故障感知诊断技术研究应用

一、研究背景

输电电缆作为省、市之间供电的重要枢纽，具有提高供电可靠性、增强传输能力、美化城市环境的优点。而随着电缆大范围使用，各电压等级电力电缆同通道密集敷设的情况不断增多，火灾、外破等导致通道断面丧失事件尤为突出。一方面由于在电缆材料、施工、安装质量和运行维护等方面存在的一些问题，严重影响了电缆运行的可靠性；另一方面，电缆落地后运行场所隐蔽、环境恶略，给检修工作带来了诸多不便，造成目前在运电缆故障问题较为突出。

输电电缆运行维护中的一项重要工作是主绝缘的检测，电缆绝缘缺陷产生的局部放电可引起电缆长时间过热运行，影响电缆绝缘材料的性能和寿命，容易导致绝缘击穿。电缆持续发热运行会进一步引起电缆在沟道内释放的可燃气体、有毒气体等问题，引发电缆沟道火灾会造成更为严重的事故，因此采取相关防护技术与措施迫在眉睫。电缆绝缘缺陷的主要检测方式有带电检测、在线监测，以及红外检测等方法，但各自都存在局限性。如局放现场噪声大，易受干扰，传统线监测系统价格昂贵，维护困难，红外检测效率低，不适合大范围推广等。

本项目根据高压输电电缆发生局部放电时伴随产生的高温物理现象，会使主绝缘分解产生的微量气体，拟采用高温下微量气体检测技术，对输电电缆因过热故障分解产生的微量气体进行定性和定量分析，气体检测不受环境中电磁波、广播等信号的干扰，具有独特的优越性，为输电电缆的故障检测提供一种新的解决方案。

二、输电电缆交联聚乙烯过热分解的研究

交联聚乙烯是一种高密度聚乙烯，通过交联反应使聚乙烯分子链之间的化学键连接形成三维网状结构，从而提高聚乙烯的强度、硬度、热稳定性和耐磨性。交联聚乙烯具有良好的机械性能、耐热性、抗化学腐蚀性、绝缘性能和耐磨性等特点，广泛应用于电线电缆、汽车、管道、建筑材料等领域。

当电缆发生局部放电时，在短时间内产生高温和高压，可能会导致交联聚乙烯分解产生大量气体和烟雾，可能对人员和设备造成危害。这些气体的产生可能会进一步加剧局部放电现象，甚至引起电缆的短路和故障。

交联聚乙烯的分解温度通常在150℃以上，具体的分解温度和产生的气体量也会受到电缆的使用情况和环境条件的影响，例如材料种类、厚度、交联方式、电场强度等等，可能会产生氢气、硫化氢、甲烷、乙烯、一氧化碳、二氧化碳等气体。

三、电缆隧道气体监测系统

电缆隧道气体监测系统采用气体监控系统管理软件对电缆隧道内各项气体参数进行监测和报警，通过区域控制单元将气体含量（含氧气、甲烷、硫化氢、一氧化碳）和温湿度等数据上传到监控中心，监控中心对接收到的各类采集数据进行综合分析，根据已定义的报警规则确定电网运行设备、环境、监控设备的运行工况，对于达到报警、预警限值的设备采用Socket协议直接向监控中心客户端和监控数据库发送报警消息。

主要功能

封闭电缆隧道内由于空气流通性差，常出现氧气含量过低，有害、可燃气体含量过高等情况。运维人员贸然进入容易因缺氧晕厥或有害气体中毒，对人员安全造成很大威胁，可燃气体含量过高会导致火灾、爆炸事故。采用气体监测变送器实时监测隧道内可燃气体、氧气、硫化氢等气体浓度，当某气体浓度达到或低于（氧气）设定值时，系统自动发出报警，提示运维人员，避免事故发生。

系统对电缆隧道内有害气体和温湿度等环境参量进行监控，有效实时的监测隧道内情况。

系统实时监测隧道内的氧气、一氧化碳、甲烷、硫化氢等气体含量，当气体含量超过一定标准时，系统立即报警，并可在自动模式下联动相应区域风机进行强制换气。

系统具备环境参量超标自动告警功能，并通过监控平台以图形、语音、短信等方式进行报警与通知相关人员。

隧道环境监测系统检测到气体、温湿度异常报警等时，可联动相关区段的风机进行强制换气。

3.2气体传感器

正常情况下，需要在隧道内每隔固定长度至少设置一套气体传感器，用于实时检测管廊内气体的浓度，每套气体探测器包含氧气、硫化氢、一氧化碳、甲烷等4种气体，系统现场采集器可以实时的对环境中的气体浓度进行监测。

3.3温湿度传感器

隧道内的环境温、湿度，对各种设备的运行有着很大的影响，同时对其他监测、照明、电源等辅助设施也有影响，湿度过大、温度过高等状态都会破坏设备的健康运行，采用环境温、湿度传感器实时监测隧道内环境温、湿度的变化，同时联动风机控制单元，为电缆隧道营造一个健康的运行环境，有利于各种设备的安全运行，降低事故率。

温湿度传感器采用递推平均数字软件滤波与硬件威廉希尔官方网站 滤波相结合的滤波方法，使外界对采样的干扰尽可能降到最低，全量程精度高、稳定性能强、一致性好、响应速度快。

3.4智能网关

智能网关用于接收并处理LORA传输单元的数据，智能网关带有显示功能，可以在现场对众多监测数据进行集中管理控制，实现现场查看数据并处理报警信息等功能，并且智能网关装设有4G传输模块，可以将数据通过无线4G的方式向服务器传输，并支持输变电协议的定制。

3.5隧道气体监控软件平台

隧道气体监控软件平台系统可以对智能网关上传的数据进行处理、展示、储存，是对隧道环境设施的监测结果进行集中展示和分析、报警，实现以电缆为主体的一体化应用系统，并可在大屏幕显示器系统进行统一展示指挥，形成一体化的电缆隧道运行安全综合智能监控系统，提高地下管廊的运行监控能力。

审核编辑 黄宇