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高压电缆故障及隐患监测方案

来源：本站 阅读量：5 发表时间：2025-11-25

城市电网结构不断扩张，高压电缆已成为输电系统中最关键的组成部分之一。电缆一旦发生故障，往往会导致大面积停电、重大经济损失，甚至带来安全事故。传统巡检方式主要依赖人工红外测温、抽检式绝缘测试，无法对电缆故障进行实时预警，也难以及时定位问题点。因此，建设一套 高压电缆故障及隐患在线监测系统，实现“可视化、数字化、智能化”监测十分必要。

一、监测系统总体架构

本方案采用 “传感器 + 采集终端 + 北斗授时 + 边缘计算 + 云平台 + 智能分析” 架构，实现全链路监测。

1. 前端传感器层

部署于电缆沟、电缆井、电缆接头、终端等关键节点，包括：

  • 局部放电（TEV/超声/光纤）传感器：采集局放幅值、脉冲序列、相位图谱。

  • 电缆护层电流传感器：监测护层故障、电流异常情况。

  • 电缆温度传感器（光纤 DTS / 无线温度）：实时监控电缆运行温度及热点。

  • 电缆沟环境传感器：水浸、烟感、可燃气体、温湿度。

  • 倾角/形变量传感器：监测电缆沟变形、盖板位移等外力破坏风险。

2. 采集与传输层

  • 北斗授时型采集终端：提供高精度时间同步，用于局放定位与事件回溯。

  • 无线/有线通信：4G/5G、LoRa、自组网、以太网，根据现场条件灵活选配。

  • 边缘计算网关：本地分析局放模式、消除干扰信号，减少传输压力。

3. 后端监控平台

平台具备以下核心功能：

  • 实时数据可视化（温度曲线、局放谱图、护层电流趋势）

  • 故障智能告警与推送（短信、APP、微信、调度大屏）

  • 电缆通道 GIS 地图关联展示

  • 故障定位（TDOA、局放波形分析、温度梯度定位）

  • 运行状态评分、趋势分析、寿命预测

  • 巡检工单自动派发与闭环管理

二、监测内容与技术原理

1. 局部放电监测（核心）

局放是电缆早期绝缘退化的最关键特征，本方案采用多模式传感器综合判断：

  • TEV 高频电压传感器：识别电缆附件内部放电

  • 超声传感器：检测空气击穿、外部放电

  • UHF 传感器：对金属封闭环境效果好

  • 光纤光栅传感器：抗干扰性能强，可用于隧道长距离监测

结合北斗授时的相位图谱分析，可精准判断局放类型：

  • 悬浮电位引发放电

  • 电缆接头半导电层缺陷

  • 界面气隙放电

  • 绝缘受潮碳化放电

系统自动识别局放等级 L1-L4，并形成风险预判报告。

2. 电缆温度与热点监测

电缆发热异常是绝缘击穿的重要前兆。
采用 分布式光纤温度 DTS 或无线测温点：

  • 实时监测整体温度趋势

  • 能识别“负荷过载/接头发热/环境积水导致散热差”等问题

若温升超过阈值，系统会自动推送“热点预警”。

3. 电缆护层电流监测

护层电流异常可反映：

  • 电缆外护层损坏

  • 护层接地系统故障

  • 金属套层环流异常

  • 施工损伤

系统通过对比三相护层电流差值，自动判断隐患。

4. 电缆通道环境监测

针对电缆沟、隧道、井道常见隐患：

  • 水浸：水位到达设定值立即报警

  • 烟雾：识别电缆冒烟、燃烧前兆

  • 可燃气体：预警中毒或爆炸风险

  • 通道倾斜与变形：判断外力破坏

可联动排水泵，实现“无人值守通道自动化”。

三、监测系统功能亮点

1. 故障快速定位（精度可达±5m）

结合局放波形、传播时间差（TDOA）、温度梯度可实现精准定位，提高抢修效率 70% 以上。

2. AI 智能诊断系统

通过数万条局放样本训练模型，实现自动判断：

  • 绝缘树枝化发展

  • 接头界面碳化

  • 局放类型识别

  • 源端判别与风险等级评估

诊断准确率可达 92% 以上。

3. 电缆全寿命周期管理

每天生成健康度指数（0-100分），结合历史趋势自动预测未来 30-180 天的风险变化。

4. 多平台联动可视化

  • 调度大屏

  • 手机 APP

  • Web 端

  • 微信小程序

随时随地掌握电缆运行状态。

四、系统拓扑示意（文字版）

传感器层（局放、温度、水浸、护层电流）         │
         ├── 采集器（北斗授时）
         │
         ├── 边缘计算网关
         │
     无线/有线网络
         │
云端监测平台（AI分析 + GIS + 告警 + 报表）
         │
      用户端（PC/APP/调度大屏）

五、安装部署方案

1. 适用场景

  • 城市地下电缆隧道

  • 电缆沟、电缆井

  • 220kV/110kV 电缆线路

  • 电厂、变电站电缆线路

  • 工矿企业大功率供电线路

2. 部署方式

  • 关键节点布点式：接头、终端、交叉互联点重点布设

  • 长距离布设：采用分布式光纤温度 + 多点局放

  • 电缆沟环境：每 50～80 米一组传感器

  • 地铁、电厂环境：采用加强型防水防爆模块

六、告警策略

1. 阈值告警

  • 温度 >85℃

  • 局放幅值＞15pC

  • 护层电流不平衡度 >20%

  • 水位 >5cm

2. 趋势告警

AI 分析过去 7/30/90 天变化趋势，提前预测风险。

3. 联动告警

可绑定排水泵、风机、警示灯，自动启停。

七、系统价值

  1. 提前6个月发现绝缘隐患，减少突发停电事故。

  2. 大幅提升抢修效率，从“找故障”转向“精准定位”。

  3. 降低运维成本30%以上，减少人工巡检频次。

  4. 提升供电可靠性（SAIDI/SAIFI），适用于电网公司指标考核。

  5. 为智能电网建设提供数据支撑，形成电缆数字化资产管理体系。

高压电缆故障及隐患监测系统不仅是提升电力运维效率的关键手段，更是未来智能电网的“神经网络感知系统”。通过先进的传感器、边缘计算及 AI 智能诊断技术，系统可帮助运维人员提前发现隐患、快速定位故障，实现电缆线路的全链路数字化、可视化管理，为城市供电安全保驾护航。