電力電纜接頭故障的預警監測系統

2017-04-12 10:26:37 大云網　點擊量：評論 (0)

核心提示：　　電力自動化設備電力電纜接頭故障的預警監測系統王新超，潘貞存（山東大學電力工程學院，山東濟南250061）一種間接在線評估接頭電阻和絕老化的算法，從理論上驗證了接頭溫度與接頭質量的相關性。在

核心提示：　　電力自動化設備電力電纜接頭故障的預警監測系統王新超，潘貞存（山東大學電力工程學院，山東濟南250061）一種間接在線評估接頭電阻和絕老化的算法，從理論上驗證了接頭溫度與接頭質量的相關性。在此基礎上

　　電力自動化設備電力電纜接頭故障的預警監測系統王新超，潘貞存（山東大學電力工程學院，山東濟南250061）一種間接在線評估接頭電阻和絕老化的算法，從理論上驗證了接頭溫度與接頭質量的相關性。在此基礎上介紹了基于上述機理而設計的電纜接頭溫度監測系統。通過實例分析說明了該機理的有效性和可信度，同時本系統的先進性和可靠性也得到了驗證。

　　在城市和大中型企業的供電系統中，越來越多地采用電力電纜輸配電。當供電距離較長時通常在線路上要出現電纜接頭，多年的運行經驗顯示90%以上的電纜運行故障是由接頭故障引發的。通過進一步的分析表明，接觸電阻、過負荷等因素是引起接頭溫度過高，造成電纜接頭處絕緣老化或崩燒故障的主要原因。為此研制開發了能夠同時監視多個電纜接頭溫度變化，實時顯示、定時打印記錄各接頭溫度值，并具有綜合分析報警功能的集散型電纜接頭溫度監測系統，以便運行人員能及時準確地了解電纜運行情況，有效地避免隱患事故發生，確保送電安全。

　　1溫度監視的理論依據和算法探討無數次實踐證明接頭溫度是反映接頭質量的主要參數，當接頭接觸電阻增加時，其接頭溫度也必然升高。而長時間較高的溫度，又會導致接頭處絕緣老化。如果對接頭溫度進行連續檢測和優化處理，便可及時分析和掌握接頭質量的變化，發現可能的故障隱患。為了弄清楚接頭電阻與溫度的變化關系，故作如下分析。

　　1.1接頭熱源接頭發熱主要是由流經線路的電流在接頭電阻處的損耗所釋放出來的熱能，該熱能與流經線路的電流平方及接頭電阻值成正比。

　　1.2熱的傳遞熱主要沿3個方向傳遞，即向導線兩方傳遞和經過接頭絕緣皮向外傳遞。由于熱阻的存在，其溫度沿導線按一定的梯度分布，接頭處溫度最高，逐步衰減至一定距離達到環境溫度；沿接頭絕緣皮傳遞的熱，經絕緣皮熱阻及一定范圍的空氣熱阻過渡到環境溫度。

　　1.3電力及熱力混合網絡圖中所標Ti代表裸接頭處溫度，T為電纜溝環境溫度，TX為測點溫度，Rx為接頭處接觸電阻，Ix由電流互感器測定的電纜電流，Rh是電纜兩端折算到接頭處的等效熱阻，Rm為接頭到溫度檢測單元的等效熱阻，RH2為溫度檢測單元到環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T.代價比較高，因此在以后的分析中采用了間接溫度Tx.元件及材料的選擇是，測溫元件熱容量要小，測點與接頭間應注入高絕緣導熱好的材料，測點與環境間則使用絕熱材料。經上述處理后，用Tx代替Ti的計算結果實際證明完全可以滿足工程計算的要求。

　　1.4算法及公式根據的混合網絡及相關定理，可以推導出電流、溫度及電阻的關系如下：例修正系數。

　　緣材料（高階聚合物）極易與氧等發生反應，導致降一般使用情況下當受到到溫度光照、外力作用時絕ish可KI身鍵盤實現。其6路滾動式WEDc顯示器bookmark5由上式可見，當用電設備正常運行時（其負荷電流不會變化很大），接頭電阻與溫差（Tx―T）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警信號。

　　除了極限預警情況下要及時對電纜頭采取措施外，在設備大修停電期間對非預警的電纜頭進行質量評估，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。

　　這類評估主要從接頭電阻是否已有質的變化，接頭絕緣老化程度等入手。由于接頭絕緣老化會使絕緣強度和密封性下降，帶來漏電和加速接頭氧化過程導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，探討評估的依據和方法。

　　在式（1）中，由于初始值參數不易取得（絕大多數溫度探頭都是在線路運行以后加上去的，即現有設備的技術改進），直接使用不方便。但在工程實踐中發現，只要監測最近一段時間內接頭電阻是否有了明顯的變化就可以找出隱患。假設ti時刻以前（一般可以取溫度探頭接入時刻）接頭性能良好，并作為標準與現在某個t2時刻的接頭性能進行比較，便可以取得接頭變化的比率（該比率可由時，它完全可作為一個檢測裝置獨立工作，其報警溫度設置、打印設置、采集路數設置等都可以瀏覽掛接上來的各個測點信號。這種獨立性設計正是要體現集散系統的特點，提高整個系統的可靠性。但這類現場工作站并不具備評估軟件和圖形顯示能力，其歷史記錄也僅有報警點記錄。這些優化功能都由上位機來實現。

　　中繼單元主要有2個功能：a.向下定時按地址號碼查詢各現場采集處理工作站或向其轉達上級傳來的指令，取回信息并緩存及向上轉發；b服從上級計算機的設置，管理下級網絡，這些設置包括接入的站數、地址編號、信息內容、發送速率、定時間隔等。

　　值班員觀察站和工程師站都具有查詢與打印功能，但工作權限不一樣。工程師站除具備通常值班員觀察站的功能外，還具有報警溫度設置、內部網絡配置設置、采集數據管理等綜合功能。整個系統可通過網卡、集線器與企業內部局域網連接，以獲得相關數據支持。

　　3應用實例分析3.1溫度報警實例故障相A故障線號：重油加氫甲8 3（3號接頭）報警溫度：65C歷史記錄如（a）示。（998年5~7月）。

　　從負荷電流看，報警前2個月有一次電流負荷過高，經查詢維修記錄是甲9號線增容更換電纜，部分負荷并入甲8線。故障結論：原接頭密封不好，電纜溝積水潮濕，接頭部分受腐蝕，加之經受一次負荷沖擊，導致接頭電阻增加。處理措施：重新制作接頭。

　　本例中，電纜頭處溫差（Tx―T）曲線基本反映出接頭溫度的變化，盡管該曲線會受到負荷電流的影響，但作為故障報警信號還是可以的。對于環境配置相對較低、而可靠性要求較高的現場工作站（下位機）把溫差（Tx―T）曲線作為評判依據，使用起來更為方便。

　　3.2絕緣更新評估實例故障線號：重油加氫甲6 1（1號接頭）評估建議絕緣更新B相；建議級別：三級；歷史記錄如圖從負荷電流看，維修前約有一年半的時間負荷電流較大，溫度有較長時間停留在57*C.理論分析，可能是接頭原電阻本身偏高（盡管電阻評估未給出多大變化）。實地勘察顯示，絕緣層表面有細小裂縫，剖開外層內部有小洞并有刺鼻氣體放出。結論：原接頭質量不高，接頭溫度偏高，絕緣層提前出現老化。處理措施：修復接頭和絕緣層。

　　4結論本系統具有完整的數據采集、傳輸、處理、顯示、打印及遠距離通信能力，并配有強大的軟件支持，從其設計結構上可以看出，它不僅能用于電纜接頭運行性能的動態監測，還可配以其他檢測元件，實現對各種工業控制量的實時監測。如使用氣敏元件，實現電纜溝或其他諸如危險氣體的輸送管道溝中，有害氣體濃度監測等。

　　本系統已經成功地投入齊魯石化勝利煉油廠重油加氫開閉所試運行。4年多來，該裝置性能穩定、運行效果良好，已3次成功地檢測出故障隱患，減少直接損失一百多萬元，間接損失數百萬元，為企業帶來了巨大的效益，確保了廠區電網及生產的安全，具有很好的推廣價值。