高压单芯电缆绝缘保护及故障预警系统

功能及应用

高压单芯电缆由于输送容量大、便于敷设施工等优点，广泛应用于钢铁、石油化工等大型厂矿企业和电力系统中。单芯电缆的金属屏蔽层通常是一端接地，另一端不接地或经保护器接地。电缆运行时电缆金属屏蔽层不接地端会出现较高的电压。受雷电冲击、操作过电压、负载电流的剧烈波动、严重的高次谐波电流等的影响，都会使金属屏蔽层不接地端出现较高的冲击过电压。实践中发现有时过电压会达到几千伏甚至十几千伏。上述过电压可能击穿电缆屏蔽层外绝缘，造成电缆金属屏蔽层多点接地产生环流，不但消耗大量电能，并且严重危害电缆主绝缘性能，进而造成电缆故障引发安全生产事故。

本系统的主要功能一是限制单芯电缆金属屏蔽层不接地端的各类过电压，保护电缆绝缘性能；二是通过实时检测屏蔽层中环流，报告电缆外护套绝缘状况，预警电缆故障。

基本原理

1. 在单芯电缆金属屏蔽层不接地端安装阻尼泄放装置限制各类过电压的产生。常规电缆护层保护器只能抑制雷击过电压，其抑制拐点电压高、通流容量小，不能长期通过电流、不能做运行中过电压抑制。阻尼泄放装置原理：
2. 在线监测预警原理：对电缆屏蔽层电流实时监测、数据通过通讯实时上传至后台系统，通过模型分析得到整个电缆屏蔽层的运行状态，对电缆屏蔽层及护层保护器的运行状态进行评估，在电缆屏蔽层运行出现异常时可提前做出预警。

系统组成

1. 阻尼泄放装置（泄放箱）
2. 在线环流监测装置
3. 通讯装置
4. 后台监控预警系统

应用案例

莱钢集团有限公司2016年至2019年，共发生21起电力电缆事故。特别是2018年4月18日型钢35kV电缆通廊因单芯电缆接地发生11路共计33根电缆烧毁的重大供电事故。2017年-2018年共计14起单芯电缆接地故障，其中电缆本体发生绝缘故障9起，占比64%。对14起故障进行逐一汇总分析发现主要是电缆护套损坏、电缆屏蔽层损坏造成的主绝缘击穿故障。

为进一步降低电缆故障率，提高供电可靠性及连续性，莱钢集团在110kV冯家庄变电站安装了一套本公司的“高压单芯电缆绝缘保护和故障预警系统”。冯家庄站作为主站安装后台监控预警系统，在18条出线回路上，跟据线路不同情况或在主站、或在用户站安装阻尼泄放箱或环流检测箱，在线路中间屏蔽层接地处安装太阳能供电的监测箱，各处实时检测数据通过通讯传值冯家庄站进行处理，通过后台软件计算分析得到每条电缆屏蔽层的运行状态，对电缆屏蔽层及护层保护器的运行状态进行评估，在电缆屏蔽层运行出现异常时可提前做出预警。系统投运后运行良好。