一、研究背景

輸電電纜作為省、市之間供電的重要樞紐，具有提高供電可靠性、增強(qiáng)傳輸能力、美化城市環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。而隨著電纜大范圍使用，各電壓等級(jí)電力電纜同通道密集敷設(shè)的情況不斷增多，火災(zāi)、外破等導(dǎo)致通道斷面喪失事件尤為突出。一方面由于在電纜材料、施工、安裝質(zhì)量和運(yùn)行維護(hù)等方面存在的一些問(wèn)題，嚴(yán)重影響了電纜運(yùn)行的可靠性；另一方面，電纜落地后運(yùn)行場(chǎng)所隱蔽、環(huán)境惡略，給檢修工作帶來(lái)了諸多不便，造成目前在運(yùn)電纜故障問(wèn)題較為突出。

輸電電纜運(yùn)行維護(hù)中的一項(xiàng)重要工作是主絕緣的檢測(cè)，電纜絕緣缺陷產(chǎn)生的局部放電可引起電纜長(zhǎng)時(shí)間過(guò)熱運(yùn)行，影響電纜絕緣材料的性能和壽命，容易導(dǎo)致絕緣擊穿。電纜持續(xù)發(fā)熱運(yùn)行會(huì)進(jìn)一步引起電纜在溝道內(nèi)釋放的可燃?xì)怏w、有毒氣體等問(wèn)題，引發(fā)電纜溝道火災(zāi)會(huì)造成更為嚴(yán)重的事故，因此采取相關(guān)防護(hù)技術(shù)與措施迫在眉睫。電纜絕緣缺陷的主要檢測(cè)方式有帶電檢測(cè)、在線監(jiān)測(cè)，以及紅外檢測(cè)等方法，但各自都存在局限性。如局放現(xiàn)場(chǎng)噪聲大，易受干擾，傳統(tǒng)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)價(jià)格昂貴，維護(hù)困難，紅外檢測(cè)效率低，不適合大范圍推廣等。

本項(xiàng)目根據(jù)高壓輸電電纜發(fā)生局部放電時(shí)伴隨產(chǎn)生的高溫物理現(xiàn)象，會(huì)使主絕緣分解產(chǎn)生的微量氣體，擬采用高溫下微量氣體檢測(cè)技術(shù)，對(duì)輸電電纜因過(guò)熱故障分解產(chǎn)生的微量氣體進(jìn)行定性和定量分析，氣體檢測(cè)不受環(huán)境中電磁波、廣播等信號(hào)的干擾，具有獨(dú)特的優(yōu)越性，為輸電電纜的故障檢測(cè)提供一種新的解決方案。

二、輸電電纜交聯(lián)聚乙烯過(guò)熱分解的研究

交聯(lián)聚乙烯是一種高密度聚乙烯，通過(guò)交聯(lián)反應(yīng)使聚乙烯分子鏈之間的化學(xué)鍵連接形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而提高聚乙烯的強(qiáng)度、硬度、熱穩(wěn)定性和耐磨性。交聯(lián)聚乙烯具有良好的機(jī)械性能、耐熱性、抗化學(xué)腐蝕性、絕緣性能和耐磨性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電線電纜、汽車、管道、建筑材料等領(lǐng)域。

當(dāng)電纜發(fā)生局部放電時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高溫和高壓，可能會(huì)導(dǎo)致交聯(lián)聚乙烯分解產(chǎn)生大量氣體和煙霧，可能對(duì)人員和設(shè)備造成危害。這些氣體的產(chǎn)生可能會(huì)進(jìn)一步加劇局部放電現(xiàn)象，甚至引起電纜的短路和故障。

交聯(lián)聚乙烯的分解溫度通常在150℃以上，具體的分解溫度和產(chǎn)生的氣體量也會(huì)受到電纜的使用情況和環(huán)境條件的影響，例如材料種類、厚度、交聯(lián)方式、電場(chǎng)強(qiáng)度等等，可能會(huì)產(chǎn)生氫氣、硫化氫、甲烷、乙烯、一氧化碳、二氧化碳等氣體。

三、電纜隧道氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

電纜隧道氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用氣體監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件對(duì)電纜隧道內(nèi)各項(xiàng)氣體參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和報(bào)警，通過(guò)區(qū)域控制單元將氣體含量（含氧氣、甲烷、硫化氫、一氧化碳）和溫濕度等數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心對(duì)接收到的各類采集數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，根據(jù)已定義的報(bào)警規(guī)則確定電網(wǎng)運(yùn)行設(shè)備、環(huán)境、監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行工況，對(duì)于達(dá)到報(bào)警、預(yù)警限值的設(shè)備采用Socket協(xié)議直接向監(jiān)控中心客戶端和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)發(fā)送報(bào)警消息。

主要功能

封閉電纜隧道內(nèi)由于空氣流通性差，常出現(xiàn)氧氣含量過(guò)低，有害、可燃?xì)怏w含量過(guò)高等情況。運(yùn)維人員貿(mào)然進(jìn)入容易因缺氧暈厥或有害氣體中毒，對(duì)人員安全造成很大威脅，可燃?xì)怏w含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸事故。采用氣體監(jiān)測(cè)變送器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)可燃?xì)怏w、氧氣、硫化氫等氣體濃度，當(dāng)某氣體濃度達(dá)到或低于（氧氣）設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，提示運(yùn)維人員，避免事故發(fā)生。

系統(tǒng)對(duì)電纜隧道內(nèi)有害氣體和溫濕度等環(huán)境參量進(jìn)行監(jiān)控，有效實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)情況。

系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的氧氣、一氧化碳、甲烷、硫化氫等氣體含量，當(dāng)氣體含量超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)立即報(bào)警，并可在自動(dòng)模式下聯(lián)動(dòng)相應(yīng)區(qū)域風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制換氣。

系統(tǒng)具備環(huán)境參量超標(biāo)自動(dòng)告警功能，并通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)以圖形、語(yǔ)音、短信等方式進(jìn)行報(bào)警與通知相關(guān)人員。

隧道環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到氣體、溫濕度異常報(bào)警等時(shí)，可聯(lián)動(dòng)相關(guān)區(qū)段的風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制換氣。

3.2氣體傳感器

正常情況下，需要在隧道內(nèi)每隔固定長(zhǎng)度至少設(shè)置一套氣體傳感器，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)管廊內(nèi)氣體的濃度，每套氣體探測(cè)器包含氧氣、硫化氫、一氧化碳、甲烷等4種氣體，系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)采集器可以實(shí)時(shí)的對(duì)環(huán)境中的氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.3溫濕度傳感器

隧道內(nèi)的環(huán)境溫、濕度，對(duì)各種設(shè)備的運(yùn)行有著很大的影響，同時(shí)對(duì)其他監(jiān)測(cè)、照明、電源等輔助設(shè)施也有影響，濕度過(guò)大、溫度過(guò)高等狀態(tài)都會(huì)破壞設(shè)備的健康運(yùn)行，采用環(huán)境溫、濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)環(huán)境溫、濕度的變化，同時(shí)聯(lián)動(dòng)風(fēng)機(jī)控制單元，為電纜隧道營(yíng)造一個(gè)健康的運(yùn)行環(huán)境，有利于各種設(shè)備的安全運(yùn)行，降低事故率。

溫濕度傳感器采用遞推平均數(shù)字軟件濾波與硬件電路濾波相結(jié)合的濾波方法，使外界對(duì)采樣的干擾盡可能降到最低，全量程精度高、穩(wěn)定性能強(qiáng)、一致性好、響應(yīng)速度快。

3.4智能網(wǎng)關(guān)

智能網(wǎng)關(guān)用于接收并處理LORA傳輸單元的數(shù)據(jù)，智能網(wǎng)關(guān)帶有顯示功能，可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)眾多監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理控制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)查看數(shù)據(jù)并處理報(bào)警信息等功能，并且智能網(wǎng)關(guān)裝設(shè)有4G傳輸模塊，可以將數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線4G的方式向服務(wù)器傳輸，并支持輸變電協(xié)議的定制。

3.5隧道氣體監(jiān)控軟件平臺(tái)

隧道氣體監(jiān)控軟件平臺(tái)系統(tǒng)可以對(duì)智能網(wǎng)關(guān)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、展示、儲(chǔ)存，是對(duì)隧道環(huán)境設(shè)施的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行集中展示和分析、報(bào)警，實(shí)現(xiàn)以電纜為主體的一體化應(yīng)用系統(tǒng)，并可在大屏幕顯示器系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一展示指揮，形成一體化的電纜隧道運(yùn)行安全綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)，提高地下管廊的運(yùn)行監(jiān)控能力。

審核編輯 黃宇