概述
35kV以上的電纜主要采用帶有金屬護層的單芯電纜。因單芯電纜金屬護層與芯線中交流電流產生的磁力線相鉸鏈，使其兩端出現較高的感應電壓，故需采取合適的接地措施，使感應電壓處在安全電壓范圍內（通常不超過50V，有安全措施時不超過100V）。通常短線路單芯電纜的金屬護層采用一端直接接地和另一端經間隙或保護電阻接地的方式；長線路單芯電纜金屬護層則采用三相分段交叉互聯兩端接地的方式。不論采用哪種接地方式，良好的護層絕緣都是必要的，當電纜護層絕緣發生損傷時，將使金屬護套多點接地，從而產生護層循環電流，增加護套的損耗，影響電纜的載流能力，嚴重時甚至使電纜嚴重發熱而燒毀。同時，保證高壓電纜線路金屬層護套直接接地點的接地良好也十分重要，如果接地點由于各種原因不能有效接地，那么電纜金屬護套的電位就會急劇升到幾千伏甚至上萬伏，很容易把電纜外護套擊穿并在擊穿點持續放電，造成電纜外護套溫度升高甚至著火燃燒。
IM2201C電纜護層綜合在線監測裝置采用了環流法原理，即：單芯電纜金屬護套在正常情況下（即一點接地），金屬護套上環流極小，主要是容性電流，而一旦金屬護套出現多點接地與大地形成回路后，環流顯著增加，嚴重時可達主電流的90%以上。實時監測金屬護套環流及其變化量，即可實現單芯電纜金屬護套多點接地故障的在線監測，從而及時準確的發現接地故障，從根本上避免電纜事故的發生，保證電纜安全、可靠的運行。
2 環流產生的原理
由電纜結構了解到，其外部是金屬護層，當傳導電能時，在線芯中的電流，會與外層金屬護層產生切割現象的電磁感應。由于電磁感應會在金屬護層上形成電動勢，稱為感應電壓。其強弱與電流有關。當電流增大時，電壓也增大，是一種遞增關系。過大的電壓會對護層造成影響，甚至造成電纜擊穿。因此，電纜每隔一段距離都要接一條接地線，目的就是釋放護層上積累的感應電壓，這樣金屬護層就與大地形成一條通路，在感應電壓的影響下形成回路電流，將這個電流稱為電纜護層環流。
圖1 電纜的結構
1——線芯，2——絕緣層，3——金屬護層，4——外護層
環流過大的危害
（1）運行高壓電纜金屬護層系統環流的增大,使得電纜金屬護層損耗劇增,電纜的溫升增加,嚴重時或導致電纜過熱甚至著火燃燒。
（2）運行高壓電纜金屬護層環流大大增加了電纜傳輸電能的能量損失,降低了電纜的傳輸效率，造成嚴重的資源浪費。
（3）運行高壓電纜金屬護層環流,加速了電纜絕緣的老化,縮短了電纜的正常使用壽命。
（4）使交叉互聯連接處發熱，若長期運行的電纜護層環流較大，而電纜交叉互聯處接觸不好，會引起交叉互聯處發熱。從設計角度及運行經驗來看，若運行中保證交叉互聯接觸良好，將不會產生發熱問題。
高壓交流電纜在線監測系統典型方案
環流的監測主要在交叉互聯箱的位置進行測量。
圖2 高壓電纜在線監測典型方案
電纜環流在線監測的國網標準與通知
系統構成
監測裝置由監測主機和電流互感器、溫度及防盜割傳感器等組成。開口式電流互感器安裝于電纜護層接地線及主纜上，經轉換為二次信號后引入監測裝置。溫度傳感器用于對電纜溫度進行監測，防盜割傳感器對環流接地線進行防盜割監測。
以上所有監測接口可根據客戶需求增減。
電纜護層綜合在線監測系統組成如下圖：
監測傳感器安裝位置示意圖
功能特點
（1）實時監測三相電纜的護層接地電流、總接地電流及任意相主纜運行電流；
（2）實時監測三相電纜接頭溫度；
（3）實時對電纜護層接地線防盜割監測；
（4）監測時間間隔可設置；
（5）報警參數及是否允許相應監測參數產生報警可設置；
（6）統計設置時間段內的值、最小值、平均值；
（7）實時監測統計周期內單相接地電流值最小值比，并進行報警處理；
（8）實時監測統計周期內接地電流與負荷比值，并進行報警處理；
（9）實時監測統計周期內單相接地電流變化率，并進行報警處理；
（10）可任意時刻發送測量數據；
（11）可某個或多個監測參數報警時，向手機發送報警信息；
（12）實時測量裝置輸入電壓；
（13）所有監測數據均有時間標簽，保證數據的性；
（14）所有監測傳感器可根據用戶要求進行增減配置；
（15）多種數據傳輸接口：RS485接口、RJ45、GPRS、GSM短信，可同時使用一種或多種數據傳輸模式；
（16）支持遠程維護和升級；
（17）采用低功耗設計，支持多種電源供電方式：CT感應取電、AC-DC電源、直流電供電及電池供電；
（18）全部采用工業級元件，具有良好的可靠性、穩定性；
（19）單元式全封閉結構設計，易于安裝，所有部件均采取緊鎖措施，
抗振性能好，并且更換拆卸方便；
（20）全封灌結構：環氧樹脂封灌、無外露元件、不進水，支持IP68防護等級。
（21）可靠性高、免維護。
設備外觀與內部封裝狀態
箱體外殼采用鑄鋁機箱，也可定制不銹鋼機箱；
所有元件全部進行環氧樹脂封灌；
使用高可靠防水航插接著。
技術指標
監測參量
參數 | 指標 | |
電流測量 | 運行電流測量 | 1路，0.1A~1000A（其他需定制） |
護層接地電流測量 | 4路，0.1A~200A（其他需定制） | |
測量精度 | ±(0.5%+0.1A) | |
測量周期 | 1秒~260秒可設置 | |
溫度測量 | 范圍 | -40℃~+130℃ |
精度 | ±1℃ | |
測量周期 | 10秒~260秒可設置 | |
其它 | 傳感器斷線可檢測 | |
振動測量 | 范圍 | 振動監測頻率1～500次/秒 |
報警范圍 | 10～250次/秒可設置 | |
報警持續時間 | 1～600秒可設置 | |
其它 | 傳感器斷線可檢測 | |
電磁兼容特性
靜電放電抗擾度 | 等級4：GB/T 17626.2 |
射頻電磁場輻射抗擾度 | 等級3：GB/T 17626.3 |
電快速瞬變脈沖群抗擾度 | 等級4：GB/T 17626.4 |
浪涌抗擾度 | 等級4：GB/T 17626.5 |
射頻場感應傳導抗擾度 | 等級3：GB/T 17626.6 |
工頻磁場抗擾度 | 等級5：GB/T 17626.8 |
脈沖磁場抗擾度 | 等級5：GB/T 17626.9 |
阻尼振蕩磁場抗擾度 | 等級5：GB/T 17626.10 |
抗電壓變化 | 等級3：GB/T 17626.11 |
通信接口及支持協議
RS485接口
l 波特率：2400bps、9600bps、19200bps可設置
l 數據長度：8位；
l 起始位：1位；
l 停止位：1位；
l 校驗：無校驗；
目前RS485接口已經支持協議如下：
1）我公司私有協議（對外開放，提供PC機測試程序，開源）；
2）支持標準Modbus RTU協議。
GSM/GPRS接口
l 工作頻段： 4頻，850 MHz/900 MHz/1800 MHz/1900 MHz ；
l GSM中英文短消息；
l GPRS class 10，下行速率85.6 kbit/s，上行速率42.8 kbit/s，支持TCP/IP、UDP、FTP、HTTP協議。
目前GPRS數據接口已經支持協議如下：
1）我公司私有協議（對外開放，提供PC機測試程序，開源）；
2）中文短信協議（對于不方便架設網絡的情況）；
3）阿里云物聯網云平臺；
4）廣東電網輸電線路狀態監測系統規約 V1.3。
光纖接口
2個100Base-FX光口；
支持環網冗余技術，支持多種環網結構；
網絡故障自愈時間＜20ms。
以太網接口
速率：10/100 Mbps，MDI/MDIX交叉直連自動切換；
保護：1.5KV電磁隔離；
網絡協議：TCP，UDP，ARP，ICMP，DHCP，DNS，HTTPD Client。
光纖及以太網接口支持協議如下：
1）支持協議同GPRS鏈路；
2）Modbus TCP協議。
供電方式
12.1 交流電源供電方式
電壓：85~305VAC；
頻率：47~63Hz；
功率：≤8W。
具有以下特性：
1）過壓過流保護；
2）防浪涌性能滿足4級標準；
3）工作溫度范圍：-40°C～+85°C。
電池供電方式
有些地區無法為監測設備提供交流源，用戶可選擇電池供電，設備進行低功耗工作模式。可使電池使用3至4年。
CT取電供電方式
有以下特點：
1）啟動電流小，當主纜電流達到25A時即可滿足設備的正常工作；
2）持續負荷電流1200A；
3）可承受大沖擊電流，30kA持續4秒；
3）設置過熱、過載保護 ；
4）可多CT取電，提高輸出功率。
軟件界面
我公司提供通信端口測試軟件、網絡客戶端訪問及手機APP。
現場安裝圖片
現場情況分為：城市地下管廊、地下電纜溝、地下電纜轉架空線
城市地下管廊
此種情況電纜護套在城市地下管廊接地，設備安裝在地下管廊內，直接在接地線取三相接地線電流信號，通過RS485、或者RJ45信號向后臺傳輸數據。
地下電纜溝
此種情況電纜護套在接地井里面接地，設備安裝在接地井內，直接在接地井里面取三相接地線電流信號，通過RS485、GSM/GPRS信號向后臺傳輸數據。
地下電纜轉架空線
此種情況電纜在桿塔上接地，設備安裝在桿塔上，取三個單相接地線電流信號，分別通過三個GSM/GPRS模塊或者有線通信方式向后臺傳輸信號。
