配网电缆中间接头局放及温度在线监测技术解析

在城市配电网中，电缆线路大多采用地下敷设方式，而电缆中间接头作为线路的薄弱环节，长期承受电场、热场及环境应力的共同作用，容易产生绝缘缺陷。局部放电是绝缘劣化的早期征兆，若能及时发现并干预，可有效避免电缆接头击穿故障。本文将基于一套典型的在线监测系统方案，科普其技术原理、系统构成及工程实现方式。

一、为什么要监测电缆中间接头？

电缆中间接头是现场制作的人工连接点，其绝缘强度往往低于电缆本体。在长期运行过程中，接头内部可能出现气隙、杂质或半导电层处理不当等问题，引发局部放电。局部放电虽能量较小，但会逐步侵蚀绝缘材料，最终导致绝缘击穿。

此外，接头接触电阻过大或绝缘介质损耗异常都会引起温度升高，温度持续上升又会加速绝缘老化，形成恶性循环。因此，同时监测局部放电和温度，能够更全面地评估接头的运行状态。

二、系统技术原理概述

该监测系统采用分布式架构，主要由三部分组成：传感器、采集器和物管平台。

传感器安装在电缆中间接头表面，通过耦合接头处的暂态地电压信号、声音信号及温度信号，感知局部放电活动。传感器采集到的数据通过LoRa无线通信方式发送至附近的采集器。采集器汇集多个传感器的数据后，利用4G专网经VPN加密通道上传至物联管理平台。平台负责设备接入管理、数据解析和存储，并可将数据转发给上层应用系统。

三、核心监测技术解读

1. 暂态地电压法

当电缆接头内部发生局部放电时，放电电荷在接头金属屏蔽层内表面感应出高频脉冲电流，这些电流沿屏蔽层向接地线传播，同时在金属屏蔽层外表面与大地之间产生瞬时的暂态地电压。传感器通过电容耦合方式拾取这一信号，频率检测范围通常为50~300MHz。该方法灵敏度高，且不受电缆接地方式限制，适用于无接地线引出的电缆接头。

2. 声音监测

局部放电伴随有声波发射，声音信号频率可达20kHz。通过贴在接头外表面的声学传感器，可以捕捉放电产生的超声或可听声波。声音监测与暂态地电压监测互为补充，有助于排除电磁干扰，提高放电识别的准确性。

3. 接触式测温

温度传感器直接接触接头表面，测量范围-55℃~125℃，精度优于±1℃。接触式测温响应直接，不受环境温度波动影响，能真实反映接头发热情况。

四、系统构成与关键性能

1. 采集器

采集器是系统的数据汇聚单元，内置超低功耗微控制器和大容量存储器。其下行采用LoRa通信与传感器组网，上行通过4G网络与平台通信。主要性能特点包括：

通信方式：下行LoRa，上行4G

传感器管理容量：可接入12个传感器

通信加密：不低于AES-128

通信规约：MQTT协议

供电方式：一次性高能锂电池，免维护周期≥6年

工作温度：-20~70℃

2. 传感器

传感器是实现信号感知的前端单元，体积小巧，采用扎带捆绑方式安装于电缆接头表面。其核心参数如下：

局放检测方式：暂态地电压（50~300MHz）

局放测量动态范围：0~60dB

局放测量一致性：＜±2dB

声音检测频率：0~20kHz

测温方式：接触式，精度优于±1℃

供电方式：一次性高能锂电池，免维护周期≥8年

防护等级：IP68

结构形式：一体式环氧树脂灌封，确保长期可靠性

值得关注的是，传感器及工装夹具均设计为不可自发热材质，避免因传感器自身发热影响测温准确性。

3. 供电单元

供电单元为采集器提供电源支持，输出电压12V，配备防水接口。现场安装时需注意接口的防水处理，通常采用自粘带缠绕、双臂热缩管热缩等方式进行密封，确保长期浸水环境下的可靠性。

五、数据接入与传输

传感器采集的数据通过LoRa上传至采集器，采集器汇总后经4G专网及VPN加密通道传输至物联管理平台。传输协议采用MQTT，这是物联网领域常用的轻量级发布/订阅协议，适合在有限带宽和不可靠网络环境下传输数据。

上传至平台的数据类型包括：

声音强度（单位：dBPa）

局部放电强度（单位：dBm）

温度（单位：℃）

传感器通信信号强度

传感器电池电压

传感器ID

平台侧预先建立数据物模型，监测终端按照物模型定义的数据格式上传，平台解析后存储并供上层应用调用。

六、安装工艺要点

传感器的安装位置宜选择电缆中间接头两侧1米范围内。安装前需用洁净布清理电缆表面，确保无明显水渍和油污。采用扎带绑扎传感器两端，注意避开传感器上的按钮部位。

采集器宜安装在靠近接头的位置，尽量选择较高处，避免长期浸泡。可采用挂装或膨胀螺丝钉墙安装，要求横平竖直，牢固美观。

供电单元与采集器之间的电源线需穿金属软管保护，接头处进行严格的防水处理，确保长期运行可靠性。

七、抗干扰与数据可靠性

局部放电信号微弱，现场环境中的电磁干扰、脉冲噪声等都可能影响测量准确性。系统采用了多种抗干扰措施：

模拟滤波：通过硬件电路滤除带外干扰

脉冲分组与周期脉冲剔除：识别并去除周期性干扰信号

动态阈值设置：根据背景噪声自动调整触发阈值

开相位窗口：结合工频相位筛选放电脉冲

这些措施的综合运用，使得测试数据真实可靠，能够为绝缘状态评估提供有效依据。

八、结语

配网电缆中间接头局放及温度在线监测技术，通过对暂态地电压、声音、温度等多维参数的连续监测，实现了对接头绝缘状态的在线感知。系统采用无线通信和电池供电方式，解决了现场取电难、布线繁琐的问题，安装维护方便。

随着配电网数字化水平的提升，此类监测技术将成为电缆状态检修的重要支撑，有助于实现从定期检修向状态检修的转变，提升配电网供电可靠性。

审核编辑 黄宇