摘? 要: 電力電纜中間接頭的溫度是反映其運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)。通過對接頭溫度進(jìn)行測量和監(jiān)視,可以全面了解其絕緣老化情況、準(zhǔn)確評(píng)估其工作狀態(tài)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)其故障隱患,對提高電纜接頭運(yùn)行可靠性、減少故障發(fā)生次數(shù)、降低故障損失具有重要意義。應(yīng)用檢測技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等手段,設(shè)計(jì)出了集測量、顯示、打印、報(bào)警和遠(yuǎn)傳通信等多項(xiàng)功能于一體的集散式" title="集散式">集散式電力電纜接頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)" title="監(jiān)測系統(tǒng)">監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)投入實(shí)際運(yùn)行后,取得了很好的應(yīng)用效果。

　　關(guān)鍵詞: 電力電纜? 溫度測量? 溫度傳感器

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　　在城市和大中型企業(yè)的供電系統(tǒng)中,越來越多地使用電力電纜供電。由于單根電纜的長度有限,當(dāng)供電的距離較長時(shí),不可避免地要出現(xiàn)中間接頭。多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,由于接觸電阻的存在、絕緣材料的性能不佳和制作工藝不完善等原因,電纜接頭處極易出現(xiàn)單相接地、相間短路等故障,嚴(yán)重地影響了整個(gè)供電系統(tǒng)的安全,造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,成為供用電部門急待解決的重要技術(shù)難題。

　　實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論分析均表明,電纜接頭處發(fā)生的各類故障并不是一個(gè)突發(fā)的過程,通常是因?yàn)榻宇^處溫度不斷升高,使絕緣逐步老化、泄漏電流逐漸增加,到達(dá)一定程度后再發(fā)生擊穿,是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過程。因而,連續(xù)地監(jiān)視電纜頭溫度的變化,就可以全面準(zhǔn)確地了解其工作狀況,根據(jù)情況適時(shí)進(jìn)行停電檢修。特別是當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)接頭處的溫度過高(超過一個(gè)預(yù)先設(shè)定的值)或變化過快時(shí),說明此處的絕緣已比較薄弱,繼續(xù)運(yùn)行很可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重故障。此時(shí)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),使值班人員及時(shí)處理,可以有效地避免嚴(yán)重故障的發(fā)生,確保系統(tǒng)安全、可靠地工作。

　　本文根據(jù)電纜接頭的運(yùn)行特點(diǎn)和要求,設(shè)計(jì)出了集測量、顯示、打印、報(bào)警和遠(yuǎn)傳通信等多項(xiàng)功能于一體的集散式電力電纜接頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)。

1 檢測方案的確定

　　由于電纜接頭一般都具有點(diǎn)多量廣、集中性差、電磁干擾嚴(yán)重等特點(diǎn),且現(xiàn)場腐蝕性有害氣體多、一般均沒有低壓工作電源,因而目前各種類型的測溫" title="測溫">測溫裝置雖有很多,但大都因不能適應(yīng)這樣苛刻的環(huán)境條件而無法使用。目前尚沒有專用于電纜接頭溫度監(jiān)測的系統(tǒng),許多企業(yè)不得不采用人工定期測量的方法來監(jiān)視電力電纜接頭的溫度。由于電纜都敷設(shè)在電纜溝內(nèi)或埋在地下,人工測量不僅十分不便,有時(shí)也十分危險(xiǎn)。由于不能連續(xù)監(jiān)視,有些故障隱患不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn),仍有出現(xiàn)故障的危險(xiǎn)。

為克服上述缺點(diǎn),本文研制了新的電纜頭溫度檢測系統(tǒng),它無需運(yùn)行人員參與,自動(dòng)、連續(xù)、精確地對電纜頭溫度、溫差、溫度變化率等參數(shù)進(jìn)行檢測,隨時(shí)顯示并能定時(shí)打印記錄各被測參數(shù),其中任意一個(gè)超過設(shè)定值時(shí),發(fā)出報(bào)警信號(hào),以引起值班人員的注意,使故障隱患得以及時(shí)消除。除上述當(dāng)?shù)毓δ芡?該系統(tǒng)還具有遠(yuǎn)傳通信功能,能把現(xiàn)場測溫裝置檢測的結(jié)果通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送到經(jīng)常有人值班的調(diào)度室、變電站主控室或其它有關(guān)部門。檢測系統(tǒng)的總體原理框圖如圖1所示。

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　　該系統(tǒng)在每個(gè)電纜中間接頭處安裝一個(gè)溫度傳感器,傳感器輸出信號(hào)通過輔助電纜傳送至距電纜接頭較近的前置測溫單元。根據(jù)電纜接頭地理分布情況的不同,每個(gè)前置單元可與8～48個(gè)傳感器連接。前置單元的檢測處理結(jié)果可以就地顯示打印、越限報(bào)警,也可以通過RS-485 或其它類型的通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至安裝在主控制室或調(diào)度中心的監(jiān)測主機(jī)。該主機(jī)還可以通過局域網(wǎng)或Internet網(wǎng)與其它計(jì)算機(jī)相連,使有關(guān)人員均能夠通過網(wǎng)絡(luò)了解整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測的電纜接頭的工作狀況。

2 傳感器的選取

　　溫度傳感器的選取,是電纜頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。傳感器類型不同,檢測儀器的檢測方法和電路結(jié)構(gòu)也會(huì)有很大的不同;傳感器特性的優(yōu)劣,對整個(gè)裝置的性能有很大的影響。

　　目前常用的溫度傳感元件主要有紅外傳感器、熱電偶、熱敏電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)、溫控晶閘管和集成電路型溫度傳感器等幾種。紅外傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)是非接觸測量,因而具有很好的安全性,其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、抗干擾能力差,對環(huán)境要求高,不宜選用;熱電偶傳輸信號(hào)需用專用補(bǔ)償線,且傳輸距離不宜太長,不適應(yīng)電纜頭分布面很廣的實(shí)際情況;熱敏電阻通常為鉑電阻,一般需采用三線式傳輸或平衡電橋式輸出,傳輸距離也不宜太長,且抗干擾能力較差;半導(dǎo)體PN結(jié)型和溫控晶閘管型傳感器也存在這樣那樣的問題,均不適用于電纜頭溫度的檢測;集成電路型的測溫元件有多種類型,其中電流輸出型的元件有很大的內(nèi)阻(10MΩ),適合于遠(yuǎn)距離傳輸,抗干擾能力較強(qiáng),通常體積較小,可用防腐防潮抗高溫的導(dǎo)熱硅膠密封在被測量點(diǎn)處,外接線由兩條線引出,被測點(diǎn)處不需要工作電源,比較適合電纜頭溫度測量的需要。經(jīng)反復(fù)比較,本系統(tǒng)選擇電流輸出型集成電路測溫組件AD590為溫度傳感器。

3 前置監(jiān)測單元的設(shè)計(jì)

　　前置監(jiān)測單元是整個(gè)系統(tǒng)最重要、最基本的組成部分。根據(jù)需要,每個(gè)系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)前置監(jiān)測單元。該單元主要功能是對溫度傳感器傳來的微弱電流信號(hào)進(jìn)行隔離、放大、采集、轉(zhuǎn)換和計(jì)算,并根據(jù)要求以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示、打印、報(bào)警和向監(jiān)測主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

　　為適合不同檢測點(diǎn)數(shù)的需要,前置監(jiān)測單元采用模塊式結(jié)構(gòu),其原理框圖如圖2所示。它主要由1～6個(gè)采集處理板、一個(gè)人機(jī)接口管理板和一個(gè)電源插件等組成。各插件之間通過一個(gè)公用底版相互聯(lián)系。

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4 監(jiān)測主機(jī)通信界面的設(shè)計(jì)

??? 上位機(jī)通訊程序的主窗口如圖3所示。界面可分為四大部分:菜單區(qū)、顯示區(qū)、控制區(qū)和狀態(tài)區(qū)。其中顯示區(qū)主要顯示各電纜接頭的溫度信息、接頭號(hào)碼(線號(hào))、接頭名稱(線名)、超溫值和時(shí)間信息。

??? 程序的菜單區(qū)提供九個(gè)主菜單, 依次是文件、設(shè)置、查詢、調(diào)整、寫入器、打印、OLE、附件和幫助。下面對幾個(gè)重要的菜單做一些簡要說明:

　　文件菜單主要完成溫度數(shù)據(jù)(在本程序中形成特定的數(shù)據(jù)文件" title="數(shù)據(jù)文件">數(shù)據(jù)文件)的操作處理,如打開數(shù)據(jù)文件、保存數(shù)據(jù)文件、刪除數(shù)據(jù)文件等。

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　　設(shè)置菜單主要完成設(shè)置工作, 如設(shè)置接頭數(shù)、接頭名、報(bào)警溫度、窗體顏色以及通訊參數(shù)的設(shè)置。通訊參數(shù)包括串行口、波特率、奇偶校驗(yàn)、停止位和通訊周期。

　　查詢菜單與設(shè)置菜單相對應(yīng),用來查詢設(shè)置菜單里完成的設(shè)置內(nèi)容,如路名、路數(shù)、報(bào)警溫度、通訊周期等。除此之外,通過該菜單還可以查詢溫度值、故障報(bào)告以及磁盤的類型和磁盤的空間。點(diǎn)擊溫值子菜單,出現(xiàn)溫值查詢窗體,通過溫值查詢窗體可以查詢各接頭的溫度;并且可以查詢溫度是否越限,溫度查詢窗口如圖4所示。點(diǎn)擊故障報(bào)告子菜單,出現(xiàn)故障報(bào)告窗口。該窗口類似于主窗口,但它只顯示溫度越限的接頭的詳細(xì)資料。

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　　調(diào)整菜單用于某些設(shè)置信息的調(diào)整。由于現(xiàn)實(shí)中時(shí)常加裝新電纜、拆除舊電纜,所以可通過調(diào)整菜單增加電纜接頭、刪除電纜接頭、更改名稱。對應(yīng)的子菜單是增加節(jié)點(diǎn)、刪除節(jié)點(diǎn)、修改名稱。

??? 對電纜接頭溫度進(jìn)行監(jiān)視和測量,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)其故障隱患,有效減少故障次數(shù),是提高供電可靠性的重要技術(shù)措施。本文設(shè)計(jì)的集散式溫度監(jiān)測系統(tǒng)具有測點(diǎn)多、功能強(qiáng)、精度高和使用方便等特點(diǎn)。產(chǎn)品已在齊魯石化、萊鋼等大中型企業(yè)現(xiàn)場運(yùn)行,并多次成功預(yù)報(bào),使用效果良好。

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