周英明，龐 丹，趙昌鵬，杜 群

（國網(wǎng)長春供電公司，吉林長春 130021）

0 引言

全壽命周期管理（LCM）是指涵蓋了某個(gè)產(chǎn)品或項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、選材、建設(shè)、運(yùn)營，直到報(bào)廢等各個(gè)流程的一種綜合管理手段，以保障運(yùn)行穩(wěn)定、延長使用壽命、降低維護(hù)成本為目的，是現(xiàn)代管理理論體系的重要組成部分。構(gòu)建電纜線路的全壽命周期計(jì)算模型，至少要包括可研性論證、設(shè)計(jì)與制造、采購與安裝、運(yùn)行與維護(hù)以及報(bào)廢回收這5 個(gè)模塊。在電纜線路投入運(yùn)行期間，為保證其電力供應(yīng)的穩(wěn)定、可靠，滿足電力設(shè)備運(yùn)行需要和電力客戶用電需求，必須要引入在線監(jiān)測裝置，實(shí)現(xiàn)24 h不間斷的監(jiān)測，確保故障隱患第一時(shí)間告警、處理，確保整個(gè)線路系統(tǒng)安全運(yùn)行。

1 電纜線路全壽命周期計(jì)算模型設(shè)計(jì)

1.1 電纜選型設(shè)計(jì)

選擇電纜時(shí)，在滿足使用需求的前提下必須綜合考慮成本、質(zhì)量等影響因素。例如，電纜的線芯要盡量選擇機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好的材料，如銅；電纜的保護(hù)套則要優(yōu)先考慮阻燃性能好、機(jī)械性能優(yōu)、耐腐蝕能力強(qiáng)的材料，如聚乙烯樹脂材料等；材料的可回收性、節(jié)能環(huán)保性等也是綠色發(fā)展背景下需要著重考慮的選型因素。電纜選型會(huì)直接對(duì)全壽命周期成本管理產(chǎn)生影響，其中電纜的橫截面面積是最主要的影響因素。因此，電纜選型作為全壽命周期管理中的首要環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)引起設(shè)計(jì)人員的重視，并從實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性、環(huán)保性等方面，選出最佳的電纜型號(hào)。

1.2 接地裝置設(shè)計(jì)

在電力系統(tǒng)中，與電纜線路相連的接地裝置主要包括2 種型式，其一是比較常規(guī)的接地箱。在同軸電纜外層導(dǎo)體的接線端子上，采用接地壓板與接地銅排連接的方式，達(dá)到接地保護(hù)效果。在設(shè)計(jì)接地箱時(shí)，必須保證外側(cè)箱體密封，防水防塵；同時(shí)還要具備較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，后期根據(jù)電纜線路的擴(kuò)張需要，根據(jù)實(shí)際需要靈活擴(kuò)展，降低改造成本；盡量控制接地箱的尺寸，可減少空間、降低費(fèi)用。其二是適用于特殊情況的銅覆鋼材料接地保護(hù)，銅包覆鋼的耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度和電阻率等性能指標(biāo)均得到了優(yōu)化，接地保護(hù)效果更加穩(wěn)定，可實(shí)施性強(qiáng)、可維護(hù)性好，設(shè)計(jì)使用壽命通常達(dá)到35 年以上。

1.3 電纜溝、工井設(shè)計(jì)

（1）電纜通道耐久性設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)電纜通道時(shí)，一般選擇用鋼混基礎(chǔ)作為承載構(gòu)件。因此，要想提高電纜通道的使用壽命，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注鋼筋混凝土的耐久性設(shè)計(jì)。結(jié)合電纜通道的敷設(shè)環(huán)境，在設(shè)計(jì)時(shí)除了考慮鋼筋材料、混凝土的材料選型外，也要注意自然環(huán)境對(duì)材料帶來的影響。例如，我國北方地區(qū)冬季會(huì)形成凍土層，設(shè)計(jì)電纜通道時(shí)應(yīng)考慮其低溫耐凍性能；凍土的周期性凍融特性，要求電纜通道必須具備較強(qiáng)的剛度才能保證承載力。在酸性地質(zhì)條件下，還要考慮電纜通道的耐腐蝕能力，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)做好防腐設(shè)計(jì)。

（2）混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)。在制備混凝土?xí)r，使用到的原材料除了水泥、粉煤灰外，為了改善混凝土的和易性、粘結(jié)性和密實(shí)度，還會(huì)加入氫氧化鈣、鐵鋁酸鈣等材料。這些基礎(chǔ)材料按照設(shè)計(jì)好的配合比攪拌之后，所得的混凝土材料pH 值通常在12 以上，為強(qiáng)堿性。這種情況下，像鋼筋框架上澆筑混凝土，強(qiáng)堿環(huán)境會(huì)在鋼材表面形成一層致密的鈍化膜，保護(hù)鋼筋框架免受腐蝕，從而達(dá)到了提高鋼混結(jié)構(gòu)耐久性的目的。

2 在線監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

2.1 接地環(huán)流監(jiān)測技術(shù)

利用溫度傳感器、振動(dòng)傳感器等裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。一旦發(fā)現(xiàn)電纜金屬保護(hù)層的環(huán)流發(fā)生異常，如超出閾值等，會(huì)自動(dòng)出發(fā)警報(bào)，提醒技術(shù)人員采取檢修、控制措施。在精密監(jiān)測儀器和光纖通信技術(shù)的支持下，現(xiàn)階段接地環(huán)流檢測系統(tǒng)具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、調(diào)試方便等諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。整個(gè)系統(tǒng)大體包含了電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、無線傳輸模塊和分析計(jì)算模塊等。其中，為了保證電力持續(xù)供給，保證監(jiān)測的連續(xù)性，接地環(huán)流監(jiān)測系統(tǒng)引入在線自取能技術(shù)（圖1）。有了自取能裝置后，利用線圈從高壓線纜獲取感應(yīng)能量，然后將其轉(zhuǎn)化為電能，為蓄電池供電；在充滿電后繼續(xù)為整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)供電，當(dāng)電力中斷后蓄電池維持續(xù)航，從而實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測。

圖1 在線自取能裝置工作原理

2.2 反外力破壞監(jiān)控技術(shù)

在電纜線路覆蓋規(guī)模擴(kuò)大的同時(shí)，線路遭到破壞的情況也更加常見，除了不法分子故意破壞外，工程施工中挖斷線纜的情況也屢見不鮮。為了保護(hù)電纜線路，反外力破壞監(jiān)控系統(tǒng)得到了推廣應(yīng)用（圖2）。

圖2 反外力破壞監(jiān)控系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)是由安裝在線桿或高架塔上的光伏電池板提供電力。在電力充足的情況下，首先將蓄電池充滿電，然后繼續(xù)向整個(gè)系統(tǒng)供電。陰雨天太陽能供電不足時(shí)，蓄電池持續(xù)放電以保證該系統(tǒng)正常運(yùn)行。利用動(dòng)態(tài)報(bào)警系統(tǒng)，能夠?qū)旊娋€路周圍一定范圍內(nèi)的大型移動(dòng)物體進(jìn)行動(dòng)態(tài)偵測，并設(shè)定最小報(bào)警距離，如1 m。當(dāng)監(jiān)測到某大型物體與輸電線路之間的距離不足1 m 時(shí)，觸發(fā)告警信號(hào)，由終端PLC 控制報(bào)警器發(fā)出警示音，提醒作業(yè)人員及時(shí)中止作業(yè)，防止誤碰、破壞電纜線路。

2.3 監(jiān)測電纜表層溫度技術(shù)

電流熱效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致輸電線路溫度升高，但是在額定電流強(qiáng)度之內(nèi)，不會(huì)對(duì)電纜線路造成損害。如果出現(xiàn)過電流的情況，電纜升溫現(xiàn)象十分明顯，進(jìn)而對(duì)電纜以及其他電力設(shè)備造成損害。基于這一特性，設(shè)計(jì)了電纜表層溫度監(jiān)測裝置，根據(jù)溫度變化情況，反推電纜線路運(yùn)行狀況。在該監(jiān)測裝置中，核心功能裝置主要有3 部分：①前端數(shù)據(jù)采集裝置，主要是分布在電力線纜各處的溫度監(jiān)測分機(jī)，能夠?qū)崟r(shí)采集溫度信號(hào)；②中間的信號(hào)傳輸裝置，主要由若干臺(tái)中繼通信設(shè)備組成，將溫度監(jiān)測分機(jī)收集到的信號(hào)傳輸?shù)浇K端設(shè)備；③溫度監(jiān)測中心，主要由1 臺(tái)終端計(jì)算機(jī)組成，負(fù)責(zé)將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)值，判斷實(shí)測溫度是否超出了預(yù)設(shè)值。如果溫度監(jiān)測裝置判斷為“是”，則發(fā)出預(yù)警信號(hào)，并回溯提供該溫度信號(hào)的溫度監(jiān)測分機(jī)，確定位置后，為技術(shù)人員判斷故障位置、開展搶修作業(yè)提供參考（圖3）。

圖3 溫度監(jiān)測裝置系統(tǒng)組成

2.4 圖像監(jiān)控技術(shù)

在線遠(yuǎn)程監(jiān)測能夠讓管理人員隨時(shí)掌握各地電力線路的運(yùn)行狀況和外部環(huán)境，而圖像監(jiān)控技術(shù)是支持遠(yuǎn)程監(jiān)測功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。圖像監(jiān)測系統(tǒng)提供了高清圖像抓拍、視頻在線記錄、鏡頭焦距控制等功能。從系統(tǒng)組成上來看，主要包括錄像管理模塊、設(shè)備管理模塊、報(bào)警控制模塊等。

3 結(jié)論

將全壽命周期管理理念運(yùn)用到電纜線路的設(shè)計(jì)與管理中，從線纜選型、接地裝置設(shè)計(jì)、電纜通道設(shè)計(jì)等方面，構(gòu)建理想的模型，從而為電纜線路的敷設(shè)和運(yùn)行提供指導(dǎo)。在電纜線路投入運(yùn)行以后，利用在線監(jiān)測裝置實(shí)現(xiàn)工況實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患立即報(bào)警、處理，從而保障電纜線路運(yùn)行的可靠與穩(wěn)定，維護(hù)電力公司的效益。