用于高壓輸電線路的電力電纜，通常采用單芯結構，且每個線芯都有一個金屬護層，當線芯傳輸電流時，會在周圍形成電磁場，金屬護層在電磁場的范圍內會在其表面形成感應電壓。過大的感應電壓會對護層造成影響，甚至造成電纜擊穿。通常情況下，通過對高壓電纜中間接頭和終端處金屬護層采用不同的接地處理方式，來限制護層上產生的感應電壓及金屬護層與大地形成回路產生的環流。林斌，孫欽章，何方毅(廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東佛山528000)
環流的數值波動可直接反映出電纜金屬護層絕緣情況和實時狀態。檢測環流可反映金屬護層接地方式的正確性，避免接相錯誤引起環流的顯著增大，甚至對設備、人身構成嚴重威脅；反映外護層絕緣的好壞，外護層破損會引起環流異常；反映金屬護層保護器的好壞，若保護器被擊穿，該接地端會變成直接接地，引起該接地段環流顯著增大；反映電纜排布的質量。此外，若產生運行事故，環流記錄越新越完善，越可以作為事故產生的分析依據之一。
因此，檢測金屬護層環流對于保證電纜的安全穩定運行至關重要。
1環流檢測方法
高壓電纜金屬護層環流檢測是一項常規工作，一般有兩種方法：一種是傳統方法，運行人員根據運維策略的測量周期，攜帶鉗形電流表和絕緣手套等工器具，定期到現場進行環流測量；另一種是通過環流在線監測裝置進行測量，通過后臺終端進行數據讀取。
傳統方法雖然能夠滿足運行需要，但是大量消耗人力、物力，效率較低，對于塔上終端和地下接地箱，其作業難度和風險較大。
隨著科學技術的發展以及智能電網的發展需要，環流在線監測裝置的使用越來越普遍。通過此方法，運行人員可通過監控進行環流數據查詢，查看數據報警，優勢在于實時監測，并保存數據，在發生故障時可隨時調出數據進行分析；同時測量效率高，可以減少人力物力。但是，現有的環流在線監測裝置大都采用取電CT進行供電，存在最低啟動電流的限制，當負荷電流低于啟動電流時，環流在線監測裝置無法正常工作，另外，采用開合式電流互感器進行數據采集時，長期淋雨會影響CT性能和壽命。
2環流在線監測裝置的整體設計
為適用高壓電纜實際運行需要，解決現有環流監測裝置存在的問題，以下設計一種高壓電纜護層環流在線監測裝置。
該裝置由供電模塊、數據采集模塊、通信模塊、遠程后臺終端組成，采用太陽能進行供電，利用羅氏線圈進行數據采集，通過DTU進行數據發送到遠程后臺終端，最后通過微信平臺發送給運行人員，其結構框如圖1所示。
圖1環流在線監測裝置結構
2．1供電模塊
一般戶外的環流在線監測裝置采用取電CT進行供電，存在供電不足的情況，而且成本較高，容易損壞。本裝置采用太陽能進行供電，技術成熟、壽命長、成本較低，在電纜戶外終端場使用方便，其供電模塊由太陽能板、太陽能控制器、蓄電池三部分組成。
太陽能板選用單晶太陽能板，由高透光率的鋼化玻璃、抗老化的EVA(聚乙烯一醋酸乙烯酯)、高性能的晶體硅太陽能電池、耐候性優良的TPT(復合氟塑料膜)層壓而成，擁有優良的耐熱性以及防紫外線、防雨、防外力破壞的性能。
太陽能控制器又稱為太陽能充放電控制器，是整個供電模塊的核心。太陽能控制器的功能包括：功率調節功能，用來控制太陽能板給蓄電池充電，同時按照負載的需求控制太陽能電池組件和蓄電池對負載的電能輸出；通信功能，通過協議通信將蓄電池的充放電情況發送到后臺進行管理；保護功能，防止電池反接、短路，過流保護等。
考慮壽命和價格，蓄電池選用磷酸鐵鋰電池，該電池具有安全性高、壽命長、高溫陛能好、容量大、無記憶效應和重量輕的優點。
2．2數據采集模塊
數據采集模塊包括羅氏線圈、AD轉換模塊和單片機(微控制器)。羅氏線圈又叫電流測量線圈、微分電流傳感器，是一個均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環形線圈，輸出信號是電流對時間的微分，通過對輸出的電壓信號進行積分，即可真實還原輸入電流。羅氏線圈不含鐵磁性材料，無磁滯效應，無磁飽和現象，測量范圍寬、結構簡單、體積小、重量輕、精度高、穩定可靠。通過對羅氏線圈和積分器進行定制，可滿足測量精度需求。根據電纜和接地線的直徑定制羅氏線圈的直徑，積分器選用12 V供電，輸出0～5 V直流電壓，方便數據處理。
AD轉換模塊采用AD7606，其優勢和特點在于：采用8通道同步采樣輸入，真雙極性模擬輸入范圍±10V，±5V，靈活的并行／串行接口，SPI／QSPI／MICROWIRE／DSP兼容，低功耗。本次提供的方案只測量負荷電流和環流，共計占用6個通道。
STM32微控制器具有高性能、低電壓、低功耗和簡單易用的優點，用來處理數據。一方面通過SPI接口從AD7606接收讀取數據，另一方面，對數據進行處理，并把數據提交給DTU通信模塊，其工作流程如圖2所示。首先進行電源檢查，將太陽能板和蓄電池數據進行提交，提交間隔可根據需要進行設置，然后從AD7606讀取數據，并將積分器輸出的電壓數據根據比例轉換成真實的電流數據，進而對負荷電流和環流數據進行判斷。如果數據正常，則按照15 rain的間隔進行數據提交；如果數據異常，則立即提交數據給DTU，發送到后臺終端。負荷電流如果大于0、小于額定載流量，則認為正常；環流大于0、小于負荷電流的10％，則認為正常。
圖2 STM32工作流程
2．3通信模塊
通信模塊由4G無線網卡和數據傳輸單元DTU組成。DTU是專門用于將串口數據轉換為IP數據或將IP數據轉為串口數據通過無線通信網絡進行傳送的無線終端設備。具有組網迅速靈活、建設周期短、成本低、網絡覆蓋范圍廣、安全保密性能好的優點。DTU接收到數據后，通過串口數據HTTP方式提交至指定服務器。
2．4遠程后臺終端
遠程后臺終端的工作流程是DTU將數據發送到網頁WEB服務器，通過PHP等網頁編程語言存放到數據庫SQL，對數據進行圖形繪制，再將圖文消息傳送到微信平臺，推送到企業微信，再到運行人員手機。
3環流在線監測裝置的應用
該環流在線監測裝置首次安裝于某220kV電纜線路上，電纜型號為Y幾W03一127／220—1 X2500。該線路長1．6km，分三段，金屬護層采用交叉互聯接地，在其中一個終端戶外場安裝了該環流在線監測裝置。經過數月的運行，其運行狀況良好，能夠實時監測負荷電流和環流數據并通過手機微信查看，代替了人工測量，提高了工作效率，同時數據異常報警功能也為電纜線路的安全穩定運行提供了保障。
圖3所示為現場安裝示意，白色箱體為環流裝置箱，裝置小、重量輕，電纜本體正方形互感器上方的紅色線圈為羅氏線圈，通過將羅氏線圈套在電纜本體和護層接地線上來測量負荷電流和環流，與互感器相比體積小、安裝方便。圖4所示為環流在線監測裝置記錄的負荷電流曲線，圖5所示為環流在線監測裝置記錄的環流在線曲線，圖6所示為電池、負載和太陽能板電壓曲線。
圖3現場安裝示意
由圖4、圖5可知，環流在線監測裝置通過4G網絡傳輸到后臺終端，運行人員可實時查看A，B，C三相的負荷電流和環流曲線，在需要時可調出以往的數據，用來指導電纜運行。當負荷電流和環流數據出現異常，如設備故障、數據異常、通信中斷時，后臺終端可立即通知到運行人員手機。由圖6可知，運行人員可隨時查看蓄電池的工作情況，如有異?？杉皶r發現。
以上提出的環流在線監測裝置，通過現場采集裝置以及相應的后臺終端，可實時記錄負荷電流、環流的數據和記錄故障時刻，并具備實時報警功能；同時太陽能供電保證了環流裝置的持續在線，大大減輕現場勞動強度，提高工作效率和電纜運行的安
全系數。
圖6太陽能發電電流和蓄電池電壓曲線
4結論以上詳細論述了一種高壓電纜金屬護層環流在線監測裝置的結構設計、原理、功能和實際應用情況。該裝置采用太陽能發電、無線通信、云服務技術實現了負荷電流和環流的在線監測，并通過后臺終端實現微信查看數據和接收報警功能。
采用在線監測的方式替代人工定期測量，減小了工作量，提高了工作效率。實現手機微信報警，如有異常，運行人員立即收到異常報告，及時處理，保證電纜的安全穩定運行。采用太陽能供電代替取電CT取電，保證環流在線裝置持續供電、在線。
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作者簡介：
林斌(199l一)，男，工程師，主要從事高壓電力電纜運維管理工作，email：764520114@qq．tom。
孫欽章(1980一)，男，高級技師，主要從事高壓電力電纜運維管理工作。
何方毅(1989一)，男，工程師，主要從事輸電線路運維管理工作。
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