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高压电缆接地环流在线监测系统
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一、前言
随着社会的发展，电缆及电缆隧道的长度不断增加，电压等级也逐步增高，电缆运行维护工作面临着巨大压力。据了解，目前国内大多数电力企业对高压电缆的运行状况基本还采用定期巡视和检查的办法，不仅造成人力和物力浪费，而且出现问题也不能及时发现，不能对高压电缆进行实时在线式监测。基于这种情况，建立一代化的管理手段对高压电缆运行状态进行实时在线监测，是保障高压电缆安全运行的必要手段。
高压电缆护层接地电流监测，可实现对高压接地环流的实时、在线式监测。此外，高压电缆在线监测系统还支持对高压电缆接头局部放电监测系统、电缆隧道环境监测系统、电缆隧道井盖集中监测系统、电缆隧道智能视屏监控等应用子系统的接入。
1．系统简介
110kV及以上单芯电缆的金属护层一般采用交叉互联双端接地或单端直接接地的运行方式。正常情况下金属护层对地只有几十伏的感应电压，几安到十几安的感应电流，电力电缆多采用固体绝缘的电缆，引起电缆发生劣化的原因较多，有电劣化、热劣化、化学劣化、机械劣化、失窃等，对于高压电缆（110kV及以上），其屏蔽层只能单点接地，如果电缆护套因化学、机械甚至鼠虫害等发生损坏而多点接地，金属护套对地环流就会上升至很危险的数值接地系统遭到破坏，金属护套的电压将由正常运行时的工频感应电压变为悬浮电压。当电缆金属一旦电缆护层上的悬浮电压将会上升到电缆外护套工频耐压容许值之上，在这种情况下将导致外护套击穿或护层保护器烧毁，更严重的会导致电缆主绝缘击穿等安全隐患。而电缆运行管理一般采取人工周期巡视的方式，特别是针对终端杆塔环流数据的采集较为困难，对测量环流人员的个人素质要求较高，并且存在一定的安全隐患，所以必须利用现有的科学技术手段，采取行之有效的监测环流措施。
高压电缆接地环流监测系统是由信号监测单元、数据通信单元、本地传感器单元组成，完成高压电缆接地环流、接地箱的环境温湿度检测，通过RS485/IEC61850通信模块将数据传送给本地监测屏柜。监测终端采用*的测量电路、高速MCU、性能稳定可靠的传感器，实现对监测信号的准确测量和数据可靠传输。
1.1 系统特点
☆ 能有效监测高压接地电缆环流数据，可自主设定预警值与报警值，且能时上传高压接地电缆环流数据。；
☆ 自带看门狗功能，如遇到运行异常状况，具备自动重启功能；
☆ 采用工业级元器件，抗高温85℃，耐低温－55℃；
☆ 全防水设计，IP67防水等级；
☆ 铝压铸外壳，恶劣环境下不受影响；
☆ 开放通讯协议，二次数据开发简便；
☆ 按国家电力行业标准设计。
2. 护层环流监测系统的工作原理
电缆护层电流在线监测装置由前端监测设备和后端监控中心组成，前端电流监测装置对高压电缆接头处加装0～100A单模精确CT电流互感器及精确接地环流采集装置实时监测110kV及以上高压电缆的每个高压电缆金属护层接地点的电流参数，可通过RS485/IEC61850通信方式把告警信息发送到监控中心，以便及时对发生故障的电缆进行更换或抢修。可实现对0～100A接地环流精确测量及定时巡检测量，取代传统人工方式的定期接地环流巡测，有效判断接地箱被盗或接地线被盗割。大大减轻现场测量的劳动强度，提高系统维护效率。
2.1装置主要组成部分
数据采集主机 电流互感器
2.2主机
装置具备多种数据接口直接与内置模块、传感器实现相应数据的采集功能；具备常供电与短供电两种工作模式的本地局部总线通讯端口，实现巡检采集、电源管理等功能；还有超限接地环流报警功能。
主机以模块化设计，具备多种扩展功能，可扩展三路护层电流接入。
主机具有防电磁干扰和防水处理能力，采用工业级元器件，抗高温85℃，耐低温-55℃。
技术参数名称 | 主要技术参数指标 |
输入电压范围 | DC 12V-24V |
工作电流 | 静态小于20毫安，工作状态下不超过30毫安 |
平均工作时间 | 大于30000小时 |
信息存储 | 支持本地信息存储，断电再次通电后可主动上传到综合智能数据管理平台 |
信息本地存储条数 | 不低于1000条 |
上行通讯方式 | RS485/IEC61850 |
下行通讯方式 | RS-485；4-20mA; |
本地局部总线通讯传输距离 | 半径不小于1公里 |
有线网络通讯 | 支持光纤网络传输 |
局部总线端口可复接终端设备数量 | 不少于16个 |
防护等级 | IP68 |
防爆标识 | ExdIIBT6 |
防尘等级 | 不低于 IEC529标准5级水平 |
电磁兼容性 | 满足GB9254-2007 |
满足GB17625.1-2003 | |
工作温度 | -55℃～+85℃ |
运行环境湿度 | 10%～95% |
2.3电流互感器
电流互感器
采用精密钳形电流互感器，用于0～100A精确接地环流采集并上报监控中心，内置瞬态大电流锁定和触发芯片及冲击保护电路，磁芯采用硅钢或坡莫合金，可以适应不同场合不同精度要求的电流测量。
传感器类型 | 技术参数名称 | 主要技术参数指标 |
电流数据采集 | 变比 | 100:0.333 |
一次额定电流 | 100A | |
二次额定电流 | 200mA | |
准确级 | 不低于5级 | |
额定频率 | 50Hz | |
额定二次负载 | 大于4Ω | |
二次瞬变工频耐压 | 不低于3000V/min | |
二次绕组匝间绝缘值 | 大于1000MΩ | |
接口 | 4～20mA | |
环境适应性要求 | 防护等级 | IP68 |
防尘等级 | 不低于 IEC529标准5级水平 | |
电磁兼容性 | 满足GB9254-2007 | |
满足GB17625.1-2003 | ||
工作温度 | -55℃～+85℃ |
2.4 高压电缆护层环流在线监测装置技术指标
☆ 上行通讯方式：IEC61850/RS485
☆ 下行通信方式RS485/4-20mA
☆ 可外接接地环流传感器数量：不小于3台
☆ 平均工作时间：大于50000小时
☆ 输入电压范围(工作电压) ：DC12V～24V
☆ 工作电流：*小3mA，*大120mA
☆ 防雷保护等级：不低于2级
☆ 瞬态过载锁定反应时间：450A 120ms 500A 70mS
☆ 静态功耗电流：小于0.6mA
☆ 支持传感器开启功耗：电压DC48V；电流（50mA，时间500ms）
☆ 支持传感器两次开启间隔时间：不低于15秒
☆ 支持传感器接口：SPI总线，4～20mA
☆ 防水性能：不低于IPX5
☆ 防尘等级：不低于IEC529标准5级水平
☆ 电磁兼容性：满足GB9254-1998 满足GB17625.1-5503
☆ 工作温度：-55℃ ～+85℃
☆ 运行环境湿度：15%~98%
☆ 大气压力：86~106kPa
三、现场安装图片
