故障感知診斷技術研究應用

一、研究背景

輸電電纜作為省、市之間供電的重要樞紐，具有提高供電可靠性、增強傳輸能力、美化城市環(huán)境的優(yōu)點。而隨著電纜大范圍使用，各電壓等級電力電纜同通道密集敷設的情況不斷增多，火災、外破等導致通道斷面喪失事件尤為突出。一方面由于在電纜材料、施工、安裝質量和運行維護等方面存在的一些問題，嚴重影響了電纜運行的可靠性；另一方面，電纜落地后運行場所隱蔽、環(huán)境惡略，給檢修工作帶來了諸多不便，造成目前在運電纜故障問題較為突出。

輸電電纜運行維護中的一項重要工作是主絕緣的檢測，電纜絕緣缺陷產生的局部放電可引起電纜長時間過熱運行，影響電纜絕緣材料的性能和壽命，容易導致絕緣擊穿。電纜持續(xù)發(fā)熱運行會進一步引起電纜在溝道內釋放的可燃氣體、有毒氣體等問題，引發(fā)電纜溝道火災會造成更為嚴重的事故，因此采取相關防護技術與措施迫在眉睫。電纜絕緣缺陷的主要檢測方式有帶電檢測、在線監(jiān)測，以及紅外檢測等方法，但各自都存在局限性。如局放現(xiàn)場噪聲大，易受干擾，傳統(tǒng)線監(jiān)測系統(tǒng)價格昂貴，維護困難，紅外檢測效率低，不適合大范圍推廣等。

本項目根據(jù)高壓輸電電纜發(fā)生局部放電時伴隨產生的高溫物理現(xiàn)象，會使主絕緣分解產生的微量氣體，擬采用高溫下微量氣體檢測技術，對輸電電纜因過熱故障分解產生的微量氣體進行定性和定量分析，氣體檢測不受環(huán)境中電磁波、廣播等信號的干擾，具有獨特的優(yōu)越性，為輸電電纜的故障檢測提供一種新的解決方案。

二、輸電電纜交聯(lián)聚乙烯過熱分解的研究

交聯(lián)聚乙烯是一種高密度聚乙烯，通過交聯(lián)反應使聚乙烯分子鏈之間的化學鍵連接形成三維網(wǎng)狀結構，從而提高聚乙烯的強度、硬度、熱穩(wěn)定性和耐磨性。交聯(lián)聚乙烯具有良好的機械性能、耐熱性、抗化學腐蝕性、絕緣性能和耐磨性等特點，廣泛應用于電線電纜、汽車、管道、建筑材料等領域。

當電纜發(fā)生局部放電時，在短時間內產生高溫和高壓，可能會導致交聯(lián)聚乙烯分解產生大量氣體和煙霧，可能對人員和設備造成危害。這些氣體的產生可能會進一步加劇局部放電現(xiàn)象，甚至引起電纜的短路和故障。

交聯(lián)聚乙烯的分解溫度通常在150℃以上，具體的分解溫度和產生的氣體量也會受到電纜的使用情況和環(huán)境條件的影響，例如材料種類、厚度、交聯(lián)方式、電場強度等等，可能會產生氫氣、硫化氫、甲烷、乙烯、一氧化碳、二氧化碳等氣體。

三、電纜隧道氣體監(jiān)測系統(tǒng)

電纜隧道氣體監(jiān)測系統(tǒng)采用氣體監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件對電纜隧道內各項氣體參數(shù)進行監(jiān)測和報警，通過區(qū)域控制單元將氣體含量（含氧氣、甲烷、硫化氫、一氧化碳）和溫濕度等數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心對接收到的各類采集數(shù)據(jù)進行綜合分析，根據(jù)已定義的報警規(guī)則確定電網(wǎng)運行設備、環(huán)境、監(jiān)控設備的運行工況，對于達到報警、預警限值的設備采用Socket協(xié)議直接向監(jiān)控中心客戶端和監(jiān)控數(shù)據(jù)庫發(fā)送報警消息。

主要功能

封閉電纜隧道內由于空氣流通性差，常出現(xiàn)氧氣含量過低，有害、可燃氣體含量過高等情況。運維人員貿然進入容易因缺氧暈厥或有害氣體中毒，對人員安全造成很大威脅，可燃氣體含量過高會導致火災、爆炸事故。采用氣體監(jiān)測變送器實時監(jiān)測隧道內可燃氣體、氧氣、硫化氫等氣體濃度，當某氣體濃度達到或低于（氧氣）設定值時，系統(tǒng)自動發(fā)出報警，提示運維人員，避免事故發(fā)生。

系統(tǒng)對電纜隧道內有害氣體和溫濕度等環(huán)境參量進行監(jiān)控，有效實時的監(jiān)測隧道內情況。

系統(tǒng)實時監(jiān)測隧道內的氧氣、一氧化碳、甲烷、硫化氫等氣體含量，當氣體含量超過一定標準時，系統(tǒng)立即報警，并可在自動模式下聯(lián)動相應區(qū)域風機進行強制換氣。

系統(tǒng)具備環(huán)境參量超標自動告警功能，并通過監(jiān)控平臺以圖形、語音、短信等方式進行報警與通知相關人員。

隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)檢測到氣體、溫濕度異常報警等時，可聯(lián)動相關區(qū)段的風機進行強制換氣。

3.2氣體傳感器

正常情況下，需要在隧道內每隔固定長度至少設置一套氣體傳感器，用于實時檢測管廊內氣體的濃度，每套氣體探測器包含氧氣、硫化氫、一氧化碳、甲烷等4種氣體，系統(tǒng)現(xiàn)場采集器可以實時的對環(huán)境中的氣體濃度進行監(jiān)測。

3.3溫濕度傳感器

隧道內的環(huán)境溫、濕度，對各種設備的運行有著很大的影響，同時對其他監(jiān)測、照明、電源等輔助設施也有影響，濕度過大、溫度過高等狀態(tài)都會破壞設備的健康運行，采用環(huán)境溫、濕度傳感器實時監(jiān)測隧道內環(huán)境溫、濕度的變化，同時聯(lián)動風機控制單元，為電纜隧道營造一個健康的運行環(huán)境，有利于各種設備的安全運行，降低事故率。

溫濕度傳感器采用遞推平均數(shù)字軟件濾波與硬件電路濾波相結合的濾波方法，使外界對采樣的干擾盡可能降到最低，全量程精度高、穩(wěn)定性能強、一致性好、響應速度快。

3.4智能網(wǎng)關

智能網(wǎng)關用于接收并處理LORA傳輸單元的數(shù)據(jù)，智能網(wǎng)關帶有顯示功能，可以在現(xiàn)場對眾多監(jiān)測數(shù)據(jù)進行集中管理控制，實現(xiàn)現(xiàn)場查看數(shù)據(jù)并處理報警信息等功能，并且智能網(wǎng)關裝設有4G傳輸模塊，可以將數(shù)據(jù)通過無線4G的方式向服務器傳輸，并支持輸變電協(xié)議的定制。

3.5隧道氣體監(jiān)控軟件平臺

隧道氣體監(jiān)控軟件平臺系統(tǒng)可以對智能網(wǎng)關上傳的數(shù)據(jù)進行處理、展示、儲存，是對隧道環(huán)境設施的監(jiān)測結果進行集中展示和分析、報警，實現(xiàn)以電纜為主體的一體化應用系統(tǒng)，并可在大屏幕顯示器系統(tǒng)進行統(tǒng)一展示指揮，形成一體化的電纜隧道運行安全綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)，提高地下管廊的運行監(jiān)控能力。

審核編輯 黃宇