核心提示：　　電力自動化設備電力電纜接頭故障的預警監(jiān)測系統(tǒng)王新超，潘貞存（山東大學電力工程學院，山東濟南250061）一種間接在線評估接頭電阻和絕老化的算法，從理論上驗證了接頭溫度與接頭質量的相關性。在此基礎上

　　電力自動化設備電力電纜接頭故障的預警監(jiān)測系統(tǒng)王新超，潘貞存（山東大學電力工程學院，山東濟南250061）一種間接在線評估接頭電阻和絕老化的算法，從理論上驗證了接頭溫度與接頭質量的相關性。在此基礎上介紹了基于上述機理而設計的電纜接頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)。通過實例分析說明了該機理的有效性和可信度，同時本系統(tǒng)的先進性和可靠性也得到了驗證。

　　在城市和大中型企業(yè)的供電系統(tǒng)中，越來越多地采用電力電纜輸配電。當供電距離較長時通常在線路上要出現(xiàn)電纜接頭，多年的運行經(jīng)驗顯示90%以上的電纜運行故障是由接頭故障引發(fā)的。通過進一步的分析表明，接觸電阻、過負荷等因素是引起接頭溫度過高，造成電纜接頭處絕緣老化或崩燒故障的主要原因。為此研制開發(fā)了能夠同時監(jiān)視多個電纜接頭溫度變化，實時顯示、定時打印記錄各接頭溫度值，并具有綜合分析報警功能的集散型電纜接頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)，以便運行人員能及時準確地了解電纜運行情況，有效地避免隱患事故發(fā)生，確保送電安全。

　　1溫度監(jiān)視的理論依據(jù)和算法探討無數(shù)次實踐證明接頭溫度是反映接頭質量的主要參數(shù)，當接頭接觸電阻增加時，其接頭溫度也必然升高。而長時間較高的溫度，又會導致接頭處絕緣老化。如果對接頭溫度進行連續(xù)檢測和優(yōu)化處理，便可及時分析和掌握接頭質量的變化，發(fā)現(xiàn)可能的故障隱患。為了弄清楚接頭電阻與溫度的變化關系，故作如下分析。

　　1.1接頭熱源接頭發(fā)熱主要是由流經(jīng)線路的電流在接頭電阻處的損耗所釋放出來的熱能，該熱能與流經(jīng)線路的電流平方及接頭電阻值成正比。

　　1.2熱的傳遞熱主要沿3個方向傳遞，即向導線兩方傳遞和經(jīng)過接頭絕緣皮向外傳遞。由于熱阻的存在，其溫度沿導線按一定的梯度分布，接頭處溫度最高，逐步衰減至一定距離達到環(huán)境溫度；沿接頭絕緣皮傳遞的熱，經(jīng)絕緣皮熱阻及一定范圍的空氣熱阻過渡到環(huán)境溫度。

　　1.3電力及熱力混合網(wǎng)絡圖中所標Ti代表裸接頭處溫度，T為電纜溝環(huán)境溫度，TX為測點溫度，Rx為接頭處接觸電阻，Ix由電流互感器測定的電纜電流，Rh是電纜兩端折算到接頭處的等效熱阻，Rm為接頭到溫度檢測單元的等效熱阻，RH2為溫度檢測單元到環(huán)境溫度處的等效熱阻。由于電纜帶有高電壓，從安全、安裝難易度和成本考慮，要直接取得T.代價比較高，因此在以后的分析中采用了間接溫度Tx.元件及材料的選擇是，測溫元件熱容量要小，測點與接頭間應注入高絕緣導熱好的材料，測點與環(huán)境間則使用絕熱材料。經(jīng)上述處理后，用Tx代替Ti的計算結果實際證明完全可以滿足工程計算的要求。

　　1.4算法及公式根據(jù)的混合網(wǎng)絡及相關定理，可以推導出電流、溫度及電阻的關系如下：例修正系數(shù)。

　　緣材料（高階聚合物）極易與氧等發(fā)生反應，導致降一般使用情況下當受到到溫度光照、外力作用時絕ish可KI身鍵盤實現(xiàn)。其6路滾動式WEDc顯示器bookmark5由上式可見，當用電設備正常運行時（其負荷電流不會變化很大），接頭電阻與溫差（Tx―T）成正比，也就是說可以將電纜頭的溫度作為電纜頭故障的預警信號。

　　除了極限預警情況下要及時對電纜頭采取措施外，在設備大修停電期間對非預警的電纜頭進行質量評估，找出隱患加以解決，則顯得更有意義。因為這時候的維修絲毫不會影響生產。

　　這類評估主要從接頭電阻是否已有質的變化，接頭絕緣老化程度等入手。由于接頭絕緣老化會使絕緣強度和密封性下降，帶來漏電和加速接頭氧化過程導致接頭壽命縮短等潛在隱患，對其正確評估是很有實用價值的。下面就針對這2個問題，探討評估的依據(jù)和方法。

　　在式（1）中，由于初始值參數(shù)不易取得（絕大多數(shù)溫度探頭都是在線路運行以后加上去的，即現(xiàn)有設備的技術改進），直接使用不方便。但在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，只要監(jiān)測最近一段時間內接頭電阻是否有了明顯的變化就可以找出隱患。假設ti時刻以前（一般可以取溫度探頭接入時刻）接頭性能良好，并作為標準與現(xiàn)在某個t2時刻的接頭性能進行比較，便可以取得接頭變化的比率（該比率可由時，它完全可作為一個檢測裝置獨立工作，其報警溫度設置、打印設置、采集路數(shù)設置等都可以瀏覽掛接上來的各個測點信號。這種獨立性設計正是要體現(xiàn)集散系統(tǒng)的特點，提高整個系統(tǒng)的可靠性。但這類現(xiàn)場工作站并不具備評估軟件和圖形顯示能力，其歷史記錄也僅有報警點記錄。這些優(yōu)化功能都由上位機來實現(xiàn)。

　　中繼單元主要有2個功能：a.向下定時按地址號碼查詢各現(xiàn)場采集處理工作站或向其轉達上級傳來的指令，取回信息并緩存及向上轉發(fā)；b服從上級計算機的設置，管理下級網(wǎng)絡，這些設置包括接入的站數(shù)、地址編號、信息內容、發(fā)送速率、定時間隔等。

　　值班員觀察站和工程師站都具有查詢與打印功能，但工作權限不一樣。工程師站除具備通常值班員觀察站的功能外，還具有報警溫度設置、內部網(wǎng)絡配置設置、采集數(shù)據(jù)管理等綜合功能。整個系統(tǒng)可通過網(wǎng)卡、集線器與企業(yè)內部局域網(wǎng)連接，以獲得相關數(shù)據(jù)支持。

　　3應用實例分析3.1溫度報警實例故障相A故障線號：重油加氫甲8 3（3號接頭）報警溫度：65C歷史記錄如（a）示。（998年5~7月）。

　　從負荷電流看，報警前2個月有一次電流負荷過高，經(jīng)查詢維修記錄是甲9號線增容更換電纜，部分負荷并入甲8線。故障結論：原接頭密封不好，電纜溝積水潮濕，接頭部分受腐蝕，加之經(jīng)受一次負荷沖擊，導致接頭電阻增加。處理措施：重新制作接頭。

　　本例中，電纜頭處溫差（Tx―T）曲線基本反映出接頭溫度的變化，盡管該曲線會受到負荷電流的影響，但作為故障報警信號還是可以的。對于環(huán)境配置相對較低、而可靠性要求較高的現(xiàn)場工作站（下位機）把溫差（Tx―T）曲線作為評判依據(jù)，使用起來更為方便。

　　3.2絕緣更新評估實例故障線號：重油加氫甲6 1（1號接頭）評估建議絕緣更新B相；建議級別：三級；歷史記錄如圖從負荷電流看，維修前約有一年半的時間負荷電流較大，溫度有較長時間停留在57*C.理論分析，可能是接頭原電阻本身偏高（盡管電阻評估未給出多大變化）。實地勘察顯示，絕緣層表面有細小裂縫，剖開外層內部有小洞并有刺鼻氣體放出。結論：原接頭質量不高，接頭溫度偏高，絕緣層提前出現(xiàn)老化。處理措施：修復接頭和絕緣層。

　　4結論本系統(tǒng)具有完整的數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理、顯示、打印及遠距離通信能力，并配有強大的軟件支持，從其設計結構上可以看出，它不僅能用于電纜接頭運行性能的動態(tài)監(jiān)測，還可配以其他檢測元件，實現(xiàn)對各種工業(yè)控制量的實時監(jiān)測。如使用氣敏元件，實現(xiàn)電纜溝或其他諸如危險氣體的輸送管道溝中，有害氣體濃度監(jiān)測等。

　　本系統(tǒng)已經(jīng)成功地投入齊魯石化勝利煉油廠重油加氫開閉所試運行。4年多來，該裝置性能穩(wěn)定、運行效果良好，已3次成功地檢測出故障隱患，減少直接損失一百多萬元，間接損失數(shù)百萬元，為企業(yè)帶來了巨大的效益，確保了廠區(qū)電網(wǎng)及生產的安全，具有很好的推廣價值。