在城市配電網(wǎng)中，電纜線路大多采用地下敷設方式，而電纜中間接頭作為線路的薄弱環(huán)節(jié)，長期承受電場、熱場及環(huán)境應力的共同作用，容易產(chǎn)生絕緣缺陷。局部放電是絕緣劣化的早期征兆，若能及時發(fā)現(xiàn)并干預，可有效避免電纜接頭擊穿故障。本文將基于一套典型的在線監(jiān)測系統(tǒng)方案，科普其技術原理、系統(tǒng)構成及工程實現(xiàn)方式。

一、為什么要監(jiān)測電纜中間接頭？

電纜中間接頭是現(xiàn)場制作的人工連接點，其絕緣強度往往低于電纜本體。在長期運行過程中，接頭內部可能出現(xiàn)氣隙、雜質或半導電層處理不當?shù)葐栴}，引發(fā)局部放電。局部放電雖能量較小，但會逐步侵蝕絕緣材料，最終導致絕緣擊穿。

此外，接頭接觸電阻過大或絕緣介質損耗異常都會引起溫度升高，溫度持續(xù)上升又會加速絕緣老化，形成惡性循環(huán)。因此，同時監(jiān)測局部放電和溫度，能夠更全面地評估接頭的運行狀態(tài)。

二、系統(tǒng)技術原理概述

該監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式架構，主要由三部分組成：傳感器、采集器和物管平臺。

傳感器安裝在電纜中間接頭表面，通過耦合接頭處的暫態(tài)地電壓信號、聲音信號及溫度信號，感知局部放電活動。傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過LoRa無線通信方式發(fā)送至附近的采集器。采集器匯集多個傳感器的數(shù)據(jù)后，利用4G專網(wǎng)經(jīng)VPN加密通道上傳至物聯(lián)管理平臺。平臺負責設備接入管理、數(shù)據(jù)解析和存儲，并可將數(shù)據(jù)轉發(fā)給上層應用系統(tǒng)。

三、核心監(jiān)測技術解讀

1. 暫態(tài)地電壓法

當電纜接頭內部發(fā)生局部放電時，放電電荷在接頭金屬屏蔽層內表面感應出高頻脈沖電流，這些電流沿屏蔽層向接地線傳播，同時在金屬屏蔽層外表面與大地之間產(chǎn)生瞬時的暫態(tài)地電壓。傳感器通過電容耦合方式拾取這一信號，頻率檢測范圍通常為50~300MHz。該方法靈敏度高，且不受電纜接地方式限制，適用于無接地線引出的電纜接頭。

2. 聲音監(jiān)測

局部放電伴隨有聲波發(fā)射，聲音信號頻率可達20kHz。通過貼在接頭外表面的聲學傳感器，可以捕捉放電產(chǎn)生的超聲或可聽聲波。聲音監(jiān)測與暫態(tài)地電壓監(jiān)測互為補充，有助于排除電磁干擾，提高放電識別的準確性。

3. 接觸式測溫

溫度傳感器直接接觸接頭表面，測量范圍-55℃~125℃，精度優(yōu)于±1℃。接觸式測溫響應直接，不受環(huán)境溫度波動影響，能真實反映接頭發(fā)熱情況。

四、系統(tǒng)構成與關鍵性能

1. 采集器

采集器是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯聚單元，內置超低功耗微控制器和大容量存儲器。其下行采用LoRa通信與傳感器組網(wǎng)，上行通過4G網(wǎng)絡與平臺通信。主要性能特點包括：

通信方式：下行LoRa，上行4G

傳感器管理容量：可接入12個傳感器

通信加密：不低于AES-128

通信規(guī)約：MQTT協(xié)議

供電方式：一次性高能鋰電池，免維護周期≥6年

工作溫度：-20~70℃

2. 傳感器

傳感器是實現(xiàn)信號感知的前端單元，體積小巧，采用扎帶捆綁方式安裝于電纜接頭表面。其核心參數(shù)如下：

局放檢測方式：暫態(tài)地電壓（50~300MHz）

局放測量動態(tài)范圍：0~60dB

局放測量一致性：＜±2dB

聲音檢測頻率：0~20kHz

測溫方式：接觸式，精度優(yōu)于±1℃

供電方式：一次性高能鋰電池，免維護周期≥8年

防護等級：IP68

結構形式：一體式環(huán)氧樹脂灌封，確保長期可靠性

值得關注的是，傳感器及工裝夾具均設計為不可自發(fā)熱材質，避免因傳感器自身發(fā)熱影響測溫準確性。

3. 供電單元

供電單元為采集器提供電源支持，輸出電壓12V，配備防水接口?，F(xiàn)場安裝時需注意接口的防水處理，通常采用自粘帶纏繞、雙臂熱縮管熱縮等方式進行密封，確保長期浸水環(huán)境下的可靠性。

五、數(shù)據(jù)接入與傳輸

傳感器采集的數(shù)據(jù)通過LoRa上傳至采集器，采集器匯總后經(jīng)4G專網(wǎng)及VPN加密通道傳輸至物聯(lián)管理平臺。傳輸協(xié)議采用MQTT，這是物聯(lián)網(wǎng)領域常用的輕量級發(fā)布/訂閱協(xié)議，適合在有限帶寬和不可靠網(wǎng)絡環(huán)境下傳輸數(shù)據(jù)。

上傳至平臺的數(shù)據(jù)類型包括：

聲音強度（單位：dBPa）

局部放電強度（單位：dBm）

溫度（單位：℃）

傳感器通信信號強度

傳感器電池電壓

傳感器ID

平臺側預先建立數(shù)據(jù)物模型，監(jiān)測終端按照物模型定義的數(shù)據(jù)格式上傳，平臺解析后存儲并供上層應用調用。

六、安裝工藝要點

傳感器的安裝位置宜選擇電纜中間接頭兩側1米范圍內。安裝前需用潔凈布清理電纜表面，確保無明顯水漬和油污。采用扎帶綁扎傳感器兩端，注意避開傳感器上的按鈕部位。

采集器宜安裝在靠近接頭的位置，盡量選擇較高處，避免長期浸泡?？刹捎脪煅b或膨脹螺絲釘墻安裝，要求橫平豎直，牢固美觀。

供電單元與采集器之間的電源線需穿金屬軟管保護，接頭處進行嚴格的防水處理，確保長期運行可靠性。

七、抗干擾與數(shù)據(jù)可靠性

局部放電信號微弱，現(xiàn)場環(huán)境中的電磁干擾、脈沖噪聲等都可能影響測量準確性。系統(tǒng)采用了多種抗干擾措施：

模擬濾波：通過硬件電路濾除帶外干擾

脈沖分組與周期脈沖剔除：識別并去除周期性干擾信號

動態(tài)閾值設置：根據(jù)背景噪聲自動調整觸發(fā)閾值

開相位窗口：結合工頻相位篩選放電脈沖

這些措施的綜合運用，使得測試數(shù)據(jù)真實可靠，能夠為絕緣狀態(tài)評估提供有效依據(jù)。

八、結語

配網(wǎng)電纜中間接頭局放及溫度在線監(jiān)測技術，通過對暫態(tài)地電壓、聲音、溫度等多維參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測，實現(xiàn)了對接頭絕緣狀態(tài)的在線感知。系統(tǒng)采用無線通信和電池供電方式，解決了現(xiàn)場取電難、布線繁瑣的問題，安裝維護方便。

隨著配電網(wǎng)數(shù)字化水平的提升，此類監(jiān)測技術將成為電纜狀態(tài)檢修的重要支撐，有助于實現(xiàn)從定期檢修向狀態(tài)檢修的轉變，提升配電網(wǎng)供電可靠性。

審核編輯 黃宇