電纜智能高壓接地箱的研發(fā)與應(yīng)用

引言

電纜在我國各行各業(yè)中的應(yīng)用十分普遍,這與其工藝簡單、便于安裝、質(zhì)輕耐熱、傳輸量大等優(yōu)勢密切相關(guān),而高壓接地箱作為高壓電纜接地線匯集的連接設(shè)備,很容易因監(jiān)測不力埋下安全隱患,因此我們迫切需要研發(fā)電纜智能高壓接地箱產(chǎn)品,使其在防盜的基礎(chǔ)上進一步確保電纜安全高效運行。

1電纜智能高壓接地箱的研發(fā)意義

對于高壓電纜而言,基于單端直接接地或交叉互聯(lián)雙端接地的金屬護層運行方式,通常對地感應(yīng)電壓和電流分別為幾十伏和十幾安,加之電力電纜基本采用的是固體絕緣,一般情況下屏蔽層只能實現(xiàn)單點接地,若其護套發(fā)生化學(xué)劣化、電熱劣化、失竊等損壞引發(fā)多點接地,則會導(dǎo)致金屬護套對地環(huán)流上升至危險值,只要接地系統(tǒng)被破壞,就會生成懸浮電壓擊穿外護套或燒毀保護器,甚至擊穿電纜主絕緣,即使定期進行人工巡視,此類事件也難以預(yù)防[1]。這是因為在高壓電纜金屬護套環(huán)流檢測這一日常運維檢測工作中,依靠的依然是滯后的持鉗型電流表,很難對接地環(huán)流進行實時有效的反映,不利于對電纜線路運行實時、歷史狀態(tài)的了解。因此,為安全起見,迫切需要研發(fā)電纜智能高壓接地箱,通過內(nèi)置電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)配以防盜設(shè)計,解決電纜溫度、環(huán)流實時在線監(jiān)測以及設(shè)備安全問題,為其可靠運行提供有力的支持和保障。具體的接地箱內(nèi)部功能模塊如圖1所示。

圖1接地箱內(nèi)部功能模塊圖

2電纜智能高壓接地箱的研發(fā)過程

2.1研發(fā)的理論基礎(chǔ)

對于高壓電纜在線監(jiān)測理論和方法,不同的專家學(xué)者有

著不同的認識和研究,如華中科技大學(xué)的環(huán)流法,即在電流互感器的作用下對護套接地環(huán)流進行監(jiān)測,通過分析其變化判斷是否存在多點接地故障:馬鞍山礦山研究院研發(fā)的電纜地線監(jiān)測裝置,可通過對地線連續(xù)性的監(jiān)測保護高壓設(shè)備與作業(yè)人員的安全:上海電力學(xué)院等大學(xué)提出的基于DSP芯片的電纜絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng),其中用于監(jiān)測環(huán)流信號的原理與電流互感器類似,且采用的鉗式傳感器操作靈活、使用安全:哈工大提出的監(jiān)測系統(tǒng)側(cè)重于三相電壓與電流信號的同步采集:武漢大學(xué)則是基于單相電流的增長幅度和三相電流的橫向比較作為判據(jù)進行狀態(tài)監(jiān)測等等。

2.2研發(fā)計劃和步驟

首先是明確系統(tǒng)目標。該系統(tǒng)至少應(yīng)具備以下功能和特點:在實時監(jiān)測的基礎(chǔ)上進行分級集中管理,結(jié)合查詢、統(tǒng)計等功能提升管理效果:能夠在及時告警、報警的同時自動判斷故障,實時持續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)有助于分析在負荷變化和不同狀況下的環(huán)流變化情況:代替原有的環(huán)流檢測模式,且升級人工檢查至電子測試,在實時掌握設(shè)備運行維護情況的同時,提高效率,節(jié)約成本[2]。

然后是設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)。電纜智能高壓接地箱的設(shè)計不僅要符合統(tǒng)一系統(tǒng)架構(gòu)要求,還要立足信息化建設(shè)水平,考慮與歷史數(shù)據(jù)、SCADA等系統(tǒng)的橫向集成,以及縱向接入的實現(xiàn),簡單地說就是隸屬于PMS系統(tǒng)平臺。至于系統(tǒng)架構(gòu)可設(shè)置兩部分,一是收集信息和轉(zhuǎn)化傳送信號的遠端采集系統(tǒng),二是處理信號、傳遞告警信息至維護人員并負責匯總的監(jiān)控中心。如果后期需要擴容,則增設(shè)RTU監(jiān)控點即可,并通過電話、聲光、短信等形式進行告警和通知,提醒相關(guān)人員加以防范。

最后是完善系統(tǒng)細節(jié)。如升級環(huán)流采集模塊、測溫傳感器等外殼的防護等級和防水等級,對于不同的使用現(xiàn)場和監(jiān)測數(shù)據(jù)設(shè)計不同的接地方式,增設(shè)環(huán)流監(jiān)測、環(huán)境檢測、圖像監(jiān)測、防盜報警等功能,可根據(jù)試安裝校驗數(shù)據(jù)精度、調(diào)整報警閾值等。

3電纜智能高壓接地箱的實現(xiàn)與應(yīng)用

3.1設(shè)計亮點

本文研發(fā)的電纜智能高壓接地箱中的三相電流互感器為非接觸脈沖型,可高效采集接地電纜環(huán)流數(shù)據(jù),且分別設(shè)于箱門閉合位置和頂帽位置的接觸式報警和傾斜報警防區(qū)裝置,在整體上大大降低了接地箱被盜的風險,有助于其保持安全狀態(tài):經(jīng)高壓高溫處理的SMC樹脂材料制成的箱體,不僅強度高而且防腐性能好,使得產(chǎn)品壽命有了一定的延長:同時,軟件監(jiān)控模塊的增設(shè)、無線通信技術(shù)的使用,可促進軟件的正常運行和測溫數(shù)據(jù)的高效傳輸:再者,接地箱接地組件做了鍍銀處理,增設(shè)了保護器,加上設(shè)于電纜井道內(nèi)壁的紅外水位傳感報警器,既有利于高壓電纜金屬屏蔽層的保護和接地系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,又能通過水位數(shù)據(jù)監(jiān)測環(huán)境狀態(tài);此外,經(jīng)環(huán)氧樹脂膠填充的全密封性箱體即使長期處于潮濕環(huán)境,也能在很大程度上保證電纜線路可靠供電等。這些創(chuàng)新設(shè)計為電纜智能高壓接地箱功能的拓展和實現(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ),該設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3.2模擬應(yīng)用

為更直觀地了解該電纜智能高壓接地箱的功能和優(yōu)勢,經(jīng)現(xiàn)場運行對接地箱主要模塊做了測試,其中環(huán)流主機和電流、電壓裝置焊接整齊美觀,無虛焊無短路,無破損無斷線,且密封性高,接地組件經(jīng)絕緣電阻、直流耐壓、沖擊電壓試驗后合格,且靜電、放電、射頻電磁場輻射等對設(shè)備無影響。同時,箱內(nèi)的電流采集模塊,因電流采樣、分辨率、轉(zhuǎn)換時間參數(shù)指標分別精確至0～500A、12bit和0.16mS,配以精確接地環(huán)流采集的設(shè)計,實現(xiàn)了對110kV及以上高壓電纜中每個金屬防護接地線電流的實時監(jiān)測和1～100A接地環(huán)流的定時巡檢以及精準測量,可以說將人工定期巡測接地環(huán)流取而代之,節(jié)約勞動力的同時還提高了維護效率。另一方面,接地環(huán)流的監(jiān)測還可與護層環(huán)流變化相結(jié)合,用于護層接地狀況、電纜線芯負荷、老化等情況的反映,這樣一來,當接地環(huán)流瞬間為零或突然減小時便可借助電纜狀態(tài)診斷模型判斷是否存在接地線或接地箱被盜的問題。測溫模塊則是在接地電纜外護套位置固定密封了測溫三極管,不僅可在24h內(nèi)在線連續(xù)監(jiān)測高壓電纜接頭溫度,還基于0.1℃的測量精度實現(xiàn)了對-55～＋125℃溫度的采集,對于運行人員全面而及時地掌握電纜護層和接頭情況大有助益。值得一提的是,除了基本的開門報警功能,在接地環(huán)流超限、電壓超限時也能及時自動報警。無論是箱門被打開還是撬開,智能接地箱都會發(fā)出120dB左右的警報聲,在監(jiān)控軟件呈現(xiàn)紅色字體的報警信息的同時還會自動撥打預(yù)設(shè)電話。最重要的是,內(nèi)部主機設(shè)備會實時拍攝當時的場景并存于SD卡中(200張左右）,需要的話可隨時將其遠程傳輸至監(jiān)控軟件。

4結(jié)語

總之,本文研發(fā)的電纜智能高壓接地箱測試合格,達到了設(shè)計目標,但距離推廣應(yīng)用還需要一定的時間,故我們要不斷研究和創(chuàng)新,逐步提升環(huán)流數(shù)據(jù)監(jiān)測水平,降低接地箱被盜風險,確保電纜運行更為安全、可靠。