摘? 要: 電力電纜中間接頭的溫度是反映其運行狀態的重要參數。通過對接頭溫度進行測量和監視,可以全面了解其絕緣老化情況、準確評估其工作狀態、及時發現其故障隱患,對提高電纜接頭運行可靠性、減少故障發生次數、降低故障損失具有重要意義。應用檢測技術、計算機技術和通信技術等手段,設計出了集測量、顯示、打印、報警和遠傳通信等多項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測系統" title="監測系統">監測系統。該系統投入實際運行后,取得了很好的應用效果。
關鍵詞: 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的供電系統中,越來越多地使用電力電纜供電。由于單根電纜的長度有限,當供電的距離較長時,不可避免地要出現中間接頭。多年的運行經驗表明,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單相接地、相間短路等故障,嚴重地影響了整個供電系統的安全,造成了巨大的經濟損失,成為供用電部門急待解決的重要技術難題。
實際運行經驗和理論分析均表明,電纜接頭處發生的各類故障并不是一個突發的過程,通常是因為接頭處溫度不斷升高,使絕緣逐步老化、泄漏電流逐漸增加,到達一定程度后再發生擊穿,是一個由量變到質變的過程。因而,連續地監視電纜頭溫度的變化,就可以全面準確地了解其工作狀況,根據情況適時進行停電檢修。特別是當發現某個接頭處的溫度過高(超過一個預先設定的值)或變化過快時,說明此處的絕緣已比較薄弱,繼續運行很可能會引發嚴重故障。此時及時發出報警信號,使值班人員及時處理,可以有效地避免嚴重故障的發生,確保系統安全、可靠地工作。
本文根據電纜接頭的運行特點和要求,設計出了集測量、顯示、打印、報警和遠傳通信等多項功能于一體的集散式電力電纜接頭溫度監測系統。
1 檢測方案的確定
由于電纜接頭一般都具有點多量廣、集中性差、電磁干擾嚴重等特點,且現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,但大都因不能適應這樣苛刻的環境條件而無法使用。目前尚沒有專用于電纜接頭溫度監測的系統,許多企業不得不采用人工定期測量的方法來監視電力電纜接頭的溫度。由于電纜都敷設在電纜溝內或埋在地下,人工測量不僅十分不便,有時也十分危險。由于不能連續監視,有些故障隱患不能被及時發現,仍有出現故障的危險。
為克服上述缺點,本文研制了新的電纜頭溫度檢測系統,它無需運行人員參與,自動、連續、精確地對電纜頭溫度、溫差、溫度變化率等參數進行檢測,隨時顯示并能定時打印記錄各被測參數,其中任意一個超過設定值時,發出報警信號,以引起值班人員的注意,使故障隱患得以及時消除。除上述當地功能外,該系統還具有遠傳通信功能,能把現場測溫裝置檢測的結果通過計算機網絡傳送到經常有人值班的調度室、變電站主控室或其它有關部門。檢測系統的總體原理框圖如圖1所示。
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該系統在每個電纜中間接頭處安裝一個溫度傳感器,傳感器輸出信號通過輔助電纜傳送至距電纜接頭較近的前置測溫單元。根據電纜接頭地理分布情況的不同,每個前置單元可與8～48個傳感器連接。前置單元的檢測處理結果可以就地顯示打印、越限報警,也可以通過RS-485 或其它類型的通信網絡傳輸至安裝在主控制室或調度中心的監測主機。該主機還可以通過局域網或Internet網與其它計算機相連,使有關人員均能夠通過網絡了解整個系統監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,是電纜頭溫度監測系統設計中的重要一環。傳感器類型不同,檢測儀器的檢測方法和電路結構也會有很大的不同;傳感器特性的優劣,對整個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、半導體PN結、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點是非接觸測量,因而具有很好的安全性,其缺點是結構復雜、抗干擾能力差,對環境要求高,不宜選用;熱電偶傳輸信號需用專用補償線,且傳輸距離不宜太長,不適應電纜頭分布面很廣的實際情況;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;半導體PN結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阻(10MΩ),適合于遠距離傳輸,抗干擾能力較強,通常體積較小,可用防腐防潮抗高溫的導熱硅膠密封在被測量點處,外接線由兩條線引出,被測點處不需要工作電源,比較適合電纜頭溫度測量的需要。經反復比較,本系統選擇電流輸出型集成電路測溫組件AD590為溫度傳感器。
3 前置監測單元的設計
前置監測單元是整個系統最重要、最基本的組成部分。根據需要,每個系統可以包括一個或多個前置監測單元。該單元主要功能是對溫度傳感器傳來的微弱電流信號進行隔離、放大、采集、轉換和計算,并根據要求以適當的方式顯示、打印、報警和向監測主機轉發數據。
為適合不同檢測點數的需要,前置監測單元采用模塊式結構,其原理框圖如圖2所示。它主要由1～6個采集處理板、一個人機接口管理板和一個電源插件等組成。各插件之間通過一個公用底版相互聯系。
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4 監測主機通信界面的設計
??? 上位機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、顯示區、控制區和狀態區。其中顯示區主要顯示各電纜接頭的溫度信息、接頭號碼(線號)、接頭名稱(線名)、超溫值和時間信息。
??? 程序的菜單區提供九個主菜單, 依次是文件、設置、查詢、調整、寫入器、打印、OLE、附件和幫助。下面對幾個重要的菜單做一些簡要說明:
文件菜單主要完成溫度數據(在本程序中形成特定的數據文件" title="數據文件">數據文件)的操作處理,如打開數據文件、保存數據文件、刪除數據文件等。
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設置菜單主要完成設置工作, 如設置接頭數、接頭名、報警溫度、窗體顏色以及通訊參數的設置。通訊參數包括串行口、波特率、奇偶校驗、停止位和通訊周期。
查詢菜單與設置菜單相對應,用來查詢設置菜單里完成的設置內容,如路名、路數、報警溫度、通訊周期等。除此之外,通過該菜單還可以查詢溫度值、故障報告以及磁盤的類型和磁盤的空間。點擊溫值子菜單,出現溫值查詢窗體,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。點擊故障報告子菜單,出現故障報告窗口。該窗口類似于主窗口,但它只顯示溫度越限的接頭的詳細資料。
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調整菜單用于某些設置信息的調整。由于現實中時常加裝新電纜、拆除舊電纜,所以可通過調整菜單增加電纜接頭、刪除電纜接頭、更改名稱。對應的子菜單是增加節點、刪除節點、修改名稱。
??? 對電纜接頭溫度進行監視和測量,可及時發現其故障隱患,有效減少故障次數,是提高供電可靠性的重要技術措施。本文設計的集散式溫度監測系統具有測點多、功能強、精度高和使用方便等特點。產品已在齊魯石化、萊鋼等大中型企業現場運行,并多次成功預報,使用效果良好。
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參考文獻
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