1高压型智能接地箱技术要求规范书.docx
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1高压型智能接地箱技术要求规范书
高压型智能接地箱
技术规范书
杭州巨骐信息科技有限公司
1、智能环保型接地箱目的和意义
1.1、高压电缆运行常见问题
高压接地箱是汇集高压接地电缆接地线的连接设备，目前大部份的高压接地箱摆放的位置离市区都比较远,而且都在人烟稀少的地方,这给犯罪份子提供了有利的作案环境,而传统的接地箱普遍采用铝合金等材料制作而成，无任何防盗功能，且极具回收价值。
一旦失窃,也无人知晓,只有在线路检修的时候才能发现.存在着严重的安全隐患。
1.2、高压电缆线路在线监测的必要性
110kV及以上单芯电缆的金属护层一般采用交叉互联双端接地或单端直接接地的运行方式。
正常情况下金属护层对地只有几十伏的感应电压，几安到十几安的感应电流，电力电缆多采用固体绝缘的电缆，引起电缆发生劣化的原因较多，有电劣化、热劣化，化学劣化、机械劣化，失窃等，对于高压电缆（110kV及以上），其屏蔽层只能单点接地，如果电缆护套因化学、机械甚至鼠虫害等发生损坏而多点接地，金属护套对地环流就会上升至很危险的数值。
一旦电缆接地系统遭到破坏，金属护套的电压将由正常运行时的工频感应电压变为悬浮电压。
当电缆金属护层上的悬浮电压将会上升到电缆外护套工频耐压容许值之上，在这种情况下将导致外护套击穿或护层保护器烧毁，更严重的会导致电缆主绝缘击穿等安全隐患。
而电缆运行管理一般采取人工周期巡视的方式，难以预防此类事件的发生，必须利用科学手段，采取行之有效的防范措施。
高压电缆金属护套环流检测是主网电缆线路日常运行维护的一项重要技术检测工作。
现有传统模式的接地环流技术检测工作，主要靠依赖运行人员持钳型电流表人工测量的方式、季度检测的周期进行，不能有效、实时的反应接地环流，不便于进行主网电缆线路的健康水平监测。
因此需要建立一套既防盗，又能实时在线监测的系统来解决目前电力电缆实时运行中的电缆环流、电缆温度、设备安全问题。
根据上述的现状需求，根据实际情况着手研发，生产新型环保型智能接地箱，内置一套高压电缆在线监测系统，来监测接地环流的状况，监测电缆中间接头的绝缘状况，以确保电力电缆安全运行。
2、智能环保型接地箱系统架构和功能要求
2.1、系统建设目标
1、实时监测，分级集中管理。
具有统计，查询和打印各类表格的功能，提高维护和管理水平。
2、及时报警，自动派障，能实时掌握系统所属各端局设备的维护作业等运行情况。
3、确保受监控电缆的安全。
电缆在超过门限值时能够及时的告警。
4、取代传统的环流检测方式，由人工检查升级到电子科技设备测试，做到了实时在线监测。
5、节省电力部门的运作成本。
能有效的提高工作效。
2.2、系统架构设计原则
根据国网公司输变电设备状态监测系统的有关标准和技术要求（详见《国家电网公司生技改〔2010〕95号关于印发输变电设备状态监测系统概要设计及相关数据规范、通信技术方案的通知》），输变电设备在线监测系统必须依托PMS系统而建，其系统架构既要满足国网公司的统一系统架构要求，又要结合江苏省公司的生产信息化系统建设现状，满足与历史实时数据中心、SCADA等相关系统进行横向集成，以及与国网公司PMS系统和状态监测系统进行纵向接入的要求。
同时电缆线路状态监测系统与输电架空线路状态监测系统在系统平台上应无区别，即均为PMS系统平台下的输变电设备状态监测子系统的组成部分。
系统采用二级架构，分为监控中心和远端采集。
其中远端采集器负责信息的采集和预处理，将电流和电压信号转化为数字信号进行传送。
监控中心负责所辖区域内远端采集器上传信号的处理，并将告警信息传递给相关维护人员，同时负责该区域内相关信息的处理与统计。
监控中心将根据需要设立，主要负责前端信息的汇总与处理，为电力电缆的统一管理提供必要的信息和决策依据。
在后期系统扩容中，监控中心配置不必改变，只需增加相应RTU监控点，根据网络组网情况，集中收敛到监控中心，即可完成对所辖区域内单芯电缆接地电流，电压数据的集中监控管理。
若系统发生告警，系统可通过电话、短信、本地多媒体声光等多种方式进行告警，并及时通知各责任人，便于采取有效措施进行防范。
2.2输变电设备状态监测系统构架
2.3、系统应用功能
2.3.1、在线监测装置台账管理
1、基站信息子模块
主要是对某一条或多条电缆所在线路、沟体的所有基站信息（主要对应数据采集器和取电装置）进行数据录入、删除、修改、查询。
子模块在整个系统中同样起着提供支持数据作用，为基站上的监测单元采集数据的支持点。
为整个系统的数据接收发挥关键性的作用，是一切监测数据的来源。
其子模块通过每一个监测单元采集数据量，达到整个数量级的数据。
基站的基本信息的维护，主要包括新增，修改，条件查询和删除等。
2、监测单元管理
监测单元管理用于管理基站下所有的监测单元（主要为传感器）设备台帐信息，并使一个基站可以对应一个或多个监测单元设备形成由上向下的一对多设备关系。
从而使用户的一切数据的导入、录入能够形成基站和监测单元一个有机的整体，为系统提供必需的在线监测支持数据。
并能对监测单元信息进行维护和数
据字段的扩充提供方便，充分的体现设备管理的优越性。
本项目建立监测单元基本信息，主要监测电缆金属护层接地环流数据。
3、监测装置运行状态查询
对于监测装置的不同状态可以在GIS画面中以不同的颜色显示，同时可以按照类型进行表格样式的查询统计。
2.3.2、环流在线监测装置的检测功能
1、产品型号：
JQ-DLHL-1
2、产品规格：
250*200*150mm
3、产品重量：
2KG
4、具监测电缆的环流数据，预设预警值、报警到中心的功能；
5、具备3个探测器防区，对高压接地箱的倾斜、房拆、非法攀爬进行监控的功能；
6、具备对高压接地箱的设备综合监控报警功能；
7、具对电缆沟里的电缆表层温度监测功能；
8、具备设备图像监控功能；（选项配置）
9、具设备定位功能，通过光纤及PMS/SIM/GPRS通讯模块/RJ45实时传输数据到电力系统内网监控中心，电子地图上显示具体位置；
10、具备设备温度超高立即启动排温的功能；
11、设备取电方式具ＣＴ感应取电，光伏取电，220V照明电；
12、具备环境监测功能（温湿度、水位、火灾、有毒有害气体监测）
13、具备5路控制功能；
3、智能环保型接地箱技术指标
3.1、无线通讯装置指标
技术参数名称
主要技术参数指标
备注
输入电压范围
DC5～24V
工作电流
最小16mA，最大90mA
平均无故障工作时间
大于50000小时
信息存储
支持本地信息存储，断电再次通电后可主动上传到综合智能数据管理平台
信息本地存储条数
不低于1000条
上行通讯方式
GPRS、短信方式，天线信号强度，不低于18dB
下行通讯方式
通信速率不低于1200bps；支持短信配置
本地局部总线通讯传输距离
半径不小于1公里
防水等级
不低于IP68
防雷等级
不低于2级
防爆标识
ExdIIBT6
防尘等级
不低于IEC529标准5级水平
电磁兼容性
满足GB9254-2007
满足GB17625.1-2003
工作温度
-20℃～+85℃
运行环境湿度
15%～98%
大气压力
86～106kPa
3.2、电源装置技术指标
光伏取电电源装置技术指标
技术参数名称
主要技术参数指标
备注
输出电压
DC15V-18V
输出最大电流
4.6A
开路电压
21.6V
短路电流
5A
功率
80W
电池片数量
4*9
重量
7.5kg
3.3、精确接地环流采集装置技术指标
技术参数名称
主要技术参数指标
备注
精确电流采集
待机电流
<100μA
电流采样范围
0～100A
分辨率
12bit
转换时间
10μs
线性误差
±1LSBmax
变比
100:
0.333
防护等级
IP68
一次额定电流
100A
二次额定电流
100mA
准确级
不低于0.5级
额定频率
50Hz
额定二次负载
大于4Ω
瞬态过载锁定反应时间
450A120ms
500A70mS
二次瞬变工频耐压
不低于3000V/min
二次绕组匝间绝缘值
大于1000MΩ
静态功耗电流
小于0.6mA
支持传感器接口
SPI总线，4～20mA
防尘等级
不低于IEC529标准5级水平
电磁兼容性
满足GB9254-1998
满足GB17625.1-5503
工作温度
-55℃～+85℃
运行环境湿度
15%～98%
大气压力
86～106kPa
技术参数名称
主要技术参数指标
备注
精确电压采集
待机电流
<100μA
电流采样范围
0～400V
分辨率
12bit
转换时间
10μs
线性误差
±1LSBmax
变比
400:
0.8
防护等级
IP68
支持传感器接口
SPI总线，4～20mA
防尘等级
不低于IEC529标准5级水平
电磁兼容性
满足GB9254-1998
满足GB17625.1-5503
工作温度
-55℃～+85℃
运行环境湿度
15%～98%
大气压力
86～106kPa
3.4、电缆表层温度采集装置技术指标
技术参数名称
主要技术参数
备注
电气指标
测量范围
-55℃～120℃
精度
0.1℃
读数转换时间
200mS
工作电压
3.3～5.5V
待机电流
750nA
工作电流
1mA@5V
终端通信
CAN总线方式
4、智能环保型接地箱功能
4.1、接地环流监测功能
智能型接地箱内装0~100A单模精确电流互感器、0~400V精密电压变换器及精确接地环流采集模块实时监测110kv及以上高压电缆的每个高压电缆金属护层接地点的电流或电压参数，可实现对接地环精确测量及定时巡检测量，取代传统人工方式的定期地环流巡测，大大减轻现场测量的劳动强度，提高系统维护效率。
接地环流监测用于护层接地地环流缓变数值监测，反映护层接地良好程度、电缆老化程度、线芯负荷大小变化等情况；同时高压电缆线路正常运行情况下，当接地环流值产生突变减小或为零时，接合电调情况及电缆运行状态分析诊断模型，有效判断接地箱被盗或接地线被盗割。
4.2、电缆表层温度功能
主要为了配合环流检测，把测温三极管固定在接地电缆外户套并密封，经过测温探头把相关地接地电缆温度信息传递到监测仪测温模块上，也可以把监测点放置在电缆接头表面来检测电缆接头温度。
可实现对高压电缆接头表面运行温度24小时不间断在线监测，温度采集范围-55℃~+150℃。
通过对高压电缆本体层温度的统计分析，可使运行人员全面掌握其工作状况，及时了解电缆护层的老化情况，并在接头温度急剧升高时到达极限温度时，发生报警信号提醒相关人员。
4.3、电缆水位功能
为配合环境检测，将周围环境监测到的相关的水位信息传到监测仪测水位模块。
可实时对周围环境中的水位进行24小时不间断在线监测，水位采集范围0~2m。
通过对水位的统计分析，可使运行人员全面掌握其工作状况，并在水位到达极限时，发生报警信号提醒相关人员。
4.4、防盗报警功能
智能接地箱具有开门报警和超越阀指报警功能。
如果箱门被打开或撬开，接地箱内会发出刺耳的报警声，同时发出报警信息和报警短信。
5、智能环保型接地箱装置
5.1、智能环保型接地箱特点
1、环保接地箱箱体（以下简称箱体）的材料采用SMC不饱和树脂等材料制成，该材质广泛用于轨道交通、汽车、电气部件等行业，全绝缘、耐腐蚀、强度高，无回收价值，既环保又安全；
2、箱体结构组合部位采用特殊螺栓固定，全密封，防护等级IP66；
3、箱体背面及上部各有通风气孔，透气孔有防雨水措施。
两侧设置红色警示语：
高压危险、严禁开启；
4、箱体带门可锁（自主研发防盗锁）具防盗作用；
5、内部接地组件采用紫铜排，表面镀银（紫铜排可选规格为4mm×30mm、6mm×30mm、8mm×30mm、10mmX40mm），导电性优良；
6、箱体、光伏顶帽与底座可分开，安装简单、维护方便。
7、光伏顶帽也采用SMC不饱和树脂等材料制成，采光度为45°，组合成光伏组件。
形成运行优良的光伏取电装置。
8、环保接地箱箱体具备智能化，内置一套高压接地在线监测系统，检测高压电缆运行的实时数据反馈、状态管理。
9、智能环保型高压接地箱符合环保、电网智能化管理、经济实用之特点。
5.2、接地箱箱体技术要求
环境温度不高于+85℃，不低于-50℃，绝缘电阻大于20MΩ。
箱体经受直流20kV,1分钟不击穿，箱体经受冲击25kV,±10次不击穿。
5.3、接地箱用途
连接于电缆护层与大地之间。
电缆护层直接接地箱，内部含有连接铜排、铜端子等，用于电缆护层的直接接地。
电缆护层保护接地箱和电缆护层交叉互联接地箱内含电缆护层保护器、连接铜排、铜端子等，用于电缆护层的保护接地。
保护器采用压敏电阻作为保护元件，无串联间隙，保护特性好，具有优良的非线性伏安特性曲线。
还具有电气绝缘性能好、介电强度高、抗漏痕、抗电蚀、耐热、耐寒、耐老化、防爆等优点及良好的化学稳定性、憎水性、密封性。
5.4、智能环保接地箱型号
接地箱智能型型号：
JDX-ZLZ-2,JDX-ZLB-2,JDX-ZLJ-2,
JDX-ZGZ-2,JDX-ZGB-2,JDX-ZGJ-2。
箱内装置一套高压接地环流在线监测仪（环流数据检测\防盗报警等）。
5.5、箱体结构图及安装图
1.光伏帽图
2.箱体图
3.接地箱整体外观图
4.安装图
5.底部基础图
5.6、产品使用维护
1、投入运行后一般可用1000V兆欧表检查绝缘电阻，其值应大于10MΩ。
2、同轴电缆连接、三相交叉互联后经护层保护器接地，护层器为BHQ-2型或BHQ-3。
3、护层保护器性能指标
产品名称
规格型号
系统额定电压kV有效值
直流1mA参考电压kV
8/2010kV雷电击冲击电流残压峰值不大于kV
通流容量
工频过电压耐受能力
75%直流1mA参考电压下泄露电流不大于uA
2ms方波电流峰值A
4/10冲击大电流峰值kv
电压kv有效值
时间s
不小于
智能环保型直立式保护
JDX-ZLB-2
110
3.45
6.5
400
65
2.45
5
20
JDX-ZLB-2
220
6.9
12
400
65
5.2
5
50
5.7、智能接地箱优点
产品名称
外观
材质
防盗
环流检测
温度检测
图像监控
扩展功能
普通接地箱
一般
铁/不锈钢（易生锈、易导电、易变型、可回收利用）
普通机械防盗，容易被盗（破坏）
无
无
无
无
智能接地箱
美观大方
SMC不饱和树脂（不生锈、防腐蚀、高强度、全绝缘、无回收利用价值）
自主研发防盗锁、互联网智能化防盗（声光报警、短信及语音报警）
实时检测
准确.
环流上限报警无线传输
实时
检测
温度上限报警
图像
报警
回传
水位环境
有害气体等
5.8、智能化的体现
5.8.1、电缆温度和载流量评估方法
目前国网公司大部分城市高压电缆线路载流量是依据IEC60287等标准确定的。
IEC标准对简单环境条件下敷设电缆载流量的计算是适用的，但对于复杂环境条件和敷设方式的情况，有很大的局限性。
城市电缆回路数量越来越多，同一电缆沟或隧道中常常有多条电缆回路同时运行，相互之间的影响不可忽略。
同时电缆运行环境越来越复杂，电缆线路周围可能存在各种热源和不确定因素，使得电缆存在局部过热的风险，这将成为限制载流量的“瓶颈”，并对电缆的安全运行构成了严重的威胁。
对于这些环境IEC60287等标准已经无法适用，电缆运行管理人员只能依据以往的经验，或者提高安全裕度的方法，来评估电缆导体温度和调配负荷，而缺乏一套科学的电缆温度和载流量评估方法。
本项目旨在针对典型城市高压电缆线路（复杂工况下，多回路同时运行），采用数值计算方法建立电缆群在稳态和暂态两种运行方式下的温度场、载流量计算模型。
同时，针对典型敷设电缆进行载流量试验，通过试验与计算结果的分析对比，校验计算模型的准确性。
最后，将经过验证后的计算模型应用于实际工程中，提出各种不同工况下电缆载流量安全运行规范，为电缆运行管理部门提供有力技术支持。
通过本项目的实施，有利于帮助电缆运行管理部门采取科学可靠的方法，准确判断复杂工况下的电缆导体温度和载流量，在保证电缆的安全运行的基础上，有效提升电缆线路的输送能力，为电力部门提供科学决策依据。
5.8.2、报警信息处理过程
1．智能接地箱箱门报警：
主要装在门及门框上感应开关，当有盗贼非法开门时，在线监测主机报警，管理系统会显示报警地点和性质或直接通过短信的方式到值班人员手机终端。
2．红外感应周界报警：
主要装在接地箱附近，红外探测非法闯入者。
另外，通过隐蔽的一层电子束来保护接地箱或电缆井、终端塔周围，报警方式通过平台及短信方式。
3．回流缆振动探测器或井盖报警装置：
装在回流缆局部位置，通过检测回流缆振动幅度而报警。
4．环流数据异常报警：
采集装置采集到的环流数据的环流异常通常有以下几个方面，三相不平衡、缺相、三相数据高于阀值、通过以上异常数据来报警。
5．气体数据监测报警：
安装在井道内如：
一氧、二氧、甲烷、等有毒有害助燃气体，当气体监测到一定浓度时而报警。
6．环境数据监测报警：
一般安装在电缆井道内如：
水位、温湿度等，检测家居环境烟气浓度到一定程度时而报警。
7．在线监测主机自检报警：
一般为通讯费用少于20元、供电低电压、高温高湿报警等
报警智能化：
应具备防盗报警系统、视频监控报、智能接地箱箱门报警、红外感应周界报警、环流数据异常报警、气体数据监测报警、环境数据监测报警、在线监测主机自检报警等等。
这些子系统可以是单独设置、独立运行，也可以由中央控制室集中进行监控，还可以与其他综合系统进行集成和集中监控。
报警分析处理方式：
报警及联动功能 紧急求助功能 报警管理显示功能 预设报警功能 设/撤防联动控制 警情后控制处理 警情后控制处理
5.8.3、环流数据的计算及对比分析：
我们以电力电缆为例说明XLPE电力电缆接地感应环流的产生。
一个变压器的初级绕组和次级绕组是单芯电力电缆的导线与金属护层的关系的很好的一个说明。
当电缆导线通过电流时在其周围产生磁通，磁通不仅与电缆的金属护层相链，同时也与线芯回路相链，在线芯和金属护层上分别产生感应电势。
对于单芯电缆来说每根线芯专用一个金属护层，负载电流或短路电流所产生的磁通，与金属护层交链，因此金属护层上有与线芯截面、电缆间距离和电流大小和电缆长度有关的感应电压始终存在。
尤其当电缆很长时，护层上的感应电压可达到较高的数值。
因电缆敷设环境复杂，外绝缘经常伴有水分，腐蚀性物质以及白蚁等侵蚀损伤。
电力电缆金属护层外绝缘主要保护金属护层免受周围物质腐蚀或损坏。
一些化工厂里或化工厂附近常常经受严重的化学物质腐蚀；电缆在铺设过程中，外绝缘常受施工人员划伤或硬物质创伤情况也较普遍。
若金属护层外绝缘受侵蚀，致使金属护层出现多点接地，金属护层接地环流将迅速增加、电缆载流量明显下降，热损耗大大增加、主绝缘逐渐损害、电缆爆炸事故时常发生等等。
因为应该加强对电力电缆接地环流的监测。
5.9、现场安装图展示
接地箱现场照片（人行道）
接地箱现场照片（绿化道）
接地箱现场照片（广场）
普通接地箱升级为智能化接地箱现场照片
6、智能接地箱检测报告
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