高压电缆监控

高压电缆监控（精选8篇）

高压电缆监控 篇1

摘要：随着电缆网络覆盖的范围越来越广,传统的周期巡视和计划检修管理模式存在很大的局限。文章针对青岛电网的电力电缆运维管理存在的问题,提出采用高压电缆及通道多状态综合监控系统实现电缆的“可控、在控”,阐述了几种状态监测的原理及应用方案,分析研究了该系统的实际应用,并对高压电缆及通道多状态综合监控系统的应用与维护提出建议。

关键词：高压电缆,电缆通道,多状态综合监控

0 引言

青岛供电公司目前所管辖的3 5 k V及以上电压等级电缆共2 2 8回1069.7km,其中220k V电缆共1 0 回4 0 . 1 k m , 1 1 0 k V电缆共4 9回172.9km,35k V电缆共169回856.7km,电力隧道400多km。近几年,随着城市的快速发展,电缆线路与电缆通道呈迅猛增长趋势[1],电缆网络覆盖的范围越来越广。

目前, 国内电缆运维管理大都还是周期巡视和计划检修的管理模式,这种管理模式存在很大的局限性,不能有效、及时、精确地掌握电缆线路存在的缺陷和隐患,最终导致缺陷发展成电缆故障,酿成重大事故。而青岛公司的电缆运维人员严重短缺,已经不能满足正常的周期巡视要求,无法保证及时发现问题和预防事故,更谈不上保证电网的安全运行。与此同时,目前的管理模式还存在其他问题:隧道内电缆的过载、过热等情况;电缆隧道内长期积水;存在有毒、可燃气体的潜在风险。因此亟须转变电缆运维管理模式,采用多状态综合监控管理,实现电缆的“可控、在控”,由原来粗放式的周期巡视与计划检修模式转换成精益化的状态监控和状态检修模式,这对保障供电可靠性具有十分重要的意义。

1 高压电缆及通道多状态综合监控系统

高压电缆及通道多状态综合监控系统是综合利用分布式光纤在线测温、载流量实时监测、接地电流实时监测、隧道环境综合监测、电缆局部放电在线监测、电缆绝缘在线监测等实时在线监测或检测技术[2],实现对电缆及通道温度、载流量、接地电流、隧道环境、电缆局放、电缆绝缘性能的实时综合监控,达到实时监测掌握电缆及通道的相关运行参数、性能的目的,做到超前预防管理,提高电缆运行水平,保障电网安全可靠运行。电缆及通道多状态综合监控系统构成主要包含以下几个方面。

1.1 分布式光纤测温系统(DTS)

分布式光纤测温系统(DTS)主要功能是对电缆本体、接头等部位的温度进行实时在线检测,对于超出阀值的电缆异常点或者电缆段进行及时报警,同时给出温度异常点的精确位置[3]。

1.1.1 分布式光纤测温系统的方案设计

一个标准的分布式光纤测完系统包含以下组件,主要包括测温光缆、DTS测温主机、DTS监测及分析应用软件、硬件和OTDR硬件(监测光纤健康状态)等设备;测温光缆本身即作为感温光缆,同时也作为信号传输的链路,通过将测温光缆紧密敷设在待测电缆回路表面和隧道顶部,并将测温光缆与DTS测温主机相连;DTS测温主机实时采集分析测温光缆传输的温度信号,并以柱状图、数值等形式将实时温度值显示在监控系统界面上[4],一旦电缆表面温度达到报警配置值,即弹出报警信息,同时也可通过短信的形式把数据发送给运维人员。系统结构图如图1所示。

1.1.2 感温光缆的安装

将感温光缆敷设在电缆外表面,用绝缘扎带进行固定,每隔1m固定一道,使光缆与高压电缆的外表面紧密结合,关键部位使用导热硅胶粘合。感温光缆和被监测电缆的附着方式见图2。

电缆中间接头是测温的重点部位,须采用双环形缠绕方式固定,从而达到全局控制的效果,电缆中间接头敷设方式见图3。

测温光缆缠绕实际效果图见图4。

1.2 电缆载流量实时监测系统

电缆载流量监测系统是在分布式光纤测温系统DTS的基础上,在监测主机内安装电缆动态载流量软件,同时在电缆本体上加装电流互感器,实现对电缆动态负荷的实时监测,并模拟各种运行状态条件下电缆导体温度和负荷安全水平,及时有效地发现潜在危险,对后期适时适度且有针对性的维护提供依据。

1.3 接地电流实时监测系统[5]

接地电流实时监测系统主要功能是实时监测电缆金属护套接地电流,以便能够及时发现电缆金属护套断裂等异常情况,快速报警,超前预防电缆缺陷。

1.3.1 接地电流实时监测系统的方案设计

接地电流实时监测系统由高精度电流传感器(特制)、现场数据采集单元(变送器)、通信电缆、主机、监测分析软件等构成,系统结构图见图5。在电缆金属护套接地线上安装一个精密电流传感器采集电缆接地线电流,通过变送器转换为光信号,通过通信电缆直接传输至子站的主机系统中实时分析,以柱状图、数值等形式将实时电流值显示在监控系统界面上,以监测电缆运行是否正常,以确保电缆寿命。

1.4 隧道环境综合监控系统

隧道环境综合监控系统[6]主要由电缆隧道水位、井盖、环境温度、各种气体含量等各类监测传感器以及相关辅助联动设施组成;主要通过各种参数传感器实时采集水位、井盖开闭状态、环境温度、氧气含量、有害气体监等参数信息,全面掌握隧道内环境整体情况;同时采集器具备对外控制口,可以根据采集信息联动控制隧道内的排水泵、换气扇、风机、防火门等远端设备调节改善隧道内环境水平,尤其能在灾害发生时实现有效联动以限制事件进一步发展,最大程度减少损失;同时逐步以隧道环境监控系统进行实时全方位的监测替代传统的人工日常巡视,创新电缆隧道运行管理模式。系统结构图如图7所示。

1.4.1 气体监测子系统方案设计

该子系统采用光纤多气体监测技术,是目前一种使用非常安全的气体监测手段,利用光谱吸收原理,光纤传感器可监测甲烷、CO等气体的含量,可对光纤传感器上的电信号进行采样,经过数据变换处理后,输出4~20m A电流信号,该电流信号与周围环境中某一气体浓度一一对应,从而能实时监测恶劣环境下的各种气体浓度。

气体探测传感器现场安装图如图8所示。电缆隧道内气体传感器的具体安装位置必须和电缆检查井位置保持一致,即在每个隧道电缆检查井附近安装1套气体传感器,实时监测隧道环境中的气体浓度,一旦检测到的浓度值超过设置值,系统环境监控主机就会自动打开风机进行通风[7]。

1.4.2 隧道井盖监控子系统方案设计

井盖监控系统安装如图9所示。电缆井盖监控子系统主要由井盖锁控制器、井盖监控信号电缆等设备组成,利用井盖锁控制器实时监测井盖开闭状态,并具备非法开启报警功能,一旦井盖被非法开启,可在监控系统界面上发出报警信号,有效打击非法进入隧道偷盗和破坏电力设备、设施等行为。

1.4.3 水位监测子系统方案设计

水位监测子系统主要由自动排水泵、排水泵控制箱、信号缆等设备组成,每个集水坑应安装1台自动排水泵,在排水泵上加装浮球液位开关和控制器,利用浮球液位开关的磁性浮子随水位的升降,使传感器检测管内设定位置的干簧管芯片动作,从而发出节点开关转换信号,并将水位信息上传至监控系统界面上。集水坑排水泵如图10所示。每台排水泵附近均会安装一个控制箱,以控制排水泵自动、遥控和就地控制三种运行方式。

排水泵一般采用自动运行方式,一旦集水坑水位超过警限值,水泵自动启动开始排水,并同时发送水位警报信号至监控系统界面上。

1.5 电缆局部放电在线监测系统[8]

电缆局部放电在线监测系统主要包括高频电流互感器、通信光缆、局部放电监测主机等设备,将高频电流互感器安装在电缆终端头、中间接头附件的电缆护层接地线上[9],通过通信光缆将高频电流互感器与监测主机相连,局部放电监测主机实时采集分析高频电流互感器采集的电流信号,一旦电缆局部放电量超过规定值,即弹出告警信息,提示运维人员可适时开展电缆试验,进一步检测电缆状态,避免微小缺陷进一步恶化,造成停电事故。电缆局部放电实时监测系统结构图如图11所示。局部放电监测主机、高频电流互感器分别如图12、13所示。

1.6 隧道视频监控系统

隧道视频监控系统主要由监控主机、硬盘录像机、高清网络摄像机等设备组成,在电缆隧道出入口、电缆中间接头等重点部位配置360°可旋转红外摄像头,在变电站安装1套摄像监控主机,视频电缆可敷设在隧道桥架内,隧道视频监控系统结构图如图14所示。

隧道视频监控系统利用安装在隧道内的摄像机采集图像信息,通过敷设在电缆隧道内的视频电缆,将隧道内现场实时动态图像和报警信号传输监控主机上,并实时实现数据处理、图像存储、报警联动等功能,从而实时监测隧道内的运行情况。

2 高压电缆及通道多状态综合监控系统研究方案

目前绝大多数供电公司对电缆及通道状态监测技术的应用普遍存在一个问题:在线监测系统功能应用过于单一、互相独立,而且在线监测设备厂家众多,不同监测系统之间互相不兼容,从而导致在线监测系统采集、分析及可视界面软件多而杂,不同软件操作步骤均不相同,造成在线监测系统程序操作复杂,实用性不高,电缆运检管理仍处于传统的粗放式周期巡视与计划检修模式[10],存在很大的局限性,因此建立多状态、多参数的电缆及通道综合在线监控系统是势在必行。

要建立多状态综合监控系统,需在计算机标准和应用接口基础上,将目前各种单一状态在线监测系统的应用功能进行统一归集和整合,统一数据采集、数据分析、数据展示,易于使用,避免目前各在线监测系统之间来回切换的繁琐,实现数据信息共享和高效利用,有效降低供电公司内部信息和功能冗余。

2.1 电缆及通道多状态综合监控系统方案设计

多状态综合监控系统[11]的设计应遵循分布式原则一体化设计思想,采用分布处理,分散控制和集中监控理念,为分布在网络各个节点的应用提供统一的运行环境和资源管理。系统结构图如图15所示。

电缆综合监控中心位于系统的最上层,是综合监控系统的核心层,主要包括服务器、大屏幕、监控终端等设备,一般设置在供电公司的电缆管理部门。通过TCP/IP网络与各变电站内监控主机连接,实时获得监控主机获得的各种状态数据,实时、有效掌握电缆整体运行水平。

变电站内的监控主机为系统结构图的第三层,负责汇集隧道内各种采集器采集的各类状态信息,采集器按就近原则接入变电站监控主机上。

电缆隧道内采集器为系统结构图的第二层,每个采集器可以接入一个或多个传感器;电缆隧道内的气体传感器、温度传感器等设备为系统结构图的最底层,负责采集电缆及通道各种运行状态数据。

2.2 电缆及通道多状态综合监控系统的安装

2.2.1 传感器的安装

水位传感器应安装在电缆通道墙壁上,贴近集水坑地面即可;气体传感器应安装在电缆通道墙顶处;接地电流传感器应安装在电缆金属护套接地线上;监测局放的高频传感器应安装在电缆接头的接地线上;井盖监测的红外传感器应安装在井盖下方墙壁上;视频监控摄像头应安装在电缆通道墙顶。

2.2.2 监控主机的安装

电缆分布式光纤测温、 接地电流监测等监控主机应按照就近原则,放置在电缆终端的变电站内。

2.3电缆及通道多状态监控系统软件开发研究

由于专业的电缆运维人员一般都是非计算机专业人员,因此开发的多状态监控系统软件应具有易操作、易维护、易理解等特点,该软件应在已有丰富的网络设计、硬件设备施工安装的基础上,结合电缆运维实际特点,设计实现专业需求,同时不能纯粹依赖于某一操作系统和数据库系统,应是相对独立的,应具备随着操作系统和数据库技术发展而进行升级的能力。

该监控系统软件可以利用其它应用系统(PMS、95598等信息系统)数据、监控主机上传的电缆实时运行数据,建成一个实时动态、安全可靠、深度融合的综合监控系统,为电缆运维人员提供实时、可靠的电缆运行数据,逐步实现状态检修,创新电缆运行管理模式,稳步提高电缆精益化管理水平。

3 结语

本文针对青岛供电公司电缆运维管理现状与瓶颈,在目前已建设成熟的分布式光纤测温监控系统、接地电流实时监测系统等基础上,提出了电缆及通道多状态综合监控系统,将多个独立的监控子系统和各个厂家的监控系统软件进行整合应用,实现多个系统的监测数据集中传输、汇总、分析及应用;通过多状态综合监控系统,方便电缆运维人员实时掌握电缆运行状态,真正实现电缆运行的“可控、在控、能控”,确保电缆运行可靠、稳定。

高压电缆监控 篇2

尊敬的公司领导您好！

由于在搬厂时展翊厂留下的高压电缆进线，长期埋在潮湿的地下且年份久远长期在满负载中使用，且电缆已出现老化的现象且存在很大的安全隐患，尤其是在夏天的时候各生产车间、宿舍、饭堂以及中央主机的用电量都很大，如果长期负荷使用很容易引起安全事故。为保证大家的生命财产安全不受到威胁，以及正常的供电。特向公司领导提出申请，恳请领导给予批准更换。此致 敬礼！

申请人：机电课李志国

高压电缆安装及电缆头制作工艺 篇3

某电站安装4台单机容量为300MW的可逆式发电电动机组, 总装机容量为1200MW。机组额定水头640m, 额定转速500转/分钟。4台主变布置在738.00m的地下主变洞, 经过GIS两个联合单元输出, 通过两回路六根500KV高压电缆经上下出线平洞、斜坡段、竖井送到地面开关站与GIS连接。

2 安装前的准备

2.1 现场与500KV电缆有关的土建工程及装修工程完成, 土建预留孔洞中心线、标高及尺寸符合设计要求。

2.2 电缆支架安装及环境检查。由日本古河电工株式会社提供的金

属电缆支架安装完成并符合设计要求。按设计图纸要求安装电缆支架、梯架、托架, 500KV电缆同一电缆支架上托臂间距一般为500mm, 电缆支架采用螺栓固定的, 螺栓备帽要用力矩扳手拧紧。化学锚栓的安装按说明书要求施工, 充分留足凝固硬化时间。施工现场道路通畅清洁, 平台搭设坚固, 栏杆齐全, 照明、孔洞封堵完好。在将GIS间和廊道中的电缆路线检查一遍, 清理廊道层异物。

2.3 布置电缆导轮和曲线滚轴。将电缆导轮和曲线滚轴按图纸固定

在指定的位置上, 曲线滚轮的安装要保持电缆允许弯曲半径。电缆滚轮和曲线滚轮都要注意维护, 保持光滑转动。

3 电缆安装

3.1 在电缆架上安装电缆盘。由于电缆要从开关站四楼进行敷设,

所以从开关站外要搭设一个斜坡脚手架, 以方便电缆的敷设, 将带电缆的电缆盘吊放到专用的电缆架上。除去电缆盘的钢盖后用肉眼检查护套外表面, 并做好相关的记录。

3.2 由日本古河电工株式会社电缆安装督导员到场, 进行现场技术

交底。准备工作就绪后, 将每个控制板都接通电源, 进行牵引机的试运行, 试运行确保无误后, 开始对第一根500KV高压电缆进行敷设。从开关站开始, 用人力将电缆拖放到第一台电缆输送机上, 并将电缆放入以调好间距的输送机内, 加紧电缆, 开启输送机, 开启后要人、机同时用力按6m/mim速度前行, 有专人牵头使电缆在导轮上滚动, 避免电缆滑落损伤电缆。然后将其拉入到下一台电缆输送机, 拉动速度取决于电缆输送机的旋转速度, 在电缆经过转弯的地方时, 一定要将电缆拖放安装在转弯处的曲线滚轴上, 在敷设电缆时一定要注意, 防止电缆划伤。

4 电缆固定

电缆牵到位后, 将电缆摆放到电缆支架上, 用电缆夹具、带子将电缆固定成蛇形。由于抽水蓄能电站的运行方式一日内有数次满载和空载, 负荷变化引起电缆热伸缩而产生的机械应力对电缆绝缘产生不良影响, 因而采取蛇形敷设消除机械应力, 将电缆布成近似正弦波形, 电缆热伸缩时蛇形的波形弧长起补偿作用。该工程采用在波谷处电缆固定在固定的夹头上, 在两个波谷问的电缆固定在两个可滑动的电缆夹头上。在竖井内的电缆夹头带有楔形橡皮垫以保证一定的夹紧力防止电缆下滑。在竖井内垂直敷设部分的蛇形波幅是200mm, 全波长是6m。在水平段的蛇形波幅是200mm, 全波长是6m。在绝缘外屏蔽与铝套间采用5mm厚的衬垫, 是该工程的特殊点, 区别于一般各类波纹金属套与缆芯问是否松配合并留有膨胀空隙的情况, 这适用于在竖井敷设。

5 电缆头制作与安装

5.1 电缆头布置

共有十二个电缆终端头, 在地面G1S室, 电缆终端为垂直布置, 两回路共六个终端头。地下GIS室, 电缆终端为水平布置, 两回路共六个终端头。

5.2 电缆头制作准备

电缆头的制作是电缆安装最关键的一个环节, 它对安装的环境有极高的要求, 灰尘小于20CPM (注0.01mg/m3=CPM) , 湿度小于60%, 由于各个工作面正处于交替工作阶段, 安装的环境达不到要求。为此, 在电缆头制作的位置处, 搭设临时的电缆制作棚, 在棚内要安装足够的照明, 并且要安装一台除湿机, 使其湿度达到安装要求, 搭设棚时要满足电缆制作方便、高度适中、安全可靠的要求。为了起吊、定位准确及安装方便、快捷, 在棚内安装专用的起吊工具。

5.3 电缆头制作步骤

(1) 铜导体; (2) 半导体带; (3) 挤压成形导体屏蔽层 (内半导体层) ; (4) -XLPE绝缘层; (5) 挤压成形导体屏蔽层 (外半导体层) ; (6) 半导体带、阻水膨胀带; (7) 铜丝编织金布; (8) 波纹铝护套; (9) 沥青; (10) -C外护套 (外涂抹敷石墨) 。

5.3.1 先将电缆上的灰擦干净, 把电缆放在工作棚内工作台的合适

位置, 用倒链和折弯机将电缆校直, 测量电缆终端头的安装尺寸, 做好标记, 垂直切割多余的电缆。由于电缆终端头要与GIS连接, 所以一定要控制好尺寸。

5.3.2 依次用专用工具将电缆的外皮按规定的长度剥开第一层外

护套层, 紧接着剥开波纹铝护套, 然后剥开铜丝编织金布, 将铜丝编织金布整理好, 最后剥开外半导体层, 将这些外护层剥开后, 将露出的电缆主绝缘层校正直 (弯曲度控制在2mm/600mm之内) 。

5.3.3 用专用工具按规定长度剥开主绝缘层、半导体层, 露出铜导

体, 在电缆头的末端沿电缆依次套上O型密封环、法兰、下套管、热收缩管。

5.3.4 用玻璃板按规定的长度, 逐渐的将主绝缘与外半导体层连接

处向外半导体层切削成锥形, 按砂纸的型号 (#120-#240-#320-#400-#600) 依次将主绝缘层打磨光滑, 按规定取三个不同的点, 用游标卡尺测出主绝缘的直径, 使主绝缘的直径尺寸满足实际要求。

5.3.5 用压线钳压接好导体连接杆, 压接后用锉刀将导体连接杆打磨光滑。

5.3.6 按规定尺寸在主绝缘体上依次安装上PE半导体层、热收缩

管、聚四氟乙烯带、聚酯带、热绝缘带、铝带、保温层、热电偶、热绝缘带。在冷却后, 一定要确认与电缆绝缘层完全粘合。

5.3.7 按要求锡焊好镀锡铜编织线。

5.3.8 按尺寸依次安装上应力释放锥、环氧套管和推力环, 用带弹簧

的双头螺栓调整好尺寸, 取四分之一圆上的四个点测量, 误差调整在2mm之内。

5.3.9 用螺栓连接好法兰, 套好下套管, 热缩好热收缩管。

5.3.1 0 将做好的电缆终端头与GIS室内的导体插接好, 外壳用螺

栓连接好, 在GIS与电缆连接的气室内, 进行抽真空, 抽真空应持续24h以上, 无任何泄露, 使真空度达到要求后, 在气室内注入SF6气体, 使气室内的压力达到0.63。该500KV6根12个电缆头, 均按上述程序敷设并制作完成。

6 耐压试验

该电站的500KV电缆的耐压试验和GIS设备一起进行, 设备容量要足够。可采用单相连接的方式逐相地将试验电压加在A、B、C相线端进行试验, 一相加压时其余两相应可靠接地。试验采用高压变频串联谐振装置作交流发生器, 试验电压通过GIS母线上的户外套管加压, 交流476KV持续60分钟, 升至510KV持续10分钟, 在高压试验过程中, 进行U形 (超声波) 局部放电PD测量。PD (局部放电) 测量施加的电压时间决定于PD测量的结果。

7 结语

该电站500KV高压电缆严格按施工工艺流程科学合理的管理和施工, 在厂家现场督导下, 克服种种困难, 使电缆敷设顺利、优质、按期的完成, 为该电站首台机组按期发电创造了有利的条件, 也为该电站担任调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务打下了坚实的基础。

摘要：某电站500KV超高压电缆, 是引进日本古河电工株式会社生产的1x800mm。交联聚乙烯 (XLPE) 绝缘、波纹铝包单相铜芯电缆, 现场安装场地特殊, 单根电缆敷设800m, 敷设时要经过高差为100m的垂直竖井40°的斜坡35m。我们经过周密细致的考虑和安排, 克服了场地狭窄、施工难度大、工期非常紧、工艺要求严格等难题, 圆满完成了500KV超高压电缆的安装和电缆头的制作。

关键词：500KV超高压电缆,电缆输送机,蛇形电缆头,制作工艺

参考文献

[1]余虹云, 刘希治.平行集束电缆在低压电网中的应用[J].浙江电力, 2004, (02) .[1]余虹云, 刘希治.平行集束电缆在低压电网中的应用[J].浙江电力, 2004, (02) .

高压超高压电力电缆技术的应用 篇4

1 高压挤包绝缘电缆技术

高压挤包绝缘电缆技术与绝缘电缆、充油电缆的发展同期进行。早期, 挤塑电缆故障频频出现, 直到20世纪60年代, 科学家们才发现这一情况的根源来自于绝缘空间电荷问题, 以及随着使用时间的拉长而越发严重的电树枝老化问题。因此, 更高电压等级的超高压电缆陆续研发完成, 并大量投入使用。然而, 随着社会生产力要求的不断提升, 挤塑电缆无法跟进相关发展, 其技术水平仅可供电流在较短距离内进行传输。为此, 科学家们开发出相关的电缆配件, 并不断地提高配件的可靠性, 从而帮助高压电缆克服发展难题, 广泛适用于城市电缆网络之中。

高压挤包绝缘电缆技术的海底应用起源于20世纪下半叶。然而, 由于高压挤包绝缘电缆技术在海底的种种不稳定性, 巨大的损耗让这一技术的性价比大大降低, 在直流预压时无法产生相对等的空间电荷聚集, 从而降低了电压值, 无法保证电流传输。为此, 工程师开发出高压直流挤塑电缆, 成功改良交流电的连接方式, 形成了高压/超高压电力电缆的核心技术。

2 高温超导电缆技术

高温超导电缆技术主要利用了材料在低温条件下的特殊变化, 例如:阻值降至极小甚至降为零等特征, 从而解决了在电流的输送过程中有可能出现的温升限制, 协助提升输送容量, 从而完成设备技术革新。然而, 高温超导电缆技术的使用环境常为零下几十度的低温, 配套冷却设备造价高昂, 其中的关键配件“导体”十分易坏, 安全事故频发。

在这一基础上, 工程师针对高温超导电缆技术做出相应革新, 然而, 其稳定性与经济性都仍有较大提升空间, 暂时无法投入实际应用。尽管如此, 高温超导电缆技术仍以其出色的性能成为电力电缆行业最受关注的核心技术之一, 如若这一技术在若干年后可以完成系统研发并投入使用, 电力电缆输电能力必将获得长足进步。

3 聚乙烯技术

在高压超高压电力电缆行业技术中, 聚乙烯作为电缆本体绝缘, 也成为近日科研项目的主要研究对象。其中, 硅橡胶的应用在其中起到了较大作用。由于硅橡胶具有高弹性、高耐温性、强电器性等优良特点, 其作为主电源材料在电力运输中有了越来越广阔的应用空间, 提升了电缆系统的可靠性。

然而, 在电力运输中, 无机纳米填料对聚合物会产生较大的影响, 如, 增加其中的杂质粒子数量、产生纳米粒子表面效应、引发小尺寸效应、将聚合物中原有的深陷阱不断扩大填平, 变为浅陷阱等。为此, 相关学者在聚乙烯内添加导电无机填料, 从而起到抑制空间电荷的作用, 重塑载流子绝缘密度, 提高聚乙烯的介电性能, 从而抑制空间电荷等。

4 聚丙烯技术

聚乙烯材料在电力电缆材料中有着广泛的应用, 该种材料有着理想的电气性能与耐热性, 但是材料依然具有一定的缺陷, 为此, 人们开始尝试寻找新的技术。与聚乙烯相比而言, 聚丙烯有着较高的熔点, 在化工技术的革新下, 聚合物改造能力、内部结构控制能力也得到了显著提升, 日本学者应用金属茂络合物制造出聚丙烯聚合物, 该种材料的应用克服了传统材料的不足, 可以满足电缆的使用要求。同时其绝缘强度在寿命终结之前依然保持着较高的水准, 符合工程要求, 相对于刚投运时其绝缘强度只有很小的下降。

5 其他技术

除上述技术之外, 高压超高压电力电缆行业技术中的核心技术还有:高压电缆运行技术、大油导技术、超级粘度电缆油技术、高压力供油技术、挤塑电缆树枝技术、XLLPE绝缘技术、共挤工艺、千式交联工艺、柔性直流输电技术等。

6 结语

在可以进行科学预见的未来, 输电技术将以地海空混合的形式出现, 并同时具备特大高压、超长距离、超大容量等特性, 电力电缆行业发展走入最佳时期。对此, 相关职能部门应充分重视高压/超高压电力电缆核心技术的研发, 优化水平、降低成本, 促进我国电力行业的进步发展。

参考文献

[1]周远翔, 张旭, 刘睿, 等.硅橡胶电树枝通道微观形貌研究[J].高电压技术, 2014 (1) :9-15.

[2]杨黎明, 朱智恩, 杨荣凯, 等.柔性直流电缆绝缘料及电缆结构设计[J].电力系统自动化, 2013 (15) :117-124.

[3]常文治, 李成榕, 苏錡, 等.电缆接头尖刺缺陷局部放电发展过程的研究[J].中国电机工程学报, 2013 (7) :192-201.

[4]陶鹏.500k V交联聚乙烯电力电缆隧道施工的关键技术[J].供用电, 2012 (3) :66-68.

X光机高压电缆概要 篇5

X线机2007年的市场数据:全世界约有89.99万台X线机包括以前, 每年约检查26.35亿次国内共有各类医疗机构约22万家约有16万台射线影像设备, 2.3亿次检查/年, 检查频率210.32人次/万人口, 依靠引进核心技术组装产品为主。国内普通X线机的年需求量大约1896.73台, 而国内的生产能力大约为10000台, 需进口约2095.84台。数字X线产品市场价值约26亿元/年。年需求递增率为10%~15%。以上数据表明这是一个值得研究的领域。

X射线是由德国仑琴教授在1895年所发现。X射线是由高速运行的电子群撞击物质产生的正离子而形成的一种射线, 与可见光一样具有波、粒二象性。因此, 它的产生, 必须具备以下3个条件;

(1) 自由活动的电子群;

(2) 电子群以高速运行;

(3) 电子群在高速运行时突然受阻 (轰击金属靶) 。

根据此规律人们设计了X光球管。其简图如下:

热阴极灯丝产生自由活动的电子群, 然后高速轰击高压阳极 (40~150Kv) , 高压阳极起到制动作用从而产生了X射线。

X射线在光谱谱系中的位置如下图:

将其以表格的形式表示为:

第一章球管基本知识

这种由真空管发出能穿透物体的辐射线, 在电磁光谱上能量较可见光强, 波长较短, 频率较高, 相类似之辐射线有宇宙射线等。X-Ray有以下特性:能穿透物体, 为不可见光, 在电磁波光谱内, 波长范围广, 直线散射, 光速进行, 能使萤光物质发光, 能使底片感光, 会造成散射线。

早期球管用冷阴极, 产生的射线很微弱, 后来人们利用热阴极产生高强度的X射线, 而且发现球管工作电压在3~5倍的金属激发电压时候所产生的X射线为作强, 下面是一些金属的激发电压和球管电压等相关系数:

球管简图1如下:

球管简图2如下:

1.1 X-ray产生方式有两种:

1、Bremsstrahlung (制动辐射) 高速电子突然减速后, 其动能转变成能量释放出来, 此能量即为X-ray, 且此能量会随减速之程度而有所不同。

2、Characteristic (特性辐射) 高速电子撞击原子和外围轨道上电子, 使之游离且释放之能量, 即为X-ray。

诊断用X-ray其产生方式所占比例:30%特性辐射, 70%制动辐射。

1.2产生X-Ray必须要有X光球管, 而X光球管基本构造必须拥有:

1、阴极灯丝 (Cathode)

2、阳极靶 (Anode)

3、真空玻璃容器 (Evacuated Glass Envelope)

4、绝缘油

5、外壳 (Housing)

6、阴极构造

7、焦距杯 (Focus Cup)

8、灯丝 (Filament)

9、长灯丝 (大焦点)

10、短灯丝 (小焦点)

1.3 X光机组成要件:

1、X光高压产生器 (Generator)

2、X光球管 (X-Ray Tube)

3、X光球管支架装置 (Support Device)

4、X光摄影台 (Table)

1.4 X光球管系统配套:

1、X光球管 (X-Ray Tube)

2、焦点大小 (Focal Spot Size)

3、注意其最大输出功率必须与高压产生器相符

4、高压电缆 (HV Cable)

5、准直仪 (Collimator)

6、滤线栅or滤板 (Filter)

1.5影响X线相术品质 (Radiographic Quality) 之四要素:

1、Density (黑化度) -m As

2、Contrast (对比度) -k Vp

3、Sharpness (清晰度) -motion, Geometric

4、Distortion (失真度) -position, angle

其中X-Ray波长与Film上contrast之关系:

在X-ray穿透过病人, 其穿透率主要和病人组织结构及X-Ray波长有关。短波长X-ray (High k V) 能量较高, 穿透性好, 造成在Film上较低之对比度低 (low contrast) 。长波长X-ray (low k V) 能量较低, 较易被人体所吸收, 穿透性较差, 而在Film上对比度较高 (High contrast) 。

1.6 X-Ray Generator功能:

提供电力给X-Ray Tube和其他系统组件控制影响影像品质之技术条件, 如m As, k Vp等。

电力供应之要点:

种类:直流 (DC) --电池;交流 (AC) --单相 (Single Phase) /三相 (Three Phase)

范围:一般X-Ray Generator使用208-408伏特 (原边)

频率:50 Hz/60 Hz

第二章X光机基本知识

下图为X光机的基本组成 (该图不包括操作人员所在空间的控制与数据处理部分) :

下图为CT (Computed tomography) 的基本组成:

结构框图如下:

几种医疗设备原理简介

第二部分高压电缆方案

以在06年上市的某型号X-Ray机上用的HV CABLE为例, 概要介绍高压电缆方案。

第一章电缆组件

1.1电缆:

由目前配套的球管定义出电缆的额定电压为75KVDC, 远期目标可能要传输更高的电压, 故要求可靠性更高, 质量更有保证。高压电缆的关键问题是绝缘问题, 目前高压电缆的绝缘材料主要有两种:一种是交联聚乙烯XLPE (Cross linked Polyethylene) , 另一种是环氧树脂EP (Epoxy resin) 。交联聚乙烯绝缘是采用化学或物理方法, 使直链状结构的聚乙烯转变成网状结构的交联聚乙烯, 由热塑性的聚乙烯变成热固性的交联聚乙烯。交联聚乙烯具有高机械强度、耐环境应力好, 优良的热老化性能和电气性能, 适应于输配电线路中, 供输配电能之用。但是这种材料的柔韧性不好, 不适合经常运动的设备中使用。EP (环氧树脂) 是泛指分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物, 除个别外, 它们的相对分子质量都不高。环氧树脂的分子结构是以分子链中含有活泼的环氧基团为其特征, 环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构。由于分子结构中含有活泼的环氧基团, 使它们可与多种类型的固化剂发生反应而形成具有三向网状结构的高聚物。环氧树脂具有良好的综合力学性能、高度的粘合力、收缩率小、稳定性好、优异的电绝缘性能, 在环氧树脂中加入聚硫橡胶可以改善环氧树脂的鞣性、抗剪、抗弯、抗冲、提高绝缘性能等。环氧树脂的电气性能优良, 它的击穿电压大于35kv/mm。

电缆结构图如下:

1.2连接器:

高压电缆的插头与插座, 因处于高压下工作, 其耐压要求很高, 故多采用机械强度大和绝缘性能好的压塑材料或橡胶等, 压制成圆管状, 如图所示。为了维修方便, 各生产厂的产品采用IEC9 (国际电工委员会) 标准。插座的底部压铸上三个铜制接线柱, 接线柱上端钻有约1cm深度的圆孔, 以便与插头的插脚连接。插头的地步压铸上三个铜铸插脚, 插脚钻有引线孔, 以便将电缆芯线引入焊接在插脚槽沟内, 插头顶端镶有铜制喇叭口, 以便与电缆金属屏蔽层相焊接从而使高压发生器、X射线机头的外壳相连可靠接地。

1.3成品:

电缆芯线和插头连接工艺中灌注是关键 (不能产生气泡) 。填充剂材料:老式:工业沥青或90%松香和10%变压器油;新式:Polyurethane+EP。设备也由手工作业升级为专业自动设备。

成品简图:

与球管电气对应关系 (以三芯电缆为例) :

第二章检测

2.1项目清单

2.2设备照片

2.3特别事项:

2.3.1保护措施:>15KV避免颜面放电 (灭弧) ;>50KV油浸;200KV架空;AC-DC等效转换。

灭弧罩方案 (组装时用硅脂排空气) :

2.3.2交直换算:

例:DC120KV等效AC42KVrms

计算过程:

2.3.3复合弯折思路:

2.3.4带载电流测试原理:

参考文献

GB10151-88医用X射线设备高压电缆插头、插座技术条件GB10151-88医用X射线设备高压电缆插头、插座技术条件

X射线管原理与影响设备版权:珠海瑞能真空电子X射线管原理与影响设备版权:珠海瑞能真空电子

高压电力电缆故障分析 篇6

近几年以来, 随着国民经济建设的迅猛发展, 以及电力技术的快速发展, 城乡用电需求急剧增加, 高压电力电缆在城乡电网输变电中的应用越来越广泛。高压电力电缆是电网中重要的一次电力传输设备, 它对电力负荷安全、稳定运行发挥着重要的作用, 高压电力电缆具有线路路径宽度较小、容易选择线路路径、可隐蔽埋设、不易受周围环境和污染的影响、送电可靠性高等特点。高压电力电缆作为电能输送的一种新型形式, 是一项复杂的系统工程, 会涉及许多技术难题, 如果高压电缆在生产、施工、检测等环节中出现问题, 在后期的运行中, 由于复杂实际运行环境中各种因素的影响, 最终会导致电缆运行故障, 给人民的生产生活带来严重的影响。这就要求我们必须了保证高压电力电缆安全、稳定、高效运行, 仔细分析高压电力电缆的故障原因, 及时了解电缆的实际运行状态, 准确发现电缆中存在的安全隐患, 从根本上避免事故的发生, 保证电力供应的正常、稳定和安全。

2 高压电力缆线故障分析

用于电力传输和电能分配的电力电缆称为高压电力电缆。目前广泛应用的是高压聚合物绝缘电缆, 其中交联聚乙稀 (XLPE电缆具有结构简单、性能优良、安装维护方便等特点, 它取代了传统油纸电缆在中、低压范围内的主导地位, 并且在高压、超高压范围内几乎与充油电缆的性能相当, 被广泛应用于城乡电网改造项目中, 成为今后电力电缆行业的主要发展方向。高压电缆的制作材料一般都是是在专业、无尘的封闭车间一体化制造, 各种参数指标要求严格, 精度非常高。因此, 从理论上讲, 电缆的可靠性、安全性都非常好, 出现故障的概率也非常低。但在实际的生产中, 由于的具体的生产状况、工艺水平、设计施工、运行维护等问题, 加之电缆的实际运行环境非常复杂恶劣, 高压电力电缆在运行过程中会遭受来自电、热、水、光以及化学等因素的作用, 从而产生和加剧自身的老化现象。此外, 高压电缆会容易遭受各种外部力量的破坏, 导致其发生故障。据相关部门统计, 所有的电缆故障中, 外力破坏造成的故障占58%。工程施工导致的故障占12%, 附件问题引发的故障占27%, 电缆自身的质量问题占3%。

2.1 外力破坏导致的故障

由于电力电缆大多铺设在城市道路中, 在城乡的建设与发展中, 所需配套的各种电力电气设备设施众多, 它们中很多都是通过埋入地下其进行保护, 这些电力电气设备被错综复杂的埋入地下, 不仅承受着雨水甚至化学物质的侵蚀, 同时还承受着来自路面上方各种车辆及机械重物的压力, 有时候出现的路面坍塌, 就会扯断或者损伤线路。由于城乡快速发展的需要, 经常会有新的来自市政建设、乡村规划、道路工程、通信工程、燃气管道、自来水改建、街市绿化、地产建设等工程施工的影响, 一些未经审查的机械开挖, 随意施工很容易造成电力电缆的破坏。

究其原因, 主要是:对于城市的规划和施工, 相关部门缺乏全局意识。市政建设往往是边设计边施工, 导致大量的施工信息不能及时发布和共享;一线的施工人员只顾赶工期, 违规釆用机械进行暴力开挖;工程主管部门的监管不力, 缺乏责任和法律意识。这些外力因素使得电缆在物理上得到破坏, 从而导致故障的发生。

2.2 不合理施工产生的影响

电缆在敷设的时候, 由于施工人员施工不规范, 在施工前没能仔细调查施工环境, 对原有铺设管线的走向、附属设施, 以及材质和管径等情况没有进行专业的考察与摸排分析, 没有严格按照施工设计图纸施工, 蒙混过关, 偷工减料现象严重。种种不合理施工, 使得电缆工程质量不达标, 给电缆的运行事故埋下隐患。比如:在电缆施工过程中, 如果电缆本身长度不足时, 就需要将两段电缆进行连接, 然而在对电缆进行连接时, 往往会因为接头的制作工艺缺陷、压力不足、密封性差、接线水平低等问题, 而导致绝缘被击穿等故障。高压电缆在敷设完成后, 需要按照相关技术规范填埋细土或细沙形成保护层, 而一线的施工人员只顾赶进度, 直接将混有各种石块等硬物的杂土随意覆盖在电缆坑道内, 由于地面自然下陷加上地面重物的挤压, 带有尖锐棱角的硬物会很容易刺伤电缆外护套, 造成极大的安全隐患。而在缆线的安装调试竣工验收过程中, 往往会因为对直流耐压试验工作不到位, 直接造成电缆的接头形成反电场, 导致缆线接头部位绝缘出现损破, 在实际运行会发生严重的电缆安全事故。因此, 必须对高压电缆的安装敷设工作加强监管, 对于容易出现问题的电缆头制作, 必须严格依据国家相关施工工艺流程进行施工, 对于各个环节的施工工艺, 必须严格按照国家相关技术标准及产品安装调试技术要求组织实施, 确保高压电网安全可靠、节能经济的高效稳定运行发展。

2.3 电缆自身质量问题引起的故障

实际应用中, 电缆自身的质量问题也是造成电缆故障的主要原因。优良的制造工艺和技术水平是高压电缆具有高质量、高安全和高稳定性的基础保障。但在实际生产制造过程中, 生产企业为了降低成本, 或者是由于企业自身的技术、工艺以及设备问题, 导致生产出的电缆出现绝缘偏心、绝缘层存在杂质、屏蔽层厚度不均匀、屏蔽体之间出现突起、交联度不均匀、缆线金属护套密封性能不良等问题。而这些在生产制造过程中形成的质量缺陷, 会在实际的施工与运行过程中逐渐显现出来, 并且问题会越来越严重, 最终形成故障, 给高压电缆的正常运行造成巨大的安全隐患。所以, 必须建立起高压缆线以及附件在生产制造、方案设计、工艺标准、施工流程、监理规则、交接验收等环节的技术标准与规范, 以保证生产高品质的高压缆线以及建设高质量的施工工程, 从而从根本上解决由于电缆自身的问题而导致的事故。

2.4 过负荷运行导致的故障

特高压输电和交流柔性输电等新技术越来越广泛的应用于区域电网的互联, 这些因素都促使电力系统的规模不断扩大, 结构也越发复杂。为了满足巨大的供电需求, 追求经济利益的最大化, 大多数高压电力电缆目前的现实状况是过负荷运行, 而且很多电缆在投入运行后很少有过维护。载流量是重要的电力电缆线路参数, 高压电缆突然出现过载, 大量电流回流会导致输电线温度急剧升高, 造成介质发热不稳定, 氧化降解反应加剧, 分子微观结构发生变化, 各项性能指标大幅度下降。并随着高压电线网络急剧扩散, 高压输电线路将会因不堪重负而烧断。尤其是在运行条件恶劣、散热条件不好的环境下, 高负荷运行的电缆会产生大量的热量, 电缆温度会急剧上升, 这会加剧电缆老化的速度, 造成极大的安全隐患。这就要求我们必须建设科学合理的输电网络, 加强管理, 科学规范的进行电力调度, 采用多种检测技术, 全方位检测电网负荷, 使其长期、稳定、高效、安全的运行。

3. 结语

电缆供电是目前普遍采用的一种供电方式, 电力电缆作为电力系统中的一个重要组成部分, 它的安全稳定运行, 是国民生产生活的基本保证。高压电缆已成为整个电力系统中不可或缺的重要组成部分, 为了确保供电可靠性, 必须从电缆的生产制造、规划设计、安装调试、竣工验收、运行维护等各个阶段, 采取实质有效的措施, 对高压电缆进行精细化管理, 全方位、多角度防止电网出现故障。同时, 还应引入先进的在线监测技术设备和管理理念, 加强电力高压电缆的管理工作, 建立相应的巡查机制, 及时对高压电缆进行管理和维护。确保高压电网安全可靠、节能经济、高效稳定的运行发展。

参考文献

[1]李浪.高压电力电缆故障原因分析和实验方法的研究[D].成都:西南交通大学, 2013.

[2]陈汉.城市电网高压电缆运维技术探讨[J].山东工业技术, 2014 (20) 173

高压电缆感应电压及其限制分析 篇7

由于城市建设速度加快, 城市建设与电力建设的矛盾也日益加剧, 特别表现在输电线路走廊与城市建设规划的配合方面。为了解决城市建设与电力建设的矛盾, 输电线路逐步由架空敷设转向地下电缆敷设。对于110kV及以上电缆, 基本采用单芯电缆。由于单芯电缆铝套的自感和与其他导体之间互感的影响, 当这些导体施加电流时, 就会在电缆金属套上产生工频感应电压。如果金属护套存在两点或两点以上的接地, 就会形成接地环流, 产生护套损耗。当金属护套环流过大时将增加环流附加热损耗, 严重影响电力电缆的正常运行, 不仅会导致电缆主绝缘和护套绝缘的加速老化, 甚至可能大幅缩短电缆使用寿命。为了减少电缆线路的损耗, 提高电缆的输送容量, 对于单芯电缆金属护套的接地, 一般采用单点接地或交叉互联接地的方式。

1 电缆金属护套感应电压的计算方法

在单芯电力电缆构成的电力传输系统中, 电缆导体和护套间的关系可以看作一个空心变压器。当单芯电缆线芯流过交变电流时, 交变电流的周围必然产生交变磁场, 在金属护套上将会产生感应电动势。感应电压的高低与流过电缆导体的电流成正比, 同时也取决于3根单芯电缆的排列方式和线路的长度。

对于单回路电缆, 常采用品字形 (图1) 与平行排列 (图2) 的方式布置。

根据文献资料, 对于品字形排列电缆单位长度的感应电压分别为:

对于水平排列电缆单位长度的感应电压分别为:

式中, S为电缆间距;GMRS为电缆金属护套的等效半径。

通过计算可以得到单回路电缆金属护套的感应电压, 从而对电缆采取相应的措施。

2 电缆金属护套感应电压的限制措施

通常35kV及以下电缆都采用两端接地方式, 因为这些电缆基本均为三芯电缆, 正常运行时流过3个线芯的电流是均衡的, 在金属护套层基本没有磁链。但对于单芯电缆, 由于感应电压的存在, 若采用两端接地方式, 那将出现环流, 因此单芯电缆不应两端接地。

但是当金属护套有一端不接地后, 在雷电冲击或短路故障时, 电缆护层不接地端会产生很高的感应过电压, 此电压作用在外护层绝缘上。当电缆外护层绝缘不能承受这种过电压的作用而损坏时, 就会出现多点接地, 形成环流。因此, 在电缆金属护套一端接地时, 另一端应加装护层保护器。

电缆金属护套一端接地, 另一端加装护层保护器的接地方式适用于电缆线路不长, 感应电压满足规范要求的情况下。当线路较长, 线芯电流较大, 金属护套只在一端接地时的感应电压可以很高, 甚至可达数百伏, 这样会危及人身和设备安全, 通常采用交叉互联两端接地的方式。电缆线路被分割成适当的单元, 每个单元内按3个长度尽可能均匀地分为3 个小段, 单元内电缆用绝缘接头将相邻段电缆的金属护套或屏蔽层交叉连接, 单元间用直通接头并直接接地。

线路稍长, 单点接地感应电压较大, 而又无法分成3 段组成交叉互联时, 可采用在线路中间接地的方式, 组成2 个单点接地段。

3 电缆金属护套感应电压限制分析

以广州某220kV工程实例进行分析。根据系统要求, 电缆载流量为I=1 811A, 电缆GMRS=67.5mm, 对于品字形排列S=180 mm, 对于水平排列S=250 mm, 代入式 (1) 和式 (2) , 可得如表1所示结果。

由以上计算可知, 水平排列敷设时, 两边电缆护套上产生的感应电压较大。品字形敷设时, 电缆护套上的感应电压较小且相等。长度为1km的电缆品字形排列时金属护套感应电压达到101.7V/km, 而水平排列边相更是达到200.4V/km。

根据旧规范GB50217—94《电力工程电缆设计规范》要求在未采用能有效防止人员任意解除金属套的安全措施时, 金属护套感应电压不得大于50V;除此以外, 不得大于100V。而新规范GB50217—2007保留了50V的规定, 采取安全措施的调整为不得大于300V。

如以上工程, 对于一回长度为11.1km、品字形排列的电缆, 若分为24段, 每段长度462.5m, 感应电压为47.0V, 接头数量为69 个;若分为15 段, 每段长度740 m, 感应电压为75.3V, 接头数量为42个, 接头数量减少约40%, 出故障几率就更小;若制作工艺和运输条件允许, 单段分段长度可达1km以上, 此时接头数量更少。

要满足规范要求, 我们需对电缆采取安全措施:电缆埋置在地下, 电缆金属护层外有非金属外护套, 不易被人触摸到金属护层;同时交叉互联箱设计放置于隧道内或工作井内, 除运行检修人员外其他人不易触及电缆金属护层。

新规范对电缆的金属护套限制值提高, 可适当提高电缆的分段长度、减少电缆接头数量, 这不仅降低了工程造价, 而且有利于系统今后的运行。实际上, 国外对感应电压的限制也比较宽松, 日本在使用有效绝缘的防护用具时以300V为限, 因而日本的电缆分段长度常常达到1km以上。检索国外其他标准, IEC标准中迄今对此未显示限值, 欧洲各国标准中也没作规定。

所以在考虑短路和雷击下接地保护器保护水平的情况下综合平衡正常条件下感应电压和电缆段长, 在满足规范要求时可适当提高电缆段长。

4 结语

通过计算电缆金属护套产生的感应电压, 我们可以采用相应方法对金属护套进行接地, 一方面将其产生的感应电动势大小限制在允许的安全范围内;另一方面, 使感应电动势不致引起较大损耗, 以致降低电缆的传输容量。

线路不长, 电缆金属护套可采用单点接地;线路稍长, 电缆金属护套可采用中间接地, 即分为2个单点接地段;长距离线路, 电缆金属护套采用交叉互联两端接地方式。在规范要求范围内, 可适当提高电缆的分段长度, 减少电缆接头, 这不仅可以降低工程造价, 而且有利于系统今后的运行。

参考文献

[1]江日洪.交联聚乙烯电力电缆线路[M].2版.北京:中国电力出版社, 2009.

高压光纤复合测温电缆的研制 篇8

使用光纤进行长距离分布式温度测量是近十年发展起来的一项高新技术。分布式光纤实时温度监测系统采用拉曼散射原理,集激光技术、光纤技术和网络技术于一体,在许多领域已得到广泛使用。分布式光纤实时温度监测系统具有连续分布式测温、精度高、响应快、传输距离远、耐恶劣环境、抗电磁干扰、防爆、寿命长、安装方便、免维护等特点,在远程监控方面具有明显的技术优势,是未来高压及超高压电缆测温及智能化的发展方向。通过该系统可对整条运行电缆的温度进行分布式实时在线监测,对易发生火灾的电缆接头、电缆终端、电缆局部过热点和外力破坏等引起的故障进行准确定位,可结合周围环境的状况,分析输电线路的安全与否,以及为高压电缆的最佳敷设方案的设计提供参考依据[1,2,3]。

由于分布式光纤实时温度监测系统的启用对电力部门的意义非常重大,因此本公司在积累了大量的高压电缆制造经验的基础上,自主开发了高压光纤复合测温电缆。

1 光纤测温原理

高压光纤复合测温电缆中光纤的测温原理是:根据光纤背向拉曼散射的温度效应(即反斯托克斯光的强度随温度变化),探测出电缆内光纤不同位置的温度变化,实现温度的分布式测量。本高压光纤复合测温电缆(下文简称本电缆)利用敷设在其内部或紧贴其表面的测温光纤实现对高压电缆温度(特别是电缆接头温度)的实时在线监测,准确定位电缆故障位置,显示故障点的温度状态;通过载流量分析软件对高压电缆导体线芯温度进行监测,以提高电缆的使用寿命和利用率;结合电气故障监测系统对电力系统的各种运行参数进行实时在线监测。

2 结构设计

本电缆的结构设计中最关键的是光纤在缆中的位置。目前,高压光纤复合测温电缆中光纤放置位置有在电缆绝缘线芯的屏蔽与金属护套之间和在电缆的护套表面两种。为能更好地测定电缆导体的温度,我们对以下光纤的放置位置进行了分析:

(1)光纤沿纵向固定在电缆护套表面或绝缘线芯表面。当高压电缆通电运行时,导体及绝缘的温度升高,发热的线芯使电缆沿长度方向伸长,而此时被固定住的光纤很难随电缆的伸长而伸长,并且光纤也会因受热导致其衰减增加,无法正常传输。

(2)光纤以螺旋形的方式缠绕在电缆绝缘线芯缓冲带的表面。当电缆卷绕到电缆盘或从电缆盘拉出或在敷设中发生弯曲时,易使光纤受弯或扭曲。若光纤受弯或扭曲与其缠绕方向相同时,光纤会被勒紧伸长;反之,光纤会松弛,在弯曲或扭曲消除时光纤易产生扭曲,而使光纤衰减增加,无法正常传输。

(3)光纤以螺旋形的方式缠绕在绝缘线芯表面。当高压电缆通电满负荷运行时,导体温度最高将达到90℃,绝缘温度也从20℃升至90℃,绝缘发生膨胀(绝缘厚度增加1.5mm左右,绝缘外径将增加3mm左右),此时在常温下紧密缠绕在绝缘线芯上的光纤将无法承受这部分膨胀的绝缘体积,而使光纤衰减增加,影响光纤测温的准确性。此外,由于国内高压交联聚乙烯绝缘电力电缆大多采用皱纹铝护套,光纤螺旋形绕在电缆绝缘线芯表面时铝护套内侧凸出部分对其挤压(这是因为大规格电缆的导体重量较重,在挤包电缆铝护套或氩弧焊电缆铝护套时绝缘线芯易下沉到铝护套低部),使光纤受损无法正常使用,从而影响光纤测温的准确性。

(4)光纤以螺旋形的方式缠绕在铝护套表面,波纹状表面使铝护套具有挠性,且铝护套和电缆绝缘线芯表面的缓冲带之间有一定空隙,这都会影响光纤测温的准确性。

综上所述,我们对光纤的放置位置进行了进一步合理设计,在挤铝或氩弧焊工序前把光纤放置于皱纹铝护套与绝缘线芯顶部的缝隙之间,光纤蛇形敷设以减少电缆上盘或安装敷设下盘时的拉力,并采用缓冲带作保护,防止光纤受压损伤或在挤包铝护套时被高温烫伤。图1为我们设计的高压光纤复合测温电缆的结构,其中缓冲带保护层是为保护光纤特别设计的。

3 关键工艺制作

本电缆的制作工艺的最大难点是光纤的放置,对此我们利用本公司自制的缓冲带绕包机进行如下制作:a.在缓冲带绕包的前端部位,两名操作工将光纤沿着电缆长度方向蛇形放置于电缆绝缘线芯上,蛇形节距为400～500 mm,蛇形波幅为30～40mm。为防止光纤在端头处损坏,在电缆两端0.5m范围内不放置光纤,这还便于在电缆成品检测时剥除电缆两端护套(约2.0m长)后电缆绝缘线芯表面光纤的裸露,以方便对光纤进行检测。b.用长约50mm、宽约10mm的胶布条垂直于电缆长度方向将光纤粘在电缆绝缘线芯表面,如图2a)所示。c.然后将两层2.0mm厚、宽度160mm的半导电缓冲带覆盖在用胶带粘好的光纤上面进行保护,半导电缓冲带两侧用胶布每隔500～600mm在光纤蛇形波峰处各粘一次,在半导电缓冲带接头处,可用胶带上下两层粘贴,如图2b)所示。d.虽然本电缆的挤铝或氩弧焊工序以及挤包外护套工序与普通高压电缆的生产过程一样,但在生产过程中应保持电缆的恒张力收放,以避免电缆受到过大的瞬时强拉力。同时,还应注意成品电缆的收线盘内径要大于20倍的电缆直径,以防止电缆弯曲半径过小,损伤光纤。

4 性能检测

本电缆的电性能不仅要要满足例行试验的要求,而且其光纤的衰减系数也要满足相应的国家标准或用户要求,即在850nm波长处,光纤衰减系数≤3.0dB/km,在1 300nm波长处,光纤衰减系数≤1.0dB/km。本电缆中光纤衰减系数满足上述要求时,即可利用分布式光纤测温系统(DTS)的载流量分析软件对电缆线路的载流量(电缆导体温度)进行实时监测,该光纤温度传感器的测温范围为0～300℃,测温误差为±0.3℃、测温分辨率为0.1℃。我们试制了两盘长度分别为520m和480m的OH-YJLW03 64/110 1×1 000 mm2-CTG-12B1电缆,电缆和内置光纤的实物照片如图3和图4所示。

我们委托国家电线电缆质量监督检验中心对上述成品电缆进行了全性能检测,主要性能检测结果可参见表1。表中显示该电缆的主要性能指标均符合标准要求,光纤衰减性能优良,充分证明了这种高压光纤复合测温电缆的结构设计合理,性能可靠。

5 结束语

采用内置光纤纵向蛇形敷设方式生产的高压光纤复合测温电缆,其光纤衰减性能满足国家标准和用户的要求,能比较准确地测量电缆导体温度。在高压电缆线路中采用分布式光纤内置式测温电缆可以极大地提高系统的安全可靠性,因此高压光纤复合测温电缆有着广阔的发展前景。

摘要：为利用光纤分布式温度监测系统对运行电缆的温度进行实时在线监测,自主开发了高压光纤复合测温电缆。对高压光纤复合测温电缆结构设计、光纤内置等制造过程和性能检测进行了较为详细的阐述。

关键词：高压电缆,复合缆,测温

参考文献

[1]温晓舫.光纤复合电力电缆的设计开发[C]∥2009年全国电力电缆新技术研讨会资料汇编.北京:中国电力企业联合会科技服务中心,2009:100-102.

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