基于NRF的電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)終端的研究

　　引言

　　城市中高壓供電電纜大約每300米就存在一處電纜接頭，很多情況下為了降低技術與施工的難度，將電纜接頭安裝在供電電纜分接箱中。電纜分接箱是一種戶內或戶外裝置，通常安裝于街邊、路旁或者小區(qū)等地，用于對電纜線路進行分接、分支、接續(xù)或轉換，在某些場合可斷開運行中的電纜線路，以便于電纜線路和電氣設備的檢修。由于分接箱中電纜接頭施工質量不過關，施工人員對預制式電纜附件的施工工藝不熟悉等一系列原因，使得電纜接頭在長時間、大電流(過負荷)運行條件下容易發(fā)生過熱，導致事故，嚴重影響了電力系統(tǒng)的安全可靠運行，造成了巨大的經濟損失。

　　本方案根據供電企業(yè)的實際需要，采用無線技術設計了一種新型電纜接頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)終端。它位于各電纜接頭處采集溫度數(shù)據和電纜電流數(shù)據，通過近距離微功耗無線技術將分接箱中的測量數(shù)據匯集于位于分接箱底部的數(shù)據集中器，再上傳至監(jiān)控中心的PC，實現(xiàn)了城市供電電纜分接箱電纜接頭運行溫度和電流的低成本在線可靠監(jiān)測。

　　硬件電路設計

　　測量原理

　　實際運行經驗和理論分析均表明，電纜接頭處發(fā)生的各類故障并不是一個突發(fā)的過程，是一個由量變到質變的過程，通常表現(xiàn)為電纜接頭處溫度不斷升高。此外，在電力系統(tǒng)中，電力設備存在負載電流與溫度正相關的規(guī)律:當負載電流增大時會出現(xiàn)溫度升高，而負載電流減小時會出現(xiàn)降溫的現(xiàn)象。

　　分接箱電纜接頭表面溫度是反映其運行狀態(tài)的重要參數(shù)。對電纜接頭溫度進行不間斷地監(jiān)測和統(tǒng)計分析，可使運行人員全面掌握其工作狀況，及時了解電纜接頭的老化情況，在必要時結合生產情況提出檢修計劃，避免或減少故障的發(fā)生，提高供電系統(tǒng)安全性、可靠性，從而促進供電企業(yè)增收節(jié)支，提高經濟效益。

　　根據分接箱電氣安全規(guī)程，相與相接頭之間空間距離不小于1cm，接頭與分接箱側壁和頂部的空間距離不小于15cm，各接頭與三芯電纜分裂處垂直距離不小于70cm。分接箱電纜接頭導體外部為絕緣護套層，而絕緣護套層表面實際上存在著幾百伏至上千伏不等的電壓。電纜接頭導體溫度主要取決于通過導體中的電流I、接觸電阻R和環(huán)境溫度TE，在通過電流和環(huán)境溫度變化不大的情況下，主要受接觸電阻的影響。測點溫度為接頭導體溫度T和環(huán)境溫度TE的分溫，通過它雖不能直接測出接頭導體部分的實際溫度，但在現(xiàn)場環(huán)境情況下，它與接頭導體溫度近似成線性關系。因此，對于分接箱電纜接頭溫度的監(jiān)測，主要測量電纜接頭表面溫度與通過電纜接頭的電流，以及分接箱環(huán)境溫濕度等。

　　供電系統(tǒng)設計

　　監(jiān)測終端供電電路的設計思想是，利用特制線圈從電纜感應出一定功率的交流電壓，通過整流、濾波和穩(wěn)壓之后，提供給監(jiān)測終端。電流大致在10A~300A范圍的中高壓電纜上的交流電壓，之后利用整流、濾波電路將交流變?yōu)橹绷鳎梅€(wěn)壓電路將約為5V的直流電壓變?yōu)?3.3V的直流恒壓供給監(jiān)測終端。另外，為了防止在電纜大電流情況下，特制線圈感應電壓過大導致后端電路燒毀，為電路增加了過電壓保護電路，起到保護器件的作用。如圖1所示。

　　該電路設計的難點主要在于，電纜電流較小時，要盡量保證電源的供應;而當電纜處于大負荷運行狀態(tài)，甚至是短路故障電流時，要給予電源板足夠的保護，不能損壞器件。