電力電纜接頭運(yùn)行溫度的在線(xiàn)監(jiān)視

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(guò)對(duì)接頭溫度進(jìn)行測(cè)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)投入實(shí)際運(yùn)行后，取得很好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：電力電纜 溫度測(cè)量 溫度傳感器

在城市和大中型企業(yè)的供電系統(tǒng)中，越來(lái)越多地使用電力電纜供電。由于單根電纜的長(zhǎng)度有限，當(dāng)供電的距離較長(zhǎng)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)的完全，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，成為供用電部門(mén)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(lèi)故障并不是一個(gè)突發(fā)的過(guò)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)一定程序后再發(fā)生擊穿，是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過(guò)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)備地了解其工作狀況，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(guò)高（超過(guò)一個(gè)預(yù)先設(shè)定的值）或變化過(guò)快時(shí)，說(shuō)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(cè)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(cè)系統(tǒng)。

1 檢測(cè)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(chǎng)腐蝕性有害氣體多、一般均沒(méi)有低壓工作電源，因而目前各種類(lèi)型的測(cè)量裝置雖有很多，但大都因不能適應(yīng)這樣苛刻的環(huán)境條件而無(wú)法使用。目前尚沒(méi)有專(zhuān)用于電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，許多企業(yè)不得不采用人工定期測(cè)量的方法來(lái)監(jiān)視電力電纜接頭的溫度。因此電纜都設(shè)在電纜溝內(nèi)或埋在地下，人工測(cè)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(cè)系統(tǒng)，它無(wú)需運(yùn)行人員參與，自動(dòng)、連續(xù)、精確地對(duì)電纜頭溫度、溫差、溫度變化率等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，隨時(shí)顯示并能定時(shí)打印記錄各被測(cè)參數(shù)，其中任意一個(gè)超過(guò)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(chǎng)測(cè)溫裝置檢測(cè)的結(jié)果通過(guò)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(mén)。檢測(cè)系統(tǒng)的總體原理框圖如圖1所示。

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(guò)輔助電纜傳送至距電纜接頭較近的前置測(cè)量單元。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(cè)處理結(jié)果可以就地顯示打印、越限報(bào)警，也可以通過(guò)RS-485或其它類(lèi)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(cè)主機(jī)。該主機(jī)還可以通過(guò)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(guò)網(wǎng)絡(luò)了解整個(gè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。傳感器類(lèi)型不同，檢測(cè)儀器的檢測(cè)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(duì)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(cè)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(duì)環(huán)境要求高，不宜選用；熱電偶傳輸信號(hào)需用專(zhuān)用補(bǔ)償線(xiàn)，且傳輸距離不宜太長(zhǎng)，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(xiàn)式傳輸或平衡電橋式輸出，傳輸距離也不宜太長(zhǎng)，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(wèn)題，均不適用于電纜頭溫度的檢測(cè)；集成電路型的測(cè)溫元件有多種類(lèi)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(cè)量點(diǎn)處，外接線(xiàn)由兩條線(xiàn)引出，被測(cè)點(diǎn)處不需要工作電源，比較適合電纜頭溫度測(cè)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(cè)溫組件AD590為溫度傳感器。

3 前置監(jiān)測(cè)單元的設(shè)計(jì)

前置監(jiān)測(cè)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(cè)單元。該單元主要功能是對(duì)溫度傳感器傳來(lái)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(cè)主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

為適合不同檢測(cè)點(diǎn)數(shù)的需要，前置監(jiān)測(cè)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(guò)一個(gè)公用底版相互聯(lián)系。

4 監(jiān)測(cè)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(xiàn)號(hào)）、接頭名稱(chēng)（線(xiàn)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(xún)、調(diào)整、寫(xiě)入器、打印、OLE、附件和幫助。下面對(duì)幾個(gè)重要的菜單做一些簡(jiǎn)要說(shuō)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）的操作處理，如打開(kāi)數(shù)據(jù)文件、保存數(shù)據(jù)文件、刪除數(shù)據(jù)文件等。

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(xún)菜單與設(shè)置菜單相對(duì)應(yīng)，用來(lái)查詢(xún)?cè)O(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(guò)該菜單還可查詢(xún)溫度值、故障報(bào)告以及磁盤(pán)的類(lèi)型和磁盤(pán)的空間。點(diǎn)擊溫值子菜單，出現(xiàn)溫值查詢(xún)窗體，通過(guò)溫值查詢(xún)窗體可以查詢(xún)各接頭的溫度；并且可以查詢(xún)溫度是否越限，溫度查詢(xún)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(lèi)似于主窗口，但它只顯示溫度越限的接頭的詳細(xì)資料。

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(guò)調(diào)整菜單增加電纜接頭、刪除電纜接頭、更改名稱(chēng)。對(duì)應(yīng)的子菜單是增加節(jié)點(diǎn)、刪除節(jié)點(diǎn)、修改名稱(chēng)。

對(duì)電纜接頭溫度進(jìn)行監(jiān)視和測(cè)量，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)其故障隱串，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(cè)系統(tǒng)具有測(cè)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(chǎng)運(yùn)行，并多次成功預(yù)報(bào)，使用效果良好。