引言

電纜在我國(guó)各行各業(yè)中的應(yīng)用十分普遍,這與其工藝簡(jiǎn)單、便于安裝、質(zhì)輕耐熱、傳輸量大等優(yōu)勢(shì)密切相關(guān),而高壓接地箱作為高壓電纜接地線(xiàn)匯集的連接設(shè)備,很容易因監(jiān)測(cè)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(jìn)一步確保電纜安全高效運(yùn)行。

1電纜智能高壓接地箱的研發(fā)意義

對(duì)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(hù)層運(yùn)行方式,通常對(duì)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(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地,若其護(hù)套發(fā)生化學(xué)劣化、電熱劣化、失竊等損壞引發(fā)多點(diǎn)接地,則會(huì)導(dǎo)致金屬護(hù)套對(duì)地環(huán)流上升至危險(xiǎn)值,只要接地系統(tǒng)被破壞,就會(huì)生成懸浮電壓擊穿外護(hù)套或燒毀保護(hù)器,甚至擊穿電纜主絕緣,即使定期進(jìn)行人工巡視,此類(lèi)事件也難以預(yù)防[1]。這是因?yàn)樵诟邏弘娎|金屬護(hù)套環(huán)流檢測(cè)這一日常運(yùn)維檢測(cè)工作中,依靠的依然是滯后的持鉗型電流表,很難對(duì)接地環(huán)流進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的反映,不利于對(duì)電纜線(xiàn)路運(yùn)行實(shí)時(shí)、歷史狀態(tài)的了解。因此,為安全起見(jiàn),迫切需要研發(fā)電纜智能高壓接地箱,通過(guò)內(nèi)置電纜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配以防盜設(shè)計(jì),解決電纜溫度、環(huán)流實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)以及設(shè)備安全問(wèn)題,為其可靠運(yùn)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(guò)程

2.1研發(fā)的理論基礎(chǔ)

對(duì)于高壓電纜在線(xiàn)監(jiān)測(cè)理論和方法,不同的專(zhuān)家學(xué)者有

著不同的認(rèn)識(shí)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(duì)護(hù)套接地環(huán)流進(jìn)行監(jiān)測(cè),通過(guò)分析其變化判斷是否存在多點(diǎn)接地故障:馬鞍山礦山研究院研發(fā)的電纜地線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置,可通過(guò)對(duì)地線(xiàn)連續(xù)性的監(jiān)測(cè)保護(hù)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(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),其中用于監(jiān)測(cè)環(huán)流信號(hào)的原理與電流互感器類(lèi)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(cè)系統(tǒng)側(cè)重于三相電壓與電流信號(hào)的同步采集:武漢大學(xué)則是基于單相電流的增長(zhǎng)幅度和三相電流的橫向比較作為判據(jù)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)等等。

2.2研發(fā)計(jì)劃和步驟

首先是明確系統(tǒng)目標(biāo)。該系統(tǒng)至少應(yīng)具備以下功能和特點(diǎn):在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行分級(jí)集中管理,結(jié)合查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)等功能提升管理效果:能夠在及時(shí)告警、報(bào)警的同時(shí)自動(dòng)判斷故障,實(shí)時(shí)持續(xù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有助于分析在負(fù)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(cè)模式,且升級(jí)人工檢查至電子測(cè)試,在實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行維護(hù)情況的同時(shí),提高效率,節(jié)約成本[2]。

然后是設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)。電纜智能高壓接地箱的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn),簡(jiǎn)單地說(shuō)就是隸屬于PMS系統(tǒng)平臺(tái)。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(hào)的遠(yuǎn)端采集系統(tǒng),二是處理信號(hào)、傳遞告警信息至維護(hù)人員并負(fù)責(zé)匯總的監(jiān)控中心。如果后期需要擴(kuò)容,則增設(shè)RTU監(jiān)控點(diǎn)即可,并通過(guò)電話(huà)、聲光、短信等形式進(jìn)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(xì)節(jié)。如升級(jí)環(huán)流采集模塊、測(cè)溫傳感器等外殼的防護(hù)等級(jí)和防水等級(jí),對(duì)于不同的使用現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)不同的接地方式,增設(shè)環(huán)流監(jiān)測(cè)、環(huán)境檢測(cè)、圖像監(jiān)測(cè)、防盜報(bào)警等功能,可根據(jù)試安裝校驗(yàn)數(shù)據(jù)精度、調(diào)整報(bào)警閾值等。

3電纜智能高壓接地箱的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

3.1設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

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(mén)閉合位置和頂帽位置的接觸式報(bào)警和傾斜報(bào)警防區(qū)裝置,在整體上大大降低了接地箱被盜的風(fēng)險(xiǎn),有助于其保持安全狀態(tài):經(jīng)高壓高溫處理的SMC樹(shù)脂材料制成的箱體,不僅強(qiáng)度高而且防腐性能好,使得產(chǎn)品壽命有了一定的延長(zhǎng):同時(shí),軟件監(jiān)控模塊的增設(shè)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的使用,可促進(jìn)軟件的正常運(yùn)行和測(cè)溫?cái)?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(hù)器,加上設(shè)于電纜井道內(nèi)壁的紅外水位傳感報(bào)警器,既有利于高壓電纜金屬屏蔽層的保護(hù)和接地系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,又能通過(guò)水位數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)環(huán)境狀態(tài);此外,經(jīng)環(huán)氧樹(shù)脂膠填充的全密封性箱體即使長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境,也能在很大程度上保證電纜線(xiàn)路可靠供電等。這些創(chuàng)新設(shè)計(jì)為電纜智能高壓接地箱功能的拓展和實(shí)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(guān)地了解該電纜智能高壓接地箱的功能和優(yōu)勢(shì),經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行對(duì)接地箱主要模塊做了測(cè)試,其中環(huán)流主機(jī)和電流、電壓裝置焊接整齊美觀(guān),無(wú)虛焊無(wú)短路,無(wú)破損無(wú)斷線(xiàn),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(yàn)后合格,且靜電、放電、射頻電磁場(chǎng)輻射等對(duì)設(shè)備無(wú)影響。同時(shí),箱內(nèi)的電流采集模塊,因電流采樣、分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間參數(shù)指標(biāo)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(jì),實(shí)現(xiàn)了對(duì)110kV及以上高壓電纜中每個(gè)金屬防護(hù)接地線(xiàn)電流的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和1～100A接地環(huán)流的定時(shí)巡檢以及精準(zhǔn)測(cè)量,可以說(shuō)將人工定期巡測(cè)接地環(huán)流取而代之,節(jié)約勞動(dòng)力的同時(shí)還提高了維護(hù)效率。另一方面,接地環(huán)流的監(jiān)測(cè)還可與護(hù)層環(huán)流變化相結(jié)合,用于護(hù)層接地狀況、電纜線(xiàn)芯負(fù)荷、老化等情況的反映,這樣一來(lái),當(dāng)接地環(huán)流瞬間為零或突然減小時(shí)便可借助電纜狀態(tài)診斷模型判斷是否存在接地線(xiàn)或接地箱被盜的問(wèn)題。測(cè)溫模塊則是在接地電纜外護(hù)套位置固定密封了測(cè)溫三極管,不僅可在24h內(nèi)在線(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)高壓電纜接頭溫度,還基于0.1℃的測(cè)量精度實(shí)現(xiàn)了對(duì)-55～＋125℃溫度的采集,對(duì)于運(yùn)行人員全面而及時(shí)地掌握電纜護(hù)層和接頭情況大有助益。值得一提的是,除了基本的開(kāi)門(mén)報(bào)警功能,在接地環(huán)流超限、電壓超限時(shí)也能及時(shí)自動(dòng)報(bào)警。無(wú)論是箱門(mén)被打開(kāi)還是撬開(kāi),智能接地箱都會(huì)發(fā)出120dB左右的警報(bào)聲,在監(jiān)控軟件呈現(xiàn)紅色字體的報(bào)警信息的同時(shí)還會(huì)自動(dòng)撥打預(yù)設(shè)電話(huà)。最重要的是,內(nèi)部主機(jī)設(shè)備會(huì)實(shí)時(shí)拍攝當(dāng)時(shí)的場(chǎng)景并存于SD卡中(200張左右）,需要的話(huà)可隨時(shí)將其遠(yuǎn)程傳輸至監(jiān)控軟件。

4結(jié)語(yǔ)

總之,本文研發(fā)的電纜智能高壓接地箱測(cè)試合格,達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo),但距離推廣應(yīng)用還需要一定的時(shí)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(cè)水平,降低接地箱被盜風(fēng)險(xiǎn),確保電纜運(yùn)行更為安全、可靠。