电缆智能高压接地箱的研发与应用

引言

电缆在我国各行各业中的应用十分普遍,这与其工艺简单、便于安装、质轻耐热、传输量大等优势密切相关,而高压接地箱作为高压电缆接地线汇集的连接设备,很容易因监测不力埋下安全隐患,因此我们迫切需要研发电缆智能高压接地箱产品,使其在防盗的基础上进一步确保电缆安全高效运行。

1电缆智能高压接地箱的研发意义

对于高压电缆而言,基于单端直接接地或交叉互联双端接地的金属护层运行方式,通常对地感应电压和电流分别为几十伏和十几安,加之电力电缆基本采用的是固体绝缘,一般情况下屏蔽层只能实现单点接地,若其护套发生化学劣化、电热劣化、失窃等损坏引发多点接地,则会导致金属护套对地环流上升至危险值,只要接地系统被破坏,就会生成悬浮电压击穿外护套或烧毁保护器,甚至击穿电缆主绝缘,即使定期进行人工巡视,此类事件也难以预防[1]。这是因为在高压电缆金属护套环流检测这一日常运维检测工作中,依靠的依然是滞后的持钳型电流表,很难对接地环流进行实时有效的反映,不利于对电缆线路运行实时、历史状态的了解。因此,为安全起见,迫切需要研发电缆智能高压接地箱,通过内置电缆在线监测系统配以防盗设计,解决电缆温度、环流实时在线监测以及设备安全问题,为其可靠运行提供有力的支持和保障。具体的接地箱内部功能模块如图1所示。

图1接地箱内部功能模块图

2电缆智能高压接地箱的研发过程

2.1研发的理论基础

对于高压电缆在线监测理论和方法,不同的专家学者有

着不同的认识和研究,如华中科技大学的环流法,即在电流互感器的作用下对护套接地环流进行监测,通过分析其变化判断是否存在多点接地故障:马鞍山矿山研究院研发的电缆地线监测装置,可通过对地线连续性的监测保护高压设备与作业人员的安全:上海电力学院等大学提出的基于DSP芯片的电缆绝缘在线监测系统,其中用于监测环流信号的原理与电流互感器类似,且采用的钳式传感器操作灵活、使用安全:哈工大提出的监测系统侧重于三相电压与电流信号的同步采集:武汉大学则是基于单相电流的增长幅度和三相电流的横向比较作为判据进行状态监测等等。

2.2研发计划和步骤

首先是明确系统目标。该系统至少应具备以下功能和特点:在实时监测的基础上进行分级集中管理,结合查询、统计等功能提升管理效果:能够在及时告警、报警的同时自动判断故障,实时持续的监测数据有助于分析在负荷变化和不同状况下的环流变化情况:代替原有的环流检测模式,且升级人工检查至电子测试,在实时掌握设备运行维护情况的同时,提高效率,节约成本[2]。

然后是设计系统架构。电缆智能高压接地箱的设计不仅要符合统一系统架构要求,还要立足信息化建设水平,考虑与历史数据、SCADA等系统的横向集成,以及纵向接入的实现,简单地说就是隶属于PMS系统平台。至于系统架构可设置两部分,一是收集信息和转化传送信号的远端采集系统,二是处理信号、传递告警信息至维护人员并负责汇总的监控中心。如果后期需要扩容,则增设RTU监控点即可,并通过电话、声光、短信等形式进行告警和通知,提醒相关人员加以防范。

最后是完善系统细节。如升级环流采集模块、测温传感器等外壳的防护等级和防水等级,对于不同的使用现场和监测数据设计不同的接地方式,增设环流监测、环境检测、图像监测、防盗报警等功能,可根据试安装校验数据精度、调整报警阈值等。

3电缆智能高压接地箱的实现与应用

3.1设计亮点

本文研发的电缆智能高压接地箱中的三相电流互感器为非接触脉冲型,可高效采集接地电缆环流数据,且分别设于箱门闭合位置和顶帽位置的接触式报警和倾斜报警防区装置,在整体上大大降低了接地箱被盗的风险,有助于其保持安全状态:经高压高温处理的SMC树脂材料制成的箱体,不仅强度高而且防腐性能好,使得产品寿命有了一定的延长:同时,软件监控模块的增设、无线通信技术的使用,可促进软件的正常运行和测温数据的高效传输:再者,接地箱接地组件做了镀银处理,增设了保护器,加上设于电缆井道内壁的红外水位传感报警器,既有利于高压电缆金属屏蔽层的保护和接地系统的稳定运行,又能通过水位数据监测环境状态;此外,经环氧树脂胶填充的全密封性箱体即使长期处于潮湿环境,也能在很大程度上保证电缆线路可靠供电等。这些创新设计为电缆智能高压接地箱功能的拓展和实现奠定了良好的基础,该设备主要技术参数如表1所示。

3.2模拟应用

为更直观地了解该电缆智能高压接地箱的功能和优势,经现场运行对接地箱主要模块做了测试,其中环流主机和电流、电压装置焊接整齐美观,无虚焊无短路,无破损无断线,且密封性高,接地组件经绝缘电阻、直流耐压、冲击电压试验后合格,且静电、放电、射频电磁场辐射等对设备无影响。同时,箱内的电流采集模块,因电流采样、分辨率、转换时间参数指标分别精确至0～500A、12bit和0.16mS,配以精确接地环流采集的设计,实现了对110kV及以上高压电缆中每个金属防护接地线电流的实时监测和1～100A接地环流的定时巡检以及精准测量,可以说将人工定期巡测接地环流取而代之,节约劳动力的同时还提高了维护效率。另一方面,接地环流的监测还可与护层环流变化相结合,用于护层接地状况、电缆线芯负荷、老化等情况的反映,这样一来,当接地环流瞬间为零或突然减小时便可借助电缆状态诊断模型判断是否存在接地线或接地箱被盗的问题。测温模块则是在接地电缆外护套位置固定密封了测温三极管,不仅可在24h内在线连续监测高压电缆接头温度,还基于0.1℃的测量精度实现了对-55～＋125℃温度的采集,对于运行人员全面而及时地掌握电缆护层和接头情况大有助益。值得一提的是,除了基本的开门报警功能,在接地环流超限、电压超限时也能及时自动报警。无论是箱门被打开还是撬开,智能接地箱都会发出120dB左右的警报声,在监控软件呈现红色字体的报警信息的同时还会自动拨打预设电话。最重要的是,内部主机设备会实时拍摄当时的场景并存于SD卡中(200张左右）,需要的话可随时将其远程传输至监控软件。

4结语

总之,本文研发的电缆智能高压接地箱测试合格,达到了设计目标,但距离推广应用还需要一定的时间,故我们要不断研究和创新,逐步提升环流数据监测水平,降低接地箱被盗风险,确保电缆运行更为安全、可靠。