摘 要：为满足配电网运行需求，需要不断研发智能电缆，用于10kV配电网的良好运行。本文介绍了10kV配电网智能电缆的设计，介绍了基于新型光纤传感器的设计，实现在线分布式测控功能。

关键词：10kV配电网;智能电缆;研发

中图分类号：TM715 文献标识码：A

随着城市化进程的加快，国家电力部门也加快了配电网的建设。10kV电缆的覆盖范围和规模速度增长，对于传统的手动控制方式和设备配置已不再满足当下的电力系统的可靠运行。因此，充分利用电缆容量，准确监测电缆工作状况，已成为配电网安全运行的重要课题。

1 建立配电网智能电缆的重要性

通过建立配电网智能电缆，可以提高现有电网系统的整体效率。运用现代技术手段和管理模式，可以促进配电网顺利运行。与传统控制方式相比，配电网智能电缆控制方式具有安全稳定的优势。管理人员需要根据配电网智能电缆的运行情况，采取具体的措施。加强对变电站环境的检测，提高管理决策的科学性。配电网智能电缆的创建，可以节约人力资源，减少管理中人为因素造成的事故。从管理的角度来看，配电网智能电缆运营模式，为尽快实现能源集中管理奠定基础。基于合适的管理模式，员工可以更好提高工作效率，也为电力公司的经济效益做出必要的贡献。通过优化配电网智能电缆工作和管理模式，相关管理人员可以轻松开展电力系统运行的安全管理工作。

2 配电网智能电缆的运用特点

配电网智能电缆是根据电网的技术要求开发的，是在电缆导体中植入光纤传感器，形成智能电缆，结合测量设备进行动态测量。它具有电缆运维、动态增容、健康评估和风险防范等功能，可以有效地提高运维管理效率，保障供电系统的整体可靠性。与传统电缆相比，智能电缆具有传感器的作用，弥补了传统传感的不足，具有独特的应用优势。光传感器既是传输信号的介质，该元件具有灵敏度高、响应速度快、易于与系统兼容的优点，可进行远距离空载测量，消除了有源传感电缆无法通电的缺陷，不存在过压和漏电等问题，具有一定的安全性。可沿电缆长度分布进行远距离监测，可检测沿电缆长度各物理量，如温度和变形等，实现真正的监控功能。新型光纤传感器在运行中不受电磁干扰，具有抗干扰能力强的优势。将新型光纤传感器植入电缆导体中，可以更准确地监测电缆运行的物理量。随着光纤探测技术的发展，为产品的升级提供了无限的机会。

3 10kV配电网问题分析

3.1 过电压具有的影响

电气设备在运行中的电压包括雷击过压和电弧过压等。其中，10kV配电网存在的问题是设备老化。旧设备难以承受过压，会出现一些运行故障，导致了相关线路的停电。电弧接地过压的幅度相对较高，一旦电流超过安全值，会影响配电网的运行。

3.2 10kV配网结构不合理

对于电力规划与城市发展速度存在巨大差距，导致了电力系统的运行结构不合理。配电网负荷增加，并且电缆不能调整或更换，需要承受巨大的电压，配电网无法安全地运行。很多线路没有有效建设，一旦停电就无法传输电压，并且其他结构会承受更高过载运行。

3.3 配电网工作环境的影响

配电线路分为架空线路和电缆，树木的维护会干扰配电网的安全运行。在刮风和下雨时，配电网工作受到天气的影响，会导致该地区线路大面积停电。配电网污染不一定会导致停电，但肯定会导致线路的绝缘子烧毁，线路运行存在严重的安全隐患。此外，配电线路距离地面较低，地面灰尘很容易吸附在线路的绝缘子上。大多数配电隔离器不具备抗污染能力，容易积垢，配网时间长了难以清理。

3.4 外部因素的破坏

在分析配电网电缆运行相关数据时，大部分故障的原因是外力对配电网的损坏。配电网在运行中，必然因外力作用而无法稳定工作。通常，配电网在一些相对开放的环境中运行。在遇到暴风雨时，配电网面临雷击的风险，会因雷击而断电。近年来，由于雷击配电网事故占故障的一半，因此，配电网应设置防雷网，以保证配电网在暴雨期间的安全运行。配網线路的故障不容忽视，配网线路长时间在室外的工作容易发生故障，影响配网的运行，给配电网的工作带来很大的不便。

4 结构设计

4.1 内置电缆设计

内置电缆用于测量电缆温度，或用于测量电力电缆温度。内置电缆主要采用螺旋铠装光纤进行测温。由于内置电缆是一种金属材料，会影响电缆的电场和磁场的分布。使用非磁性金属材料，但测量成本会增加。内置电缆为非金属测温电缆，电缆外层护套采用低压材料，提高了耐高温和拉伸压缩的能力，可承受100℃的高温，提高牵引性能，可以是测温纤维，也可以是振动纤维，可根据情况进行调整。

4.2 智能复合光纤的发展

光纤组合电缆具有结构设计外护套、绝缘和导电填料层，基本与常规电缆相同。不同的是温度测量的集成电缆集成在中心。芯线可使用光纤测量温度，可以有效控制电缆内部温度，还可以使用振动光纤来控制电线环境。将10kV光纤制成的复合电缆集成进行测温，实现电缆的体温监测、温度变化、异常温度监测和故障定位。因此，电缆具有独立工作和自我诊断的功能，除了提供故障检测，减轻电缆的运维负担外，还实现了电缆的智能化功能。

4.3 分布式光纤测温系统

10kV智能光纤测试运用的是分布式光纤测温系统，该系统是一种高精度分布式光纤测温系统，具有分布式测温功能，使得电缆的主体成为温度计。系统在运行中，可以准确判断故障位置功能，通常定位精度±0.2m，误差位置的偏差0.2m，可准确判断系统运行故障位置，减轻后期的检修运维负担。此外，还具有测温精度高的优势，并且测温精度误差±0.5℃，可以准确比较异常的温度变化。因此，使用内置电缆进行局部测温，内置测量温度可以精确控制电缆外壳的温度。并且该测温系统具有多样化的报警功能，包括恒温报警、温差报警、温升报警和限温报警等。

4.4 不同工况下电缆温度分析

为有效分析不同电流条件对电缆温度的影响，在不同电流的情况下，电缆沟内电缆温度低，这与电缆沟内水的高比热和高导热性有关。管道法敷设的电缆温度高，是由于电缆管封闭的原因，空气流量不同。空气法和隧道法的温差不大，主要是由于电缆环境条件好，可以有效地利用空气的导电性散热。采用直埋法和导热法为土壤，由于导热方式不同，工作运行中传热介质不同，导热效率也会有所不同。并且同一情况下不同条件下的电缆温度也会有所不同。随着通过电缆的电流增加，电缆温度有不同程度的升高，并且升高的趋势基本一致。10kV智能光纤复合光缆，当通过500A电流时，任何条件下的温度低于80℃，低于交联聚乙烯电缆芯线最高允许温度。在92.9℃高温下按GB/T 3048.12进行放电试验，在1.73U0下，未检测到超过灵敏度的放电。

4.5 故障定位精度分析

为便于配电网智能电缆运行发生温度异常时验证故障点的实际位置，将集成测温电缆插入复合光缆末端。整个测温电缆的总长度可以设定为400m，根据电缆的标准，选择测温点，可以分别选择在320m和350m处的两个测温点。将两个测温点放在恒温水箱中，测试结果可以显示准确位置，然后在恒温水箱中重复这个测温点，可以确定定位正偏差最大值，也可以确定故障10kV智能光缆定位精度大约为±0.2m。

5 配电网智能电缆运行改进措施

5.1 加强配电网智能电缆维护

对于供电系统要重视用电管理，采取合理的制度，保证配电网智能电缆的有效管理。使用配电网智能电缆并实施先进技术来改进配电网设备。严格执行有关规定，对配网线路进行实时巡检，做到定期维护。一旦配电网智能电缆发现运营安全问题，必须采取适当措施进行及时解决，以防止故障不能及时解决可能发生的扩展性的事故，确保输配电线路的运行。检修供电设备时，要结合安全管理，调动相关部门工作人员，配合完成配电网智能电缆检修工作，提高配电网的供电效率。此外，人员的技术水平也很重要，只有当员工具有很强的技能时，才能减少人为因素操作不当造成的配电网运行错误。在排除配电网智能电缆故障时，对于自动化处理系统尤其重要。当发现配电网智能电缆故障时，工作人员必须及时整改。首先验证和定位故障点，收集现场的设备相关信息，分析数据并解决存在的配电相关的故障问题。可根据实际情况进行配电网的检修，改善电力系统的供电状况。配电网智能电缆和自动化控制可以提高配网数据的采集，实施科学有效的管理，制订稳健的方案，解决配网中的故障问题，保障配网安全稳定[1]。

5.2 提高配电设备质量

配电设备质量对配电网智能电缆有重大的影响。随着电力公司的快速发展，配电网智能电缆的建设规模逐渐扩大，并且建设范围也越来越广。如果配电网出现故障，其主要是配电设备和材料的问题。配网对所用的相关使用材料要求很高，特别是变压器和继电器等，相关的设备必须满足配网的需要。必须彻底评估设备的电流性能，运行参数必须符合配电网智能电缆设计标准[2]。

5.3 优化10kV配网结构

配电网智能结构必须充分优化，选择电源结构和布线，实现有效的结构优化。在10kV配电网中，双回输电线路具有可靠性，并且具有输电容量较高的优点。主支线的安装，以及电力线故障和停电范围均在相关设定的允许范围内，可有效缩小停电的区域范围，减少停电造成的损失。

5.4 提高10kV线路抗雷措施

雷电可以直接损坏电力设备，这是导致电网故障的重要因素之一。在维护保养中，应按照要求安装防雷装置，以增强抵御雷击的能力，确保人们能够正常用电。在10kV配网电缆出线端线路段加设避雷器，在变压器高、低压侧加装相应等级的避雷器。对配网电缆以及避雷器等设备进行定期检测，及时发现电缆中存在的缺陷，提高配网电缆的质量。

5.5 综合防治污闪问题

在配电网智能电缆正常运行过程中，通常会发生污闪，如果污闪严重将会直接影响配电网智能电缆的正常运行，也会直接导致人们在生活和生产中无法使用电力。这个故障问题也引起了相关技术人员的关注，因此要提供一个配送网，确保其可以安全地工作，必须解决配电网络的污闪问题。为避免污闪问题，技术工作人员必须在配电网络的相关设备上安装合适的绝缘组件和保护层。确保安装后的绝缘部件的表面不会过度地造成污染，以避免污染带来的线路运行故障问题。同时，技术工作人员还可以在配电网其他部位安装除湿机，提高配网的安全性，满足人们的用电需求。

5.6 智能电缆在线监测设备的安装和应用

如果智能电缆的出现绝缘故障，电力系统中电缆电流和脉冲电流将通过电缆的绝缘层，沿着金属屏蔽层进行传播。因此，需要在电缆地线上安装电容漏电流传感器和高频脉冲电流传感器，以确保采集电容漏电流和脉冲电流数据。由于监控设备必须安装在电缆支架上，因此需要使用高空作业将现场的技术安装人员抬到立杆支架上工作。对于此过程安装设计较为复杂，因此，需要在保证现场安装设备的同時，还要保证人员自身的安全，避免跌落或者发生触电事故。另外，在检修监控设备时，要保证安装稳定，还要考虑到太阳能板的效率，使太阳能板能够吸收更多的阳光，确保监控设备高效运行。

5.7 智能电缆故障检测措施

在智能电缆的管理和检测方面，技术人员需要对配电电缆的故障排除自动化进行研究，并推出了新型智能电缆故障排除措施。全面的故障排除，可以很好地完成导线短路和接触不良等故障排除。使用测距仪和定位仪产生的正弦波来细化电缆的传输线，并且必须接收所有信号，结合信号分析，总结出智能电缆的大致方向和钻孔的深度，并精确定位电缆的位置。不需要人工检测，用信息化技术表示故障的位置，将合适的测试仪送到前端。主要是针对故障的精确定位，以及对内置深度和电缆路径故障原因的分析。利用电磁感应原理和脉冲原理，可以准确确定故障区域。必须使用网络技术和GPS定位技术来确保可以准确的检测。在特定的工作中，需要分析电缆故障的类型，检查直流对电压的电阻，可以通过该方法来确定智能电缆故障的类型。

结语

综上所述，在目前经济快速发展的阶段，社会各界对电力的需求在不断增长，电力部门在此过程中建设了大量的配电网。在这种发展条件下，传统的电网模式难以适应新时代的需要。因此，要从现代配电网的需要出发，建立配电网智能电缆，进一步提高配电输电管理效率，加强新技术的应用，促进电力公司的可持续发展。进一步提高配电网智能电缆运行效率，促进电力系统的健康发展。

参考文献：

[1]冀帅，赵兴勇，范佳琪，齐琦.智能电网下固态变压器电源切换故障自适应定位分析[J/OL].电源学报，1-14[2021-07-01].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/12.1420.TM.20210629.1554.002.html.

[2]向征.基于LSTM的智能电网链路质量置信区间预测[J/OL].电测与仪表，1-10[2021-07-01].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20210623.0948.004.html.

作者简介：朱立宇（1995— ），男，汉族，北京人，本科，助理工程师，研究方向：电气工程及其自动化。