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、增強傳輸能力、美化城市環境的優點。而隨著電纜大范圍使用，各電壓等級電力電纜同通道密集敷設的情況不斷增多，火災、外破等導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、安裝質量和運行維護等方面存在的一些問題，嚴重影響了電纜運行的可靠性；另一方面，電纜落地后運行場所隱蔽、環境惡略，給檢修工作帶來了諸多不便，造成目前在運電纜故障問題較為突出。

輸電電纜運行維護中的一項重要工作是主絕緣的檢測，電纜絕緣缺陷產生的局部放電可引起電纜長時間過熱運行，影響電纜絕緣材料的性能和壽命，容易導致絕緣擊穿。電纜持續發熱運行會進一步引起電纜在溝道內釋放的可燃氣體、有毒氣體等問題，引發電纜溝道火災會造成更為嚴重的事故，因此采取相關防護技術與措施迫在眉睫。電纜絕緣缺陷的主要檢測方式有帶電檢測、在線監測，以及紅外檢測等方法，但各自都存在局限性。如局放現場噪聲大，易受干擾，傳統線監測系統價格昂貴，維護困難，紅外檢測效率低，不適合大范圍推廣等。

本項目根據高壓輸電電纜發生局部放電時伴隨產生的高溫物理現象，會使主絕緣分解產生的微量氣體，擬采用高溫下微量氣體檢測技術，對輸電電纜因過熱故障分解產生的微量氣體進行定性和定量分析，氣體檢測不受環境中電磁波、廣播等信號的干擾，具有獨特的優越性，為輸電電纜的故障檢測提供一種新的解決方案。

二、輸電電纜交聯聚乙烯過熱分解的研究

交聯聚乙烯是一種高密度聚乙烯，通過交聯反應使聚乙烯分子鏈之間的化學鍵連接形成三維網狀結構，從而提高聚乙烯的強度、硬度、熱穩定性和耐磨性。交聯聚乙烯具有良好的機械性能、耐熱性、抗化學腐蝕性、絕緣性能和耐磨性等特點，廣泛應用于電線電纜、汽車、管道、建筑材料等領域。

當電纜發生局部放電時，在短時間內產生高溫和高壓，可能會導致交聯聚乙烯分解產生大量氣體和煙霧，可能對人員和設備造成危害。這些氣體的產生可能會進一步加劇局部放電現象，甚至引起電纜的短路和故障。

交聯聚乙烯的分解溫度通常在150℃以上，具體的分解溫度和產生的氣體量也會受到電纜的使用情況和環境條件的影響，例如材料種類、厚度、交聯方式、電場強度等等，可能會產生氫氣、硫化氫、甲烷、乙烯、一氧化碳、二氧化碳等氣體。

三、電纜隧道氣體監測系統

電纜隧道氣體監測系統采用氣體監控系統管理軟件對電纜隧道內各項氣體參數進行監測和報警，通過區域控制單元將氣體含量（含氧氣、甲烷、硫化氫、一氧化碳）和溫濕度等數據上傳到監控中心，監控中心對接收到的各類采集數據進行綜合分析，根據已定義的報警規則確定電網運行設備、環境、監控設備的運行工況，對于達到報警、預警限值的設備采用Socket協議直接向監控中心客戶端和監控數據庫發送報警消息。

主要功能

封閉電纜隧道內由于空氣流通性差，常出現氧氣含量過低，有害、可燃氣體含量過高等情況。運維人員貿然進入容易因缺氧暈厥或有害氣體中毒，對人員安全造成很大威脅，可燃氣體含量過高會導致火災、爆炸事故。采用氣體監測變送器實時監測隧道內可燃氣體、氧氣、硫化氫等氣體濃度，當某氣體濃度達到或低于（氧氣）設定值時，系統自動發出報警，提示運維人員，避免事故發生。

系統對電纜隧道內有害氣體和溫濕度等環境參量進行監控，有效實時的監測隧道內情況。

系統實時監測隧道內的氧氣、一氧化碳、甲烷、硫化氫等氣體含量，當氣體含量超過一定標準時，系統立即報警，并可在自動模式下聯動相應區域風機進行強制換氣。

系統具備環境參量超標自動告警功能，并通過監控平臺以圖形、語音、短信等方式進行報警與通知相關人員。

隧道環境監測系統檢測到氣體、溫濕度異常報警等時，可聯動相關區段的風機進行強制換氣。

3.2氣體傳感器

正常情況下，需要在隧道內每隔固定長度至少設置一套氣體傳感器，用于實時檢測管廊內氣體的濃度，每套氣體探測器包含氧氣、硫化氫、一氧化碳、甲烷等4種氣體，系統現場采集器可以實時的對環境中的氣體濃度進行監測。

3.3溫濕度傳感器

隧道內的環境溫、濕度，對各種設備的運行有著很大的影響，同時對其他監測、照明、電源等輔助設施也有影響，濕度過大、溫度過高等狀態都會破壞設備的健康運行，采用環境溫、濕度傳感器實時監測隧道內環境溫、濕度的變化，同時聯動風機控制單元，為電纜隧道營造一個健康的運行環境，有利于各種設備的安全運行，降低事故率。

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

3.4智能網關

智能網關用于接收并處理LORA傳輸單元的數據，智能網關帶有顯示功能，可以在現場對眾多監測數據進行集中管理控制，實現現場查看數據并處理報警信息等功能，并且智能網關裝設有4G傳輸模塊，可以將數據通過無線4G的方式向服務器傳輸，并支持輸變電協議的定制。

3.5隧道氣體監控軟件平臺

隧道氣體監控軟件平臺系統可以對智能網關上傳的數據進行處理、展示、儲存，是對隧道環境設施的監測結果進行集中展示和分析、報警，實現以電纜為主體的一體化應用系統，并可在大屏幕顯示器系統進行統一展示指揮，形成一體化的電纜隧道運行安全綜合智能監控系統，提高地下管廊的運行監控能力。

審核編輯 黃宇