概述

35kV以上的电缆主要采用带有金属护层的单芯电缆。因单芯电缆金属护层与芯线中交流电流产生的磁力线相铰链，使其两端出现较高的感应电压，故需采取合适的接地措施，使感应电压处在安全电压范围内（通常不超过50V，有安全措施时不超过100V）。通常短线路单芯电缆的金属护层采用一端直接接地和另一端经间隙或保护电阻接地的方式；长线路单芯电缆金属护层则采用三相分段交叉互联两端接地的方式。不论采用哪种接地方式，良好的护层绝缘都是必要的，当电缆护层绝缘发生损伤时，将使金属护套多点接地，从而产生护层循环电流，增加护套的损耗，影响电缆的载流能力，严重时甚至使电缆严重发热而烧毁。同时，保证高压电缆线路金属层护套直接接地点的接地良好也十分重要，如果接地点由于各种原因不能有效接地，那么电缆金属护套的电位就会急剧升到几千伏甚至上万伏，很容易把电缆外护套击穿并在击穿点持续放电，造成电缆外护套温度升高甚至着火燃烧。

IM2201C电缆护层综合在线监测装置采用了环流法原理，即：单芯电缆金属护套在正常情况下（即一点接地），金属护套上环流极小，主要是容性电流，而一旦金属护套出现多点接地与大地形成回路后，环流显著增加，严重时可达主电流的90%以上。实时监测金属护套环流及其变化量，即可实现单芯电缆金属护套多点接地故障的在线监测，从而及时准确的发现接地故障，从根本上避免电缆事故的发生，保证电缆安全、可靠的运行。

2   环流产生的原理

由电缆结构了解到，其外部是金属护层，当传导电能时，在线芯中的电流，会与外层金属护层产生切割现象的电磁感应。由于电磁感应会在金属护层上形成电动势，称为感应电压。其强弱与电流有关。当电流增大时，电压也增大，是一种递增关系。过大的电压会对护层造成影响，甚至造成电缆击穿。因此，电缆每隔一段距离都要接一条接地线，目的就是释放护层上积累的感应电压，这样金属护层就与大地形成一条通路，在感应电压的影响下形成回路电流，将这个电流称为电缆护层环流。

图1   电缆的结构

1——线芯，2——绝缘层，3——金属护层，4——外护层

环流过大的危害

（1）运行高压电缆金属护层系统环流的增大,使得电缆金属护层损耗剧增,电缆的温升增加,严重时或导致电缆过热甚至着火燃烧。

（2）运行高压电缆金属护层环流大大增加了电缆传输电能的能量损失,降低了电缆的传输效率，造成严重的资源浪费。

（3）运行高压电缆金属护层环流,加速了电缆绝缘的老化,缩短了电缆的正常使用寿命。

（4）使交叉互联连接处发热，若长期运行的电缆护层环流较大，而电缆交叉互联处接触不好，会引起交叉互联处发热。从设计角度及运行经验来看，若运行中保证交叉互联接触良好，将不会产生发热问题。

高压交流电缆在线监测系统典型方案

环流的监测主要在交叉互联箱的位置进行测量。

图2   高压电缆在线监测典型方案

电缆环流在线监测的国网标准与通知

   系统构成

监测装置由监测主机和电流互感器、温度及防盗割传感器等组成。开口式电流互感器安装于电缆护层接地线及主缆上，经转换为二次信号后引入监测装置。温度传感器用于对电缆温度进行监测，防盗割传感器对环流接地线进行防盗割监测。

以上所有监测接口可根据客户需求增减。

电缆护层综合在线监测系统组成如下图：

监测传感器安装位置示意图

功能特点

（1）实时监测三相电缆的护层接地电流、总接地电流及任意相主缆运行电流；

（2）实时监测三相电缆接头温度；

（3）实时对电缆护层接地线防盗割监测；

（4）监测时间间隔可设置；

（5）报警参数及是否允许相应监测参数产生报警可设置；

（6）统计设置时间段内的值、最小值、平均值；

（7）实时监测统计周期内单相接地电流值最小值比，并进行报警处理；

（8）实时监测统计周期内接地电流与负荷比值，并进行报警处理；

（9）实时监测统计周期内单相接地电流变化率，并进行报警处理；

（10）可任意时刻发送测量数据；

（11）可某个或多个监测参数报警时，向手机发送报警信息；

（12）实时测量装置输入电压；

（13）所有监测数据均有时间标签，保证数据的性；

（14）所有监测传感器可根据用户要求进行增减配置；

（15）多种数据传输接口：RS485接口、RJ45、GPRS、GSM短信，可同时使用一种或多种数据传输模式；

（16）支持远程维护和升级；

（17）采用低功耗设计，支持多种电源供电方式：CT感应取电、AC-DC电源、直流电供电及电池供电；

（18）全部采用工业级元件，具有良好的可靠性、稳定性；

（19）单元式全封闭结构设计，易于安装，所有部件均采取紧锁措施，

   抗振性能好，并且更换拆卸方便；

（20）全封灌结构：环氧树脂封灌、无外露元件、不进水，支持IP68防护等级。

（21）可靠性高、免维护。

设备外观与内部封装状态

     箱体外壳采用铸铝机箱，也可定制不锈钢机箱；

所有元件全部进行环氧树脂封灌；

使用高可靠防水航插接着。

技术指标

监测参量

电磁兼容特性

通信接口及支持协议

RS485接口

l 波特率：2400bps、9600bps、19200bps可设置

l 数据长度：8位；

l 起始位：1位；

l 停止位：1位；

l 校验：无校验；

目前RS485接口已经支持协议如下：

1）我公司私有协议（对外开放，提供PC机测试程序，开源）；

2）支持标准Modbus RTU协议。

GSM/GPRS接口

l 工作频段： 4频，850 MHz/900 MHz/1800 MHz/1900 MHz ；

l GSM中英文短消息；

l GPRS class 10，下行速率85.6 kbit/s，上行速率42.8 kbit/s，支持TCP/IP、UDP、FTP、HTTP协议。

目前GPRS数据接口已经支持协议如下：

1）我公司私有协议（对外开放，提供PC机测试程序，开源）；

2）中文短信协议（对于不方便架设网络的情况）；

3）阿里云物联网云平台；

4）广东电网输电线路状态监测系统规约 V1.3。

光纤接口

2个100Base-FX光口；

支持环网冗余技术，支持多种环网结构；

网络故障自愈时间＜20ms。

以太网接口

速率：10/100 Mbps，MDI/MDIX交叉直连自动切换；

保护：1.5KV电磁隔离；

网络协议：TCP，UDP，ARP，ICMP，DHCP，DNS，HTTPD Client。

光纤及以太网接口支持协议如下：

1）支持协议同GPRS链路；

2）Modbus TCP协议。

供电方式

12.1   交流电源供电方式

电压：85~305VAC；

频率：47~63Hz；

功率：≤8W。

具有以下特性：

1）过压过流保护；

2）防浪涌性能满足4级标准；

3）工作温度范围：-40°C～+85°C。

电池供电方式

有些地区无法为监测设备提供交流源，用户可选择电池供电，设备进行低功耗工作模式。可使电池使用3至4年。

CT取电供电方式

有以下特点：

1）启动电流小，当主缆电流达到25A时即可满足设备的正常工作；

2）持续负荷电流1200A；

3）可承受大冲击电流，30kA持续4秒；

3）设置过热、过载保护 ；

4）可多CT取电，提高输出功率。

软件界面

我公司提供通信端口测试软件、网络客户端访问及手机APP。

现场安装图片

    现场情况分为：城市地下管廊、地下电缆沟、地下电缆转架空线

城市地下管廊

      此种情况电缆护套在城市地下管廊接地，设备安装在地下管廊内，直接在接地线取三相接地线电流信号，通过RS485、或者RJ45信号向后台传输数据。

地下电缆沟

    此种情况电缆护套在接地井里面接地，设备安装在接地井内，直接在接地井里面取三相接地线电流信号，通过RS485、GSM/GPRS信号向后台传输数据。

地下电缆转架空线

    此种情况电缆在杆塔上接地，设备安装在杆塔上，取三个单相接地线电流信号，分别通过三个GSM/GPRS模块或者有线通信方式向后台传输信号。