在城市配電網(wǎng)中，電纜線路大多采用地下敷設(shè)方式，而電纜中間接頭作為線路的薄弱環(huán)節(jié)，長(zhǎng)期承受電場(chǎng)、熱場(chǎng)及環(huán)境應(yīng)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(shí)發(fā)現(xiàn)并干預(yù)，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(cè)系統(tǒng)方案，科普其技術(shù)原理、系統(tǒng)構(gòu)成及工程實(shí)現(xiàn)方式。

一、為什么要監(jiān)測(cè)電纜中間接頭？

電纜中間接頭是現(xiàn)場(chǎng)制作的人工連接點(diǎn)，其絕緣強(qiáng)度往往低于電纜本體。在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，接頭內(nèi)部可能出現(xiàn)氣隙、雜質(zhì)或半導(dǎo)電層處理不當(dāng)?shù)葐栴}，引發(fā)局部放電。局部放電雖能量較小，但會(huì)逐步侵蝕絕緣材料，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。

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

二、系統(tǒng)技術(shù)原理概述

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

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(hào)、聲音信號(hào)及溫度信號(hào)，感知局部放電活動(dòng)。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(gè)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(tái)。平臺(tái)負(fù)責(zé)設(shè)備接入管理、數(shù)據(jù)解析和存儲(chǔ)，并可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給上層應(yīng)用系統(tǒng)。

三、核心監(jiān)測(cè)技術(shù)解讀

1. 暫態(tài)地電壓法

當(dāng)電纜接頭內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，放電電荷在接頭金屬屏蔽層內(nèi)表面感應(yīng)出高頻脈沖電流，這些電流沿屏蔽層向接地線傳播，同時(shí)在金屬屏蔽層外表面與大地之間產(chǎn)生瞬時(shí)的暫態(tài)地電壓。傳感器通過電容耦合方式拾取這一信號(hào)，頻率檢測(cè)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(cè)

局部放電伴隨有聲波發(fā)射，聲音信號(hào)頻率可達(dá)20kHz。通過貼在接頭外表面的聲學(xué)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(cè)與暫態(tài)地電壓監(jiān)測(cè)互為補(bǔ)充，有助于排除電磁干擾，提高放電識(shí)別的準(zhǔn)確性。

3. 接觸式測(cè)溫

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

四、系統(tǒng)構(gòu)成與關(guān)鍵性能

1. 采集器

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

通信方式：下行LoRa，上行4G

傳感器管理容量：可接入12個(gè)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(hù)周期≥6年

工作溫度：-20~70℃

2. 傳感器

傳感器是實(shí)現(xiàn)信號(hào)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(cè)方式：暫態(tài)地電壓（50~300MHz）

局放測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍：0~60dB

局放測(cè)量一致性：＜±2dB

聲音檢測(cè)頻率：0~20kHz

測(cè)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(hù)周期≥8年

防護(hù)等級(jí)：IP68

結(jié)構(gòu)形式：一體式環(huán)氧樹脂灌封，確保長(zhǎng)期可靠性

值得關(guān)注的是，傳感器及工裝夾具均設(shè)計(jì)為不可自發(fā)熱材質(zhì)，避免因傳感器自身發(fā)熱影響測(cè)溫準(zhǔn)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。現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)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(jìn)行密封，確保長(zhǎng)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(tái)。傳輸協(xié)議采用MQTT，這是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域常用的輕量級(jí)發(fā)布/訂閱協(xié)議，適合在有限帶寬和不可靠網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下傳輸數(shù)據(jù)。

上傳至平臺(tái)的數(shù)據(jù)類型包括：

聲音強(qiáng)度（單位：dBPa）

局部放電強(qiáng)度（單位：dBm）

溫度（單位：℃）

傳感器通信信號(hào)強(qiáng)度

傳感器電池電壓

傳感器ID

平臺(tái)側(cè)預(yù)先建立數(shù)據(jù)物模型，監(jiān)測(cè)終端按照物模型定義的數(shù)據(jù)格式上傳，平臺(tái)解析后存儲(chǔ)并供上層應(yīng)用調(diào)用。

六、安裝工藝要點(diǎn)

傳感器的安裝位置宜選擇電纜中間接頭兩側(cè)1米范圍內(nèi)。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(zhǎng)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(hù)，接頭處進(jìn)行嚴(yán)格的防水處理，確保長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性。

七、抗干擾與數(shù)據(jù)可靠性

局部放電信號(hào)微弱，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中的電磁干擾、脈沖噪聲等都可能影響測(cè)量準(zhǔn)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(shí)別并去除周期性干擾信號(hào)

動(dòng)態(tài)閾值設(shè)置：根據(jù)背景噪聲自動(dòng)調(diào)整觸發(fā)閾值

開相位窗口：結(jié)合工頻相位篩選放電脈沖

這些措施的綜合運(yùn)用，使得測(cè)試數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，能夠?yàn)榻^緣狀態(tài)評(píng)估提供有效依據(jù)。

八、結(jié)語

配網(wǎng)電纜中間接頭局放及溫度在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，通過對(duì)暫態(tài)地電壓、聲音、溫度等多維參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(chǎng)取電難、布線繁瑣的問題，安裝維護(hù)方便。

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

審核編輯 黃宇