概述

35kV以上的電纜主要采用帶有金屬護(hù)層的單芯電纜。因單芯電纜金屬護(hù)層與芯線中交流電流產(chǎn)生的磁力線相鉸鏈，使其兩端出現(xiàn)較高的感應(yīng)電壓，故需采取合適的接地措施，使感應(yīng)電壓處在安全電壓范圍內(nèi)（通常不超過50V，有安全措施時不超過100V）。通常短線路單芯電纜的金屬護(hù)層采用一端直接接地和另一端經(jīng)間隙或保護(hù)電阻接地的方式；長線路單芯電纜金屬護(hù)層則采用三相分段交叉互聯(lián)兩端接地的方式。不論采用哪種接地方式，良好的護(hù)層絕緣都是必要的，當(dāng)電纜護(hù)層絕緣發(fā)生損傷時，將使金屬護(hù)套多點接地，從而產(chǎn)生護(hù)層循環(huán)電流，增加護(hù)套的損耗，影響電纜的載流能力，嚴(yán)重時甚至使電纜嚴(yán)重發(fā)熱而燒毀。同時，保證高壓電纜線路金屬層護(hù)套直接接地點的接地良好也十分重要，如果接地點由于各種原因不能有效接地，那么電纜金屬護(hù)套的電位就會急劇升到幾千伏甚至上萬伏，很容易把電纜外護(hù)套擊穿并在擊穿點持續(xù)放電，造成電纜外護(hù)套溫度升高甚至著火燃燒。

IM2201C電纜護(hù)層綜合在線監(jiān)測裝置采用了環(huán)流法原理，即：單芯電纜金屬護(hù)套在正常情況下（即一點接地），金屬護(hù)套上環(huán)流極小，主要是容性電流，而一旦金屬護(hù)套出現(xiàn)多點接地與大地形成回路后，環(huán)流顯著增加，嚴(yán)重時可達(dá)主電流的90%以上。實時監(jiān)測金屬護(hù)套環(huán)流及其變化量，即可實現(xiàn)單芯電纜金屬護(hù)套多點接地故障的在線監(jiān)測，從而及時準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)接地故障，從根本上避免電纜事故的發(fā)生，保證電纜安全、可靠的運(yùn)行。

2   環(huán)流產(chǎn)生的原理

由電纜結(jié)構(gòu)了解到，其外部是金屬護(hù)層，當(dāng)傳導(dǎo)電能時，在線芯中的電流，會與外層金屬護(hù)層產(chǎn)生切割現(xiàn)象的電磁感應(yīng)。由于電磁感應(yīng)會在金屬護(hù)層上形成電動勢，稱為感應(yīng)電壓。其強(qiáng)弱與電流有關(guān)。當(dāng)電流增大時，電壓也增大，是一種遞增關(guān)系。過大的電壓會對護(hù)層造成影響，甚至造成電纜擊穿。因此，電纜每隔一段距離都要接一條接地線，目的就是釋放護(hù)層上積累的感應(yīng)電壓，這樣金屬護(hù)層就與大地形成一條通路，在感應(yīng)電壓的影響下形成回路電流，將這個電流稱為電纜護(hù)層環(huán)流。

圖1   電纜的結(jié)構(gòu)

1——線芯，2——絕緣層，3——金屬護(hù)層，4——外護(hù)層

環(huán)流過大的危害

（1）運(yùn)行高壓電纜金屬護(hù)層系統(tǒng)環(huán)流的增大,使得電纜金屬護(hù)層損耗劇增,電纜的溫升增加,嚴(yán)重時或?qū)е码娎|過熱甚至著火燃燒。

（2）運(yùn)行高壓電纜金屬護(hù)層環(huán)流大大增加了電纜傳輸電能的能量損失,降低了電纜的傳輸效率，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。

（3）運(yùn)行高壓電纜金屬護(hù)層環(huán)流,加速了電纜絕緣的老化,縮短了電纜的正常使用壽命。

（4）使交叉互聯(lián)連接處發(fā)熱，若長期運(yùn)行的電纜護(hù)層環(huán)流較大，而電纜交叉互聯(lián)處接觸不好，會引起交叉互聯(lián)處發(fā)熱。從設(shè)計角度及運(yùn)行經(jīng)驗來看，若運(yùn)行中保證交叉互聯(lián)接觸良好，將不會產(chǎn)生發(fā)熱問題。

高壓交流電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)典型方案

環(huán)流的監(jiān)測主要在交叉互聯(lián)箱的位置進(jìn)行測量。

圖2   高壓電纜在線監(jiān)測典型方案

電纜環(huán)流在線監(jiān)測的國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與通知

   系統(tǒng)構(gòu)成

監(jiān)測裝置由監(jiān)測主機(jī)和電流互感器、溫度及防盜割傳感器等組成。開口式電流互感器安裝于電纜護(hù)層接地線及主纜上，經(jīng)轉(zhuǎn)換為二次信號后引入監(jiān)測裝置。溫度傳感器用于對電纜溫度進(jìn)行監(jiān)測，防盜割傳感器對環(huán)流接地線進(jìn)行防盜割監(jiān)測。

以上所有監(jiān)測接口可根據(jù)客戶需求增減。

電纜護(hù)層綜合在線監(jiān)測系統(tǒng)組成如下圖：

監(jiān)測傳感器安裝位置示意圖

功能特點

（1）實時監(jiān)測三相電纜的護(hù)層接地電流、總接地電流及任意相主纜運(yùn)行電流；

（2）實時監(jiān)測三相電纜接頭溫度；

（3）實時對電纜護(hù)層接地線防盜割監(jiān)測；

（4）監(jiān)測時間間隔可設(shè)置；

（5）報警參數(shù)及是否允許相應(yīng)監(jiān)測參數(shù)產(chǎn)生報警可設(shè)置；

（6）統(tǒng)計設(shè)置時間段內(nèi)的值、最小值、平均值；

（7）實時監(jiān)測統(tǒng)計周期內(nèi)單相接地電流值最小值比，并進(jìn)行報警處理；

（8）實時監(jiān)測統(tǒng)計周期內(nèi)接地電流與負(fù)荷比值，并進(jìn)行報警處理；

（9）實時監(jiān)測統(tǒng)計周期內(nèi)單相接地電流變化率，并進(jìn)行報警處理；

（10）可任意時刻發(fā)送測量數(shù)據(jù)；

（11）可某個或多個監(jiān)測參數(shù)報警時，向手機(jī)發(fā)送報警信息；

（12）實時測量裝置輸入電壓；

（13）所有監(jiān)測數(shù)據(jù)均有時間標(biāo)簽，保證數(shù)據(jù)的性；

（14）所有監(jiān)測傳感器可根據(jù)用戶要求進(jìn)行增減配置；

（15）多種數(shù)據(jù)傳輸接口：RS485接口、RJ45、GPRS、GSM短信，可同時使用一種或多種數(shù)據(jù)傳輸模式；

（16）支持遠(yuǎn)程維護(hù)和升級；

（17）采用低功耗設(shè)計，支持多種電源供電方式：CT感應(yīng)取電、AC-DC電源、直流電供電及電池供電；

（18）全部采用工業(yè)級元件，具有良好的可靠性、穩(wěn)定性；

（19）單元式全封閉結(jié)構(gòu)設(shè)計，易于安裝，所有部件均采取緊鎖措施，

   抗振性能好，并且更換拆卸方便；

（20）全封灌結(jié)構(gòu)：環(huán)氧樹脂封灌、無外露元件、不進(jìn)水，支持IP68防護(hù)等級。

（21）可靠性高、免維護(hù)。

設(shè)備外觀與內(nèi)部封裝狀態(tài)

     箱體外殼采用鑄鋁機(jī)箱，也可定制不銹鋼機(jī)箱；

所有元件全部進(jìn)行環(huán)氧樹脂封灌；

使用高可靠防水航插接著。

技術(shù)指標(biāo)

監(jiān)測參量

電磁兼容特性

通信接口及支持協(xié)議

RS485接口

l 波特率：2400bps、9600bps、19200bps可設(shè)置

l 數(shù)據(jù)長度：8位；

l 起始位：1位；

l 停止位：1位；

l 校驗：無校驗；

目前RS485接口已經(jīng)支持協(xié)議如下：

1）我公司私有協(xié)議（對外開放，提供PC機(jī)測試程序，開源）；

2）支持標(biāo)準(zhǔn)Modbus RTU協(xié)議。

GSM/GPRS接口

l 工作頻段： 4頻，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協(xié)議。

目前GPRS數(shù)據(jù)接口已經(jīng)支持協(xié)議如下：

1）我公司私有協(xié)議（對外開放，提供PC機(jī)測試程序，開源）；

2）中文短信協(xié)議（對于不方便架設(shè)網(wǎng)絡(luò)的情況）；

3）阿里云物聯(lián)網(wǎng)云平臺；

4）廣東電網(wǎng)輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)規(guī)約 V1.3。

光纖接口

2個100Base-FX光口；

支持環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù)，支持多種環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)；

網(wǎng)絡(luò)故障自愈時間＜20ms。

以太網(wǎng)接口

速率：10/100 Mbps，MDI/MDIX交叉直連自動切換；

保護(hù)：1.5KV電磁隔離；

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：TCP，UDP，ARP，ICMP，DHCP，DNS，HTTPD Client。

光纖及以太網(wǎng)接口支持協(xié)議如下：

1）支持協(xié)議同GPRS鏈路；

2）Modbus TCP協(xié)議。

供電方式

12.1   交流電源供電方式

電壓：85~305VAC；

頻率：47~63Hz；

功率：≤8W。

具有以下特性：

1）過壓過流保護(hù)；

2）防浪涌性能滿足4級標(biāo)準(zhǔn)；

3）工作溫度范圍：-40°C～+85°C。

電池供電方式

有些地區(qū)無法為監(jiān)測設(shè)備提供交流源，用戶可選擇電池供電，設(shè)備進(jìn)行低功耗工作模式。可使電池使用3至4年。

CT取電供電方式

有以下特點：

1）啟動電流小，當(dāng)主纜電流達(dá)到25A時即可滿足設(shè)備的正常工作；

2）持續(xù)負(fù)荷電流1200A；

3）可承受大沖擊電流，30kA持續(xù)4秒；

3）設(shè)置過熱、過載保護(hù) ；

4）可多CT取電，提高輸出功率。

軟件界面

我公司提供通信端口測試軟件、網(wǎng)絡(luò)客戶端訪問及手機(jī)APP。

現(xiàn)場安裝圖片

    現(xiàn)場情況分為：城市地下管廊、地下電纜溝、地下電纜轉(zhuǎn)架空線

城市地下管廊

      此種情況電纜護(hù)套在城市地下管廊接地，設(shè)備安裝在地下管廊內(nèi)，直接在接地線取三相接地線電流信號，通過RS485、或者RJ45信號向后臺傳輸數(shù)據(jù)。

地下電纜溝

    此種情況電纜護(hù)套在接地井里面接地，設(shè)備安裝在接地井內(nèi)，直接在接地井里面取三相接地線電流信號，通過RS485、GSM/GPRS信號向后臺傳輸數(shù)據(jù)。

地下電纜轉(zhuǎn)架空線

    此種情況電纜在桿塔上接地，設(shè)備安裝在桿塔上，取三個單相接地線電流信號，分別通過三個GSM/GPRS模塊或者有線通信方式向后臺傳輸信號。