CN202601293U - 一种可在线监测局部放电的碳纤维光电复合电缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可在线监测局部放电的碳纤维光电复合电缆，其组成按照从内到外的顺序，依次包括导体线芯、内半导电层、XLPE绝缘、外半导电层、半导电缓冲层、局部放电检测光纤光栅、内含缓冲保护层的光纤套管、皱纹铝护套、防腐涂层、外护套，半导电缓冲层内预埋有两根内含缓冲保护层的光纤套管，每根内含缓冲保护层的光纤套管包裹有一根局部放电检测光纤光栅；所述导体线芯是碳纤维复合芯。使用本实用新型，可自动、实时、在线监测超高压电力电缆内部的绝缘状态，有效地保证了超高压电力电缆运行的安全可靠性，为及时发现问题、提前检修创造了条件。

Description

一种可在线监测局部放电的碳纤维光电复合电缆

技术领域

本实用新型涉及电力输送领域，尤其是涉及一种可在线监测局部放电的碳纤维光电复合电缆。 

背景技术

随着我国经济的迅速发展，城市现代化进程的明显加快，城市规模的不断扩大和新农村建设的快速发展，电力需求快速增长。而且由于能源分布和东西部发展的不平衡，急需解决能源大功率、长距离输送的瓶颈问题。虽然超高压的建设部分缓解了这种矛盾，但受制于传统钢芯铝绞线承载能力的限制，输电线路已不堪承受传输容量快速扩容的需求，电力传输成为电力工业发展的“瓶颈”。目前，世界各国都在研究新型架空输电线路用载体，以取代传统的常规钢芯铝绞线。 

此外，超高压电力电缆的绝缘结构中往往会由于加工技术上的难度或原材料不纯而存在气隙和有害性杂质，或者由于工艺原因在绝缘与半导电屏蔽层之间存在间隙或半导电层向绝缘层突出，在这些气隙和杂质尖端处极易产生局部放电。 

局部放电作为超高压电力电缆绝缘故障早期的主要表现形式，既是引起绝缘老化的主要原因，又是表征绝缘状况的主要特征参数。超高压电力电缆的局部放电量与电力电缆绝缘状况密切相关，局部放电量的变化预示着超高压电力电缆绝缘中一定存在着可能危及电缆安全运行的缺陷。因此准确测量局部放电量是判断超高压电力电缆绝缘品质的最直观、理想、有效的方法。但目前所有的超高压电力电缆在通电投运后，现存的重要问题就是缺乏有效的技术手段监测其运行过程中的绝缘健康水平。现阶段，国内外各种局部放电测试仪器采用的外置式局部放电耦合传感器，要么安装时会破坏电力电缆表层结构，影响其本体绝缘性能；要么受到运行现场强电磁场干扰，再加上高频局部放电信号衰减严重，影响检测灵敏度，甚至导致被测放电信号被背景噪声所淹没，而超高压电力电缆内部绝缘出现问题往往是电缆线路出现事故的主要原因。 

中国专利200410026134.7“电力电缆局部放电在线监测方法及装置”中采用在 电缆接地线上套接局部放电传感器来感应放电信号，采用这种方法可能会受到运行现场强电磁场干扰，再加上高频局部放电信号衰减严重，影响检测灵敏度，甚至导致被测放电信号被背景噪声所淹没。 

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种克服现有钢芯铝绞线缺陷的碳纤维电缆，并且可在线监测局部放电的碳纤维光电复合电缆，可自动监测其内部的绝缘状态，及时发现潜在故障隐患，并及时报警、产生定位信息，能避免因绝缘缺陷不断劣化所导致的运行事故，满足超高压电力电缆运行状态监测和智能诊断要求，适用于110kV～500kV电压等级。 

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是： 

一种可在线监测局部放电的碳纤维光电复合电缆，其组成按照从内到外的顺序，依次包括导体线芯、内半导电层、XLPE绝缘、外半导电层、半导电缓冲层、局部放电检测光纤光栅、内含缓冲保护层的光纤套管、皱纹铝护套、防腐涂层、外护套，其特征在于：半导电缓冲层内预埋有两根内含缓冲保护层的光纤套管，每根内含缓冲保护层的光纤套管包裹有一根局部放电检测光纤光栅，组成一套局部放电光纤光栅检测单元，每套局部放电光纤光栅检测单元螺旋形缠绕在半导电缓冲层内，其余组成部分按从内到外顺序依次套接在一起；所述导体线芯是碳纤维复合芯。 

本实用新型的有益效果是： 

碳纤维复合芯铝绞线的研制、开发将极大地提高输电线路的输送能力，碳纤维复合芯铝绞线与常规钢芯铝绞线相比，具有以下优点： 

1.强度大，碳纤维复合芯铝绞线强度是常规钢芯铝绞线的2倍。 

2.导电率高，碳纤维复合芯铝绞线的电导率为63.2％，比常规钢芯铝铰线电导率提高3-4％。 

3.低弧垂，碳纤维复合芯铝绞线与常规钢芯铝绞线相比具有显著的低弛度特性，在常温下弧垂不到常规钢芯铝绞线的1/10，提高了导线运行的安全性和可靠性。 

4.耐高温，常规钢芯铝绞线的使用温度在100℃以下，而碳纤维复合芯铝绞线可在180℃高温下能有效运行，短时间可以到200℃。 

5.重量轻，碳纤维芯棒的比重约为钢的1/4，碳纤维复合芯铝绞线单位长度重量约为常规钢芯铝绞线的60％-80％。 

6.耐腐蚀，碳纤维复合芯铝绞线使用寿命是常规钢芯铝绞线的2倍。 

7.综合成本低。由于碳纤维复合芯铝绞线容量可以加大运行，而且抗拉强度高、弛度小、重量轻等特点，可使杆、塔之间的跨距增大，高度降低，由于强度高，可以加大杆、塔之间的跨度，减少20％以上的杆、塔。同样容量线路成本比普通导线综合成本低。 

8.节约一半铝材的消耗。从保护环境、节约能源、改善人类生态环境方面来说，具有划时代的意义。 

此外，使用本实用新型，可自动、实时、在线监测碳纤维光电复合电缆内部的绝缘状态，有效地保证了碳纤维光电复合电缆运行的安全可靠性，为及时发现问题、提前检修创造了条件。本实用新型采用的局部放电光纤光栅检测单元具有尺寸小、高频率响应好、检测灵敏度高、抗电磁干扰的优点。 

附图说明

图1为本实用新型的可在线监测局部放电的碳纤维光电复合电缆横向截面示意图。 

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。 

图1中标记说明：1-导体线芯，2-内半导电层，3-XLPE绝缘，4-外半导电层，5-半导电缓冲层，6-局部放电检测光纤光栅，7-内含缓冲保护层的光纤套管，8-皱纹铝护套，9-防腐涂层，10-外护套。 

图1中，本实用新型按照从内到外的顺序，依次包括导体线芯1、内半导电层2、XLPE绝缘3、外半导电层4、半导电缓冲层5、局部放电检测光纤光栅6、内含缓冲保护层的光纤套管7、皱纹铝护套8、防腐涂层9、外护套10。半导电缓冲层5内预埋有两根内含缓冲保护层的光纤套管7，每根内含缓冲保护层的光纤套管7包裹有一根局部放电检测光纤光栅6，组成一套局部放电光纤光栅检测单元，每套局部放电光纤光栅检测单元螺旋形缠绕在半导电缓冲层5内，受外力损坏的可能性很小，利用基于光纤光栅的声光效应检测技术可以实时监测碳纤维光电复合电缆绝缘内部局部放电产生的超声波，并对放电源进行定位。所述导体线芯1是碳纤维复合芯，所述碳纤维复合芯是由环氧树脂、膨胀倍数在100倍以上的纳米膨胀石墨和增强体碳纤维组 成的高强导电复合材料构成；所述增强体碳纤维是碳纤维丝、陶瓷纤维丝和玻璃纤维毡由热固性树脂固化定型制成，所述碳纤维丝是由聚丙烯腈基碳纤维混合纤维素碳纤维制成的纤维丝。 

基于光纤光栅的声光效应检测技术原理如下：利用光纤材料的光敏性(外界入射光子和纤芯内锗离子相互作用引起折射率的永久性变化)，可在纤芯内形成空间相位光栅。局部放电源产生的超声波在光纤中传播引发的应力场会导致光栅栅距和纤芯折射率距发生变化，引起反射窄带光的中心波长(布拉格波长)随之改变，因此通过精确地测量光栅发射光的布拉格波长的变化量，就可以获取光栅处所测物理量。采用波分复用技术串接整根光纤中的光栅传感器，并结合波长探测解调系统，可实现分布式测量，并进行远程监控。 

在碳纤维光电复合电缆中间接头保护尾管内电缆皱纹铝护套8断口处将局部放电光纤光栅检测单元引出，或者与中间接头内部局部放电检测单位对接，从碳纤维光电复合电缆终端保护尾管内电缆皱纹铝护套8断口处将局部放电光纤光栅检测单元引出，与外部测量设备相连，将碳纤维光电复合电缆绝缘内部局部放电信号传输到外部的终端机上，从而实现碳纤维光电复合电缆局部放电的在线监测。 

Claims (1)

1.一种可在线监测局部放电的碳纤维光电复合电缆，其组成按照从内到外的顺序，依次包括导体线芯、内半导电层、XLPE绝缘、外半导电层、半导电缓冲层、局部放电检测光纤光栅、内含缓冲保护层的光纤套管、皱纹铝护套、防腐涂层、外护套，其特征在于：半导电缓冲层内预埋有两根内含缓冲保护层的光纤套管，每根内含缓冲保护层的光纤套管包裹有一根局部放电检测光纤光栅，组成一套局部放电光纤光栅检测单元，每套局部放电光纤光栅检测单元螺旋形缠绕在半导电缓冲层内，其余组成部分按从内到外顺序依次套接在一起；所述导体线芯是碳纤维复合芯。