縮短等潛在隱患，對其正確評估是很有實用價值的。下面就針對這2個問題，探討評估的依據(jù)和方法。在式（1）中，由于初始值參數(shù)不易取得（絕大多數(shù)溫度探頭都是在線路運行以后加上去的，即現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)），直接使用不方便。但在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，只要監(jiān)測最近一段時間內(nèi)接頭電阻是否有了明顯的變化就可以找出隱患。假設(shè)t1時刻以前（一般可以取溫度探頭接入時刻）接頭性能良好，并作為標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)在某個t2時刻的接頭性能進(jìn)行比較，便可以取得接頭變化的比率（該比率可由式(1)推導(dǎo)出來），見式（2）。式（2）是t2時刻的接頭電阻與t1時刻的接頭電阻的比值，其中,；,分別為t2與t1時刻的對應(yīng)參數(shù)，可以把它們作為接頭電阻評估的依據(jù)。P= (2)由式（2）可以看出，t1時刻的參數(shù)是常數(shù)項，接頭電阻的變化只與t2時刻的溫度差及電流平方的比值有關(guān)，當(dāng)負(fù)荷電流運行較平穩(wěn)時，t2時刻的溫差可以反映出接頭質(zhì)量的大致變化（實際情況是，正常的接頭電阻值很小，即便是有一定電流的變化，產(chǎn)生的熱量也不大，且會迅速地被周圍的材料吸收掉，不可能產(chǎn)生較大的溫差），見式（3）。P (3)式（3）突出了故障的主要特征，簡化了運算。通過式（3），可以方便地設(shè)置一極限溫差，當(dāng)溫差越限時發(fā)出報警信號，以便對故障作出應(yīng)急處理。而式（2）則作為大修時，非預(yù)警的電纜頭是否維修的評判依據(jù)。引起絕緣材料老化的因素很多，機(jī)理復(fù)雜。在一般使用情況下，當(dāng)受到溫度等外界環(huán)境影響時，絕緣材料極易與氧等發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致降解同時產(chǎn)生氫氣、甲烷、二氧化碳等有害氣體或水，因而在絕緣層中形成細(xì)小的空洞或裂縫，使材料變脆、龜裂，降低了材料的絕緣強(qiáng)度和密封性。然而要總結(jié)出一種較精確的評估方法不太容易，不過實踐證明絕緣材料長時間地處于較高的溫度狀態(tài)下，其老化速度會加快。由此出發(fā)，可以提出溫度與時間積累的相關(guān)性為基礎(chǔ)的評估方案： =??? (4)式中為材料修正系數(shù)，為溫
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