0 引言
随着我国城市化的快速发展，近几年很多城市都不同规模地建设了电力电缆隧道和沟道来代替架空线。随着城市经济的发展和规划标准的提升，电力电缆隧道和沟道在城网中的比例日益提高,已成为110~500kV输电线路的主要通道。
我国目前一般依靠人工定期沿着隧道线进行排査，对电缆的运行状态进行常规巡视。随着电力电缆隧道的快速发展，釆用人工定期常规巡视已不能满足要求，需要推进智能化监测。然而，已开始的智能化监测系统相比较更注重电力电缆安全本身，如电缆运行温度监测、电缆局放监测、环境监测等，忽略了因自然因素或人为因素对电缆隧道或沟道造成的安全影响，进而对电缆本体造成影响，如裂缝造成渗水漏水甚至塌陷，造成的经济损失、社会损失将是无法估量的。据对部分电缆故障成因分析统计，有相当比例的电缆故障成因是电缆通过一些城市建设的地下路段时，受到地面市政建设诸如高楼建设打桩，重型机械在大型基坑施工产生的横向应力、大型车辆通过路面道路使下方线缆受到纵向应力以及软土地基原因造成的自然沉降等因素，地下电缆不可避免的会发生沉降和位移。大幅度的位移和沉降会造成线缆铠装层的磨损，严重会导致输、变、供电系统瘫痪。
为预防大幅度的位移对电缆铠装层的磨损和破坏而引起电缆事故的发生，本文提出了一种基于缆线拉动机械原理的电缆位移在线监测装置。
1 装置简介
本装置由高压电缆位移监测主机、检测传感线、监测装置和其他相关设备组成。不破坏电缆电气性能和物理结构，将传感拉线安装在线缆上，直接测量线缆位移，实现高温、高压条件下，对运行电缆进行实时监测，并以无线的方式向监测平台传递实时数据。本装置填补了国内电力行业的技术空白。
本装置通过在电缆外部固定一个抱箍，将检测传感线的线芯与抱箍锁紧，检测传感线类似于自行车闸线，检测传感线外层是可以打弯但不可伸缩的螺旋金属层，线芯是钢丝绳，通过在电缆井壁和监测箱固定检测传感线两端外层，并在监测箱内安装位移检测装置（光电编码器），同时在监测箱内盘余1.5米至2米的检测传感线线芯，采用缆线拉动机械原理，当电缆发生位移时，检测传感线线芯跟随移动，通过光电编码器分辨率与圈数解码判断线芯移动的距离，经修正处理后得出电缆移动的距离。
图1-1工作原理图示
2 光电编码器研究
光电编码器是一种通过光电转换技术将输入的信息转换为相应的数字脉冲的传感器，其具有体积小、精确度高、操作方便等优点。在过去几十年中，已经发展为一种成熟的多规格、高性能的系列工业产品，主要用于检测角度位置，也可以通过机械联动装置测量位移。
光电编码器分为增量型、绝对型以及混合型等，本文只简单介绍增量型光电编码器。增量型光电编码器通过光电转化技术，把转轴的几何位移量转化为等宽脉冲进行输出，即把连续的位移量离散化为一个个的等大的脉冲，而且产生的脉冲与位移大小一一对应，因此一个脉冲对应的位移量越小则越精确，记录的脉冲之和就对应了位移之和。
图2-1增量型光电编码器的组成
码盘上有很多个的透光缝隙，相邻两个透光缝隙间距大小相同，并且代表一个周期。检测光栅上有两组间距相差刚好1/4间距的透光缝隙，检测光栅的透光缝隙和码盘的透光缝隙间距相同。增量型光电编码器正常工作时，检测光栅固定不动，而码盘被转轴带动旋转，此时由编码器内部光源发出的光线周期性地穿过码盘和检测光栅并且照射到光电检测器件上时，光电检测器件将会输出两个相位相差90°的正弦信号。紧接着这两个正弦信号通过转换电路转化为方波，即A相脉冲和B相脉冲。增量型光电编码器输出信号的波形如图2-2所示。
图2-2 增量型光电编码器输出的波形
当编码器正转时，A相超前B相90°，A相的每一次上升沿处B相都正好为低电平；当编码器反转时，A相滞后B相90°，A相的每一次上升沿处B相都正好为高电平。如果A相以下降沿为判断依据，B相的电平相反即可。
3 效益分析
1）经济成效
本装置可以有效掌握设备运行状态，实时监测电缆位移状况，大幅减少运维工作量，减少事故损失，具有良好的经济效益。预计每年可减少运维成本、抢修支出、停运损失数亿元。
2）社会成效
本装置可预防大幅度的位移对电缆铠装层的磨损和破坏而引起电缆事故的发生，提高供电可靠性，保障设备及人身安全，提高了社会满意度，实现电缆位移及沉降感知、数据云边处理、状态辅助预判、安全智能管控、运检效益提升，有效提升设备运行巡视工作效率及费效比，高效地执行高压线路巡视方案，及时分析处理电缆运行隐患、全面提升电缆远程管控信息化水平、监测设备智能化水平及电网运行可靠性能力。
4 应用案例
本装置已在绍兴进行试点项目，并取得了很好的效果。
图5-1装置外部结构
图5-2传感拉线安装固定图
此次试点项目中运用的电缆位移状态监测技术是通过先进的传感、测量、通讯技术以及决策分析支持系统的综合应用，在运行状态下对电缆位移信息进行实时监测上传和分析，并通过量化数据为运检部门掌握电缆位移状态，有效做出运维决策提供支撑。
5 结论
本文提出的基于缆线拉动机械原理的电缆位移在线监测装置，可实现电缆位移状况实时在线监测。该装置具有价格成本低，安全性高，测量准确，后期运检压力小的优点，对预防电缆铠装层的磨损和破坏具有极大的意义，对构建输电缆位移及沉降监测设备物联网，实现电缆位移及沉降感知、数据云边处理、状态辅助预判、安全智能管控、运检效益提升有重大指导意义，对其他位移监测项目也有借鉴意义。
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