CN113777235A - 一种电力电缆绝缘过热检测装方法及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力电缆绝缘过热检测装方法及检测装置，所述检测装置包括通过数据连接线连接的检测机构和检测主机；所述检测机构包括设置在软性布料上的传感器阵列，传感器阵列的输出端连接检测机构的输入端；所述检测主机上设置有第一显示屏、第二显示屏和启动按钮，检测主机的内部设置有控制器，启动按钮的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端分别连接第一显示屏和第二显示屏的输入端。本发明能够辅助现场运维人员快速判断电力电缆交联聚乙烯绝缘材料的过热程度，实现了对电缆交联聚乙烯绝缘材料过热程度的现场快速评估，为电力电缆后期过热故障提供信息预警及对应的处置建议，为电力电缆线路安全稳定运行保驾护航。
Description
技术领域
本发明涉及电力检测技术领域，特别是一种电力电缆绝缘过热检测装方法及检测装置。
背景技术
近几年，随着城市化进程不断提高，加之城市核心区域供电高可靠性的要求，城市电网电缆化率持续攀升，高压电缆设备总量保持年均13％快速增长。
对应的，城市核心区地上通道资源会异常紧张，电力电缆通道路径批复难度与日俱增，连锁的导致地下电缆通道资源愈发紧张，不同电压等级电力电缆同通道密集敷设的情况不断增多，部分电缆通道前期建设未能充分考虑防火措施，高低压电缆同一通道、中性点非有效接地方式电缆的防火隔离措施尚未全部落实，光缆布置不规范、施工缺少有效管控，部分通道内火灾监测预警措施仍不完善。一旦发生因绝缘过热引发火灾原因导致的电缆通道特别是重要电缆通道的断面丧失事件或事故，将因此发生城镇大面积停电，从而造成恶劣的社会影响并导致难以估量的经济损失。
与此同时，每年进入电力系统的诸多防火类产品数量众多，防火性能也参差不齐。一旦劣质或防火性能不达标的的阻燃材料、封堵类等产品进入电缆地下通道内，将存在极大的安全隐患。与之相对应的，地下电力电缆通道资源随着电缆规模的急剧增加而变得更加紧张和拥挤，不同电压等级电力电缆特别是输、配电电缆通道密集敷设的情况不断增多，且配电电缆更易带故障运行一段时间，由此导致的种种防火、防过热问题依然突出，大面积停电风险始终存在。特别是在城市核心区域电缆化率高、负荷密集、供电保障要求高等情况下，若由于电缆过热等异常情况导致电缆通道断面丧失，将会造成极为恶劣的社会影响。
可以预见的是，电力电缆在电力系统中数目、覆盖面及运行环境将会面临更多疑难和棘手问题，其可靠稳定运行对电力系统意义重大。正常情况下，电力电缆制造工艺及制造材料、电缆附件制作工艺严格执行规程要求程度、电力系统过电压、负荷大小、敷设周围环境等均在正常和可控范围时，电力电缆一般不会发生电压致热型、电流致热型和综合致热型等常见的过热缺陷。否则，电力电缆线路很容易发生过热缺陷，严重时直接导致绝缘击穿并发生故障，产生严重后果。据不完全统计，电气火灾在2010-2019年重特大火灾中所占比例高达近50％，电力电缆及附件过热缺陷导致绝缘劣化或者由于电缆故障导致绝缘击穿等原因导致的电力电缆过热故障则约占整个电气火灾近60％。因此，针对发生在电缆绝缘材料过热乃至引发火灾之前的过热异常阶段开展准确和及时预警，对于发现排除电力电缆潜在性隐患、遏制故障面积扩大和保障电网、设备及人身财产安全等具有异常重要的意义。
然而，现阶段对于电缆过热缺陷检测仍停留在常规的红外和分布式光纤测温等手段进行。上述两种电力电缆本体温度检测方法存在如下弊端：
电力电缆带电运行时，若某部位发生温度异常，常规红外和分布式测温结果只能反映测试部位表面温度，难以准确反映电缆内部的实际温升情况，从而导致仪器实测温度的数据价值大打折扣，难以切实为现场运维工作提供有价值的试验数据支撑。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种电力电缆绝缘过热检测装方法及检测装置，实现对电缆交联聚乙烯绝缘材料过热程度的现场快速评估，为电力电缆后期过热故障提供信息预警及对应的处置建议。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种电力电缆绝缘过热检测装置，包括通过数据连接线连接的用于对电缆过热产生的特征气体进行检测的检测机构和用于对检测气体进行分析的检测主机；所述检测机构包括设置在软性布料上的传感器阵列，传感器阵列的输出端连接检测机构的输入端；所述检测主机上设置有用于显示有害气体含量的第一显示屏、用于显示评估结果的第二显示屏和用于启动检测主机的启动按钮，检测主机的内部设置有控制器，启动按钮的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端分别连接第一显示屏和第二显示屏的输入端。
上述一种电力电缆绝缘过热检测装置，所述传感器阵列为3×5阵列的气体检测传感器。
上述一种电力电缆绝缘过热检测装置，位于横向的相邻气体检测传感器的布置间距为1m。
一种电力电缆绝缘过热检测方法，所述方法采用所述的一种电力电缆绝缘过热检测装置实现，具体包括以下步骤：
A.分析电力电缆绝缘过热程度，确定电缆温升缺陷类型；
B.建立电力电缆绝缘材料分子模型，采用量子化学模块的化学动力学方法从微观角度探讨电力电缆交联聚乙烯绝缘材料发生过热过程中有毒有害气体以及过热时间之间的联系，确定不同温升不同时长下交联聚乙烯绝缘材料分解气体检测结果，明确交联聚乙烯绝缘材料过热分解的产气机理；
C.在电缆温升缺陷类型、电缆绝缘过热产气机理剖析的工作基础上，确定交联聚乙烯绝缘材料产气机理与不同原因导致的电缆本体绝缘过热情况之间的联系；在此基础上，再分别明确电缆绝缘在不同程度温升情况下，交联聚乙烯电缆的过热分解及对应情况下的产气趋势和相关规律；
D.针对电力电缆交联聚乙烯绝缘材料发生过热过程中产生的有毒有害气体与相关测试材料的相互作用机制，筛选出对上述分解出的特征气体组分敏感的检测材料，并梳理出气体组分敏感材料与相应气体之间的定性与定量关系；
E.通过在现场搭建特征气体检测装置，并在测试现场实践验证，实现对交联聚乙烯电缆绝缘分解特征气体的可靠检测与辨认；
F.深入分析电力电缆绝缘过热原因、过热类型数据和交联聚乙烯绝缘材料分解气体特征参量，判定电力电缆是否存在因电压致热型、电流致热型或综合致热型的过热缺陷隐患，并综合考虑电力电缆敷设型式、制造和安装质量、系统运行方式、电力系统过电压、运行年限、外力破坏因素，按照析出特征气体含量比值给出绝缘发热缺陷等级及对应的处置措施。
上述一种电力电缆绝缘过热检测方法，所述步骤A中电缆发热缺陷分为电流致热型缺陷、电压致热型缺陷和综合性致热缺陷。
上述一种电力电缆绝缘过热检测方法，所述步骤C中所述特征气体浓度与过热程度及时间的关系为：当电力电缆温度达到90℃时，Benzenemethanol浓度范围为6ppm～10ppm，Acetophenon浓度范围为15ppm～20ppm，当温度达到90℃时持续3～5min气体浓度将达到设定范围；当电力电缆温度到达130℃时，Benzenemethanol浓度范围为12ppm～20ppm，Acetophenon浓度范围为25ppm～35ppm，当温度达到130℃时持续1～2min气体浓度将达到设定范围；当电力电缆温度到达150℃时，Benzenemethanol浓度范围为20ppm～25ppm，Acetophenon浓度范围为25ppm～30ppm，当温度达到150℃时持续30s左右气体浓度将达到设定范围。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明能够辅助现场运维人员快速判断电力电缆交联聚乙烯绝缘材料的过热程度，实现了对电缆交联聚乙烯绝缘材料过热程度的现场快速评估，为电力电缆后期过热故障提供信息预警及对应的处置建议，为电力电缆线路安全稳定运行保驾护航。
附图说明
图1为本发明所述的检测装置的结构框图；
图2为本发明所述检测机构的结构示意图；
图3为本发明所述的检测方法的框架图；
图4为本发明的检测流程图。
其中：1.检测主机、2.数据连接线、3.检测机构、4.第一显示屏、5.第二显示屏、6.启动按钮、7.传感器阵列。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。
一种电力电缆绝缘过热检测装置，其结构框图如图1所示，包括检测主机1和检测机构3，检测主机1和检测机构3通过数据连接线2连接，进行检测数据的传输。
检测机构3包括传感器阵列7，传感器阵列设置在软性布料上，用来对电缆过热产生的特征气体进行检测，传感器阵列7的输出端通过数据连接线2连接检测主机1的输入端。
传感器阵列7为3×5阵列的气体检测传感器，将这些气体检测传感器有序的镶嵌在特制的软性布料上，位于横向的相邻气体检测传感器的布置间距设定为1m，可以覆盖2-3米临近的电缆本体检测需求，竖向的气体检测传感器可根据现场不同截面电力电缆外径自行布置，更为灵活并贴近现场运维实际情况。
检测主机1上设置有第一显示屏4、第二显示屏5和启动按钮6，第一显示屏4用来显示有毒有害气体的含量，第二显示屏5用来显示评估结果，启动按钮6用来启动检测主机进行检测，检测主机1的内部设置有控制器，启动按钮的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端分别连接第一显示屏和第二显示屏的输入端。
检测主机1内还设置有通讯单元，用来将检测的结果上传到智能管控平台8，工作人员可以通过智能管控平台8获取检测结果，以便于进行后续的分析和诊断。
一种电力电缆绝缘过热检测方法，采用一种电力电缆绝缘过热检测装置实现，检测方法的框架图如图3所示，具体包括以下步骤：
A.分析电力电缆绝缘过热程度，确定电缆温升缺陷类型。
电力电缆温升情况与电力电缆制造工艺、附件(含直通接头、绝缘接头、户外瓷套终端、DIS终端、负荷预制终端等)质量、电力系统过电压、负荷大小、敷设周围环境等因素息息相关。一般情况下，电缆发热缺陷分为电流致热型缺陷、电压致热型缺陷和综合性致热缺陷。
基于上述考虑，着重从以下几点开展相关工作：
(1)制造工艺
电力电缆制造材料是否满足相关标准要求、材料洁净度是否达标、制造工艺可否满足工程需求或用户特殊需求。结合相关案例或实验室研究成果，明确制造工艺不同方面与电缆温升的关联关系。
(2)附件质量
电力电缆附件质量重点从附件产品质量和制作质量两方面考虑。附件产品质量方面，重点关注产品生产工艺、原材料等与电缆温升方面关系；制作质量方面，可以分别从不同制作缺陷情况下，通过定性探究电缆温升程度与不同缺陷关系后并积极量化对应关系。
(3)电力系统过电压
重点结合人工合闸送电和雷电过电压方面，建立过电压与电力电缆线路运行时温升关系并明确量化该类过电压致热型缺陷。
(4)电缆线路负荷
该原因导致的电缆线路发热缺陷均为电流致热型缺陷，因此可以考虑建立电力电缆线路常规运行、特殊运行(诸如“N-1”、“N-2”等系统运行方式)等情况发热线路与负载对应关系。
(5)电缆敷设环境
电力电缆线路一般采用综合管廊、电力隧道、排管、直埋、沟槽、桥架等通道型式。不通通道型式下，电力电缆载流量因散热条件不同而发生较大改变，重点建立电力电缆温升与对应通道型式导致的载流量变化间的量化关系。
B.建立电力电缆绝缘材料分子模型，采用量子化学模块的化学动力学方法从微观角度探讨电力电缆交联聚乙烯绝缘材料发生过热过程中Benzenemethanol、Acetophenone有毒有害气体以及过热时间之间的联系，确定不同温升不同时长下交联聚乙烯绝缘材料分解气体检测结果，明确交联聚乙烯绝缘材料过热分解的产气机理。
C.在电缆温升缺陷类型、电缆绝缘过热产气机理剖析的工作基础上，确定交联聚乙烯绝缘材料产气机理与不同原因导致的电缆本体绝缘过热情况之间的联系；在此基础上，再分别明确电缆绝缘在不同程度温升情况下，交联聚乙烯电缆的过热分解及对应情况下的产气趋势和相关规律。
特征气体浓度与过热程度及时间的关系：当电力电缆温度达到90℃时，Benzenemethanol浓度范围为6ppm～10ppm，Acetophenon浓度范围为15ppm～20ppm，当温度达到90℃时持续3～5min气体浓度将达到设定范围；当电力电缆温度到达130℃时，Benzenemethanol浓度范围为12ppm～20ppm，Acetophenon浓度范围为25ppm～35ppm，当温度达到130℃时持续1～2min气体浓度将达到设定范围；当电力电缆温度到达150℃时，Benzenemethanol浓度范围为20ppm～25ppm，Acetophenon浓度范围为25ppm～30ppm，当温度达到150℃时持续30s左右气体浓度将达到设定范围。
D.针对电力电缆交联聚乙烯绝缘材料发生过热过程中产生的CBenzenemethanol、Acetophenon有毒有害气体与相关测试材料的相互作用机制，筛选出对上述分解出的特征气体组分敏感的检测材料，并梳理出气体组分敏感材料与相应气体之间的定性与定量关系。
E.通过在现场搭建特征气体检测装置，并在测试现场实践验证，实现对交联聚乙烯电缆绝缘分解特征气体的可靠检测与辨认。
F.深入分析电力电缆绝缘过热原因、过热类型数据和交联聚乙烯绝缘材料分解气体特征参量，判定电力电缆是否存在因电压致热型、电流致热型或综合致热型的过热缺陷隐患，并综合考虑电力电缆敷设型式、制造和安装质量、系统运行方式、电力系统过电压、运行年限、外力破坏因素，按照析出特征气体含量比值给出绝缘发热缺陷等级及对应的处置措施。
在上述工作基础上，针对电力电缆绝缘提出绝缘老化程度、剩余工作寿命、现阶段注意事项、最佳更换时期等综合评估结果，提供发生在电缆绝缘材料过热乃至引发火灾之前的过热异常阶段开展准确和及时预警，确保第一时间发现排除电力电缆潜在性隐患、遏制故障面积扩大和保障电网、设备及人身财产安全。
本发明的检测流程图如图4所示，首先通过检测装置对电缆进行过热缺陷分解特征检测，并将检测数据实时显示并上传到电力电缆智能管控平台，电力电缆智能管控平台可以依托平台专家诊断系统进行大数据分析，也可以依托人为辅助系统，通过现场技术人员或远程专家人员进行分析和诊断；当检测结果无异常时，则判定检测结束；当检测结果有异常时，判定缺陷类型并对发热程度进行评估，最后根据判定缺陷类型和评估的发热程度采取相应的处理措施和推送预警策略。
Claims (6)
1.一种电力电缆绝缘过热检测装置，其特征在于：包括通过数据连接线(2)连接的用于对电缆过热产生的特征气体进行检测的检测机构(3)和用于对检测气体进行分析的检测主机(1)；所述检测机构(3)包括设置在软性布料上的传感器阵列(7)，传感器阵列的输出端连接检测机构的输入端；所述检测主机(1)上设置有用于显示有害气体含量的第一显示屏(4)、用于显示评估结果的第二显示屏(5)和用于启动检测主机的启动按钮(6)，检测主机(1)的内部设置有控制器，启动按钮的输出端连接控制器的输入端，控制器的输出端分别连接第一显示屏和第二显示屏的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种电力电缆绝缘过热检测装置，其特征在于：所述传感器阵列(7)为3×5阵列的气体检测传感器。
3.根据权利要求2所述的一种电力电缆绝缘过热检测装置，其特征在于：位于横向的相邻气体检测传感器的布置间距为1m。
4.一种电力电缆绝缘过热检测方法，其特征在于：所述方法采用权利要求1至3任一项所述的一种电力电缆绝缘过热检测装置实现，具体包括以下步骤：
A.分析电力电缆绝缘过热程度，确定电缆温升缺陷类型；
B.建立电力电缆绝缘材料分子模型，采用量子化学模块的化学动力学方法从微观角度探讨电力电缆交联聚乙烯绝缘材料发生过热过程中有毒有害气体以及过热时间之间的联系，确定不同温升不同时长下交联聚乙烯绝缘材料分解气体检测结果，明确交联聚乙烯绝缘材料过热分解的产气机理；
C.在电缆温升缺陷类型、电缆绝缘过热产气机理剖析的工作基础上，确定交联聚乙烯绝缘材料产气机理与不同原因导致的电缆本体绝缘过热情况之间的联系；在此基础上，再分别明确电缆绝缘在不同程度温升情况下，交联聚乙烯电缆的过热分解及对应情况下的产气趋势和相关规律；
D.针对电力电缆交联聚乙烯绝缘材料发生过热过程中产生的有毒有害气体与相关测试材料的相互作用机制，筛选出对上述分解出的特征气体组分敏感的检测材料，并梳理出气体组分敏感材料与相应气体之间的定性与定量关系；
E.通过在现场搭建特征气体检测装置，并在测试现场实践验证，实现对交联聚乙烯电缆绝缘分解特征气体的可靠检测与辨认；
F.深入分析电力电缆绝缘过热原因、过热类型数据和交联聚乙烯绝缘材料分解气体特征参量，判定电力电缆是否存在因电压致热型、电流致热型或综合致热型的过热缺陷隐患，并综合考虑电力电缆敷设型式、制造和安装质量、系统运行方式、电力系统过电压、运行年限、外力破坏因素，按照析出特征气体含量比值给出绝缘发热缺陷等级及对应的处置措施。
5.根据权利要求4所述的一种电力电缆绝缘过热检测方法，其特征在于：所述步骤A中电缆发热缺陷分为电流致热型缺陷、电压致热型缺陷和综合性致热缺陷。
6.根据权利要求4所述的一种电力电缆绝缘过热检测方法，其特征在于，所述步骤C中所述特征气体浓度与过热程度及时间的关系为：当电力电缆温度达到90℃时，Benzenemethanol浓度范围为6ppm～10ppm，Acetophenon浓度范围为15ppm～20ppm，当温度达到90℃时持续3～5min气体浓度将达到设定范围；当电力电缆温度到达130℃时，Benzenemethanol浓度范围为12ppm～20ppm，Acetophenon浓度范围为25ppm～35ppm，当温度达到130℃时持续1～2min气体浓度将达到设定范围；当电力电缆温度到达150℃时，Benzenemethanol浓度范围为20ppm～25ppm，Acetophenon浓度范围为25ppm～30ppm，当温度达到150℃时持续30s左右气体浓度将达到设定范围。
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