核心提示：　　電力自動(dòng)化設(shè)備電力電纜接頭故障的預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)王新超，潘貞存（山東大學(xué)電力工程學(xué)院，山東濟(jì)南250061）一種間接在線評(píng)估接頭電阻和絕老化的算法，從理論上驗(yàn)證了接頭溫度與接頭質(zhì)量的相關(guān)性。在此基礎(chǔ)上

　　電力自動(dòng)化設(shè)備電力電纜接頭故障的預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)王新超，潘貞存（山東大學(xué)電力工程學(xué)院，山東濟(jì)南250061）一種間接在線評(píng)估接頭電阻和絕老化的算法，從理論上驗(yàn)證了接頭溫度與接頭質(zhì)量的相關(guān)性。在此基礎(chǔ)上介紹了基于上述機(jī)理而設(shè)計(jì)的電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過實(shí)例分析說明了該機(jī)理的有效性和可信度，同時(shí)本系統(tǒng)的先進(jìn)性和可靠性也得到了驗(yàn)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(dāng)供電距離較長時(shí)通常在線路上要出現(xiàn)電纜接頭，多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯示90%以上的電纜運(yùn)行故障是由接頭故障引發(fā)的。通過進(jìn)一步的分析表明，接觸電阻、過負(fù)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(shí)監(jiān)視多個(gè)電纜接頭溫度變化，實(shí)時(shí)顯示、定時(shí)打印記錄各接頭溫度值，并具有綜合分析報(bào)警功能的集散型電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便運(yùn)行人員能及時(shí)準(zhǔn)確地了解電纜運(yùn)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(shí)踐證明接頭溫度是反映接頭質(zhì)量的主要參數(shù)，當(dāng)接頭接觸電阻增加時(shí)，其接頭溫度也必然升高。而長時(shí)間較高的溫度，又會(huì)導(dǎo)致接頭處絕緣老化。如果對(duì)接頭溫度進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)和優(yōu)化處理，便可及時(shí)分析和掌握接頭質(zhì)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(guān)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(gè)方向傳遞，即向?qū)Ь€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(dǎo)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(dá)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(luò)圖中所標(biāo)Ti代表裸接頭處溫度，T為電纜溝環(huán)境溫度，TX為測(cè)點(diǎn)溫度，Rx為接頭處接觸電阻，Ix由電流互感器測(cè)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(cè)單元的等效熱阻，RH2為溫度檢測(cè)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(jià)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(cè)溫元件熱容量要小，測(cè)點(diǎn)與接頭間應(yīng)注入高絕緣導(dǎo)熱好的材料，測(cè)點(diǎn)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(jì)算結(jié)果實(shí)際證明完全可以滿足工程計(jì)算的要求。

　　1.4算法及公式根據(jù)的混合網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)定理，可以推導(dǎo)出電流、溫度及電阻的關(guān)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(yīng)，導(dǎo)致降一般使用情況下當(dāng)受到到溫度光照、外力作用時(shí)絕ish可KI身鍵盤實(shí)現(xiàn)。其6路滾動(dòng)式WEDc顯示器bookmark5由上式可見，當(dāng)用電設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)（其負(fù)荷電流不會(huì)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(yù)警信號(hào)。

　　除了極限預(yù)警情況下要及時(shí)對(duì)電纜頭采取措施外，在設(shè)備大修停電期間對(duì)非預(yù)警的電纜頭進(jìn)行質(zhì)量評(píng)估，找出隱患加以解決，則顯得更有意義。因?yàn)檫@時(shí)候的維修絲毫不會(huì)影響生產(chǎn)。

　　這類評(píng)估主要從接頭電阻是否已有質(zhì)的變化，接頭絕緣老化程度等入手。由于接頭絕緣老化會(huì)使絕緣強(qiáng)度和密封性下降，帶來漏電和加速接頭氧化過程導(dǎo)致接頭壽命縮短等潛在隱患，對(duì)其正確評(píng)估是很有實(shí)用價(jià)值的。下面就針對(duì)這2個(gè)問題，探討評(píng)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(yùn)行以后加上去的，即現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)），直接使用不方便。但在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，只要監(jiān)測(cè)最近一段時(shí)間內(nèi)接頭電阻是否有了明顯的變化就可以找出隱患。假設(shè)ti時(shí)刻以前（一般可以取溫度探頭接入時(shí)刻）接頭性能良好，并作為標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)在某個(gè)t2時(shí)刻的接頭性能進(jìn)行比較，便可以取得接頭變化的比率（該比率可由時(shí)，它完全可作為一個(gè)檢測(cè)裝置獨(dú)立工作，其報(bào)警溫度設(shè)置、打印設(shè)置、采集路數(shù)設(shè)置等都可以瀏覽掛接上來的各個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)。這種獨(dú)立性設(shè)計(jì)正是要體現(xiàn)集散系統(tǒng)的特點(diǎn)，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。但這類現(xiàn)場(chǎng)工作站并不具備評(píng)估軟件和圖形顯示能力，其歷史記錄也僅有報(bào)警點(diǎn)記錄。這些優(yōu)化功能都由上位機(jī)來實(shí)現(xiàn)。

　　中繼單元主要有2個(gè)功能：a.向下定時(shí)按地址號(hào)碼查詢各現(xiàn)場(chǎng)采集處理工作站或向其轉(zhuǎn)達(dá)上級(jí)傳來的指令，取回信息并緩存及向上轉(zhuǎn)發(fā)；b服從上級(jí)計(jì)算機(jī)的設(shè)置，管理下級(jí)網(wǎng)絡(luò)，這些設(shè)置包括接入的站數(shù)、地址編號(hào)、信息內(nèi)容、發(fā)送速率、定時(shí)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(quán)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(bào)警溫度設(shè)置、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)配置設(shè)置、采集數(shù)據(jù)管理等綜合功能。整個(gè)系統(tǒng)可通過網(wǎng)卡、集線器與企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)連接，以獲得相關(guān)數(shù)據(jù)支持。

　　3應(yīng)用實(shí)例分析3.1溫度報(bào)警實(shí)例故障相A故障線號(hào)：重油加氫甲8 3（3號(hào)接頭）報(bào)警溫度：65C歷史記錄如（a）示。（998年5~7月）。

　　從負(fù)荷電流看，報(bào)警前2個(gè)月有一次電流負(fù)荷過高，經(jīng)查詢維修記錄是甲9號(hào)線增容更換電纜，部分負(fù)荷并入甲8線。故障結(jié)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(fù)荷沖擊，導(dǎo)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(huì)受到負(fù)荷電流的影響，但作為故障報(bào)警信號(hào)還是可以的。對(duì)于環(huán)境配置相對(duì)較低、而可靠性要求較高的現(xiàn)場(chǎng)工作站（下位機(jī)）把溫差（Tx―T）曲線作為評(píng)判依據(jù)，使用起來更為方便。

　　3.2絕緣更新評(píng)估實(shí)例故障線號(hào)：重油加氫甲6 1（1號(hào)接頭）評(píng)估建議絕緣更新B相；建議級(jí)別：三級(jí)；歷史記錄如圖從負(fù)荷電流看，維修前約有一年半的時(shí)間負(fù)荷電流較大，溫度有較長時(shí)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(píng)估未給出多大變化）。實(shí)地勘察顯示，絕緣層表面有細(xì)小裂縫，剖開外層內(nèi)部有小洞并有刺鼻氣體放出。結(jié)論：原接頭質(zhì)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(fù)接頭和絕緣層。

　　4結(jié)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(yuǎn)距離通信能力，并配有強(qiáng)大的軟件支持，從其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上可以看出，它不僅能用于電纜接頭運(yùn)行性能的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，還可配以其他檢測(cè)元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種工業(yè)控制量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。如使用氣敏元件，實(shí)現(xiàn)電纜溝或其他諸如危險(xiǎn)氣體的輸送管道溝中，有害氣體濃度監(jiān)測(cè)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(yùn)行。4年多來，該裝置性能穩(wěn)定、運(yùn)行效果良好，已3次成功地檢測(cè)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(chǎn)的安全，具有很好的推廣價(jià)值。