產品技術
 
電力電纜接頭溫度監測系統

§摘要§
 
 本文對電纜接頭故障進行了分析,揭示了故障原因主要是接頭電阻的變化及絕緣老化;給出了以接頭溫度來間接換算接頭電阻以及由測點溫升的時間積累對絕緣老化的估計方法,較好地解決了接頭電阻無法直接測量和絕緣老化不好直接觀察的問題。設計出了以性能可靠的工控機為核心的監測系統,具有溫度越線報警、定時打印功能。實踐證明該原理及方法具有良好的可信性和可靠性 
  
 一、 引言
 在城市和大中型企業的供電系統中,越來越多地采用電力電纜輸配電。當供電距離較長時通常在線路上要出現電纜接頭,多年的運行經驗表明90% 以上的電纜故障都是接頭故障引發的。分析表明,接觸電阻、過負荷等因素引起的接頭溫度過高,是造成電纜接頭處絕緣老化、易發故障的主要原因。為此我們試制開發了能夠同時監視多個電纜接頭溫度變化,實時顯示、定時打印記錄各接頭溫度值,并具有綜合分析報警功能的集散型電纜接頭溫度監測系統,以便運行人員能及時準確地了解電纜運行的情況,有效地避免隱患事故的發生,確保送電安全。
 二、工作原理及硬件框圖
 1.工作原理:
 無數次實踐證明接頭溫度是反映接頭質量主要參數,當接頭接觸電阻增加時,其接頭溫度也必然升高。通過連續檢測和優化處理,可分析和掌握接頭溫度的變化,及時發現可能的故障隱患。圖一給出了電纜接頭處的電力及熱力混合電路,其中TI裸接頭溫度,T電纜溝環境溫度,Tx測點溫度,Rx接頭處接觸電阻,Ix由電流互感器測定的電纜電流,HR折算到接頭處的等效熱阻,HR1 由接頭到溫度檢測單元的等效熱阻,HR2溫度檢測單元到環境溫度處的等效熱阻。
 只要作適當地物理處理,我們可以大大地提高HR2 值,同時減小HR1 的數值,以便可以近似地用Tx 代替TI。因而有:
 式中TX0,T0,R0為安裝初始測定值。考慮到接頭絕緣老化是與溫度及時間積累相關,故可采用下式加以評估:
 式中MX為材料修正系數,MT為溫度修正系數。
 由上述理論分析可見,通過大量連續地電纜接頭溫度檢測和統計分析,可及時地掌握和監視電纜接頭的老化情況,在必要時結合生產情況提出定期維修計劃,并且可在接頭溫度急劇升高達到極限溫度時,發出報警信號提醒有關人員緊急維修,防止電纜蹦燒或接地短路事故。
 2.硬件結構:
 測點信號首先通過雜波綜合吸收電路單元,實現過壓保護和濾波;濾波后信號進入采集板串行化,串行信號經光電隔離后,由計數電路和定時窗口鎖存等實現并行化;再經局部總線進入工控機及時加以分析處理,結果送顯示器顯示。當達到報警值時,起動報警單元,并驅動打印機打印故障報告(故障時間、故障點等)。小鍵盤用于設定警戒溫度,定時打印,采樣路數等。
 三、關鍵技術及軟件設計
 1.溫度的現場檢測:
 電纜接頭一般都具有分布面廣相距又較遠, 現場一般無可利用低壓電源等不利條件。傳輸導線的阻抗和環境的影響,決定了電流型檢測元件是最佳的選擇。為此我們選用了性能優異的溫度檢測元件AD590。該器件為恒流型,具有良好的穩定性和干擾抑制能力,其信號傳輸能力可達1KM。
 2.溫度的采集及AD轉換原理:
 現場得到的溫度電流信號,經無源元件組成的高峰脈沖綜合濾波及吸收網絡進入變送放大器轉換為電壓信號。為了實現模擬電路與數字電路的隔離,其AD轉換采用了以LM331線性V/F轉換器、光電變換、CD4040二進制計數器、74HC373及時間定時窗口電路等組成的串--隔離--并轉換方式。各路轉換電路被分配到各個輸入板,每板安排有六路轉換,以并聯的形式通過局部總線與CPU板的并行接口連接。其基本配置可達42路,通過擴展配置設置測量路數可達84路。局部總線定義如圖示,PA0至PA7為8位數據線, PB0至PB2為板內地址線, PB4至PB6為板間地址線, PB7擴展配置地址, PC0讀操作, PC1寫操作 (啟動AD轉換)。各轉換板用98線與底板相連,底板上除局部總線外,時間定時窗口電路也被安排在底板上,還設計有一8位狀態單元可供查詢。
 3.工控機電路:
 選用北京康拓公司的STD總線工控機,由STD5081CPU板、STD5782-2型32位輕觸鍵盤并行打印機接口板、STD5789系統支持板。其各板資源配置如下:
 1)STD 5081:
 主CPU為Intel808816位處理機,主存128KEPROM、64K RAM,中斷控制器8259,定時器控制器8253,異步通信控制器8251,并行接口控制器8255;
 2)STD 5782-2:
 由8個7段數碼顯示管、32位輕觸鍵的小鍵盤和控制板組成。其控制板主控芯片為8279,并設有26線并行打印機接口一個;
 3)STD 5798:
 兩路Watchdog監控定時器,交流掉電檢測及不可屏蔽中斷申請電路,備用電池供電的實時日歷時鐘,后備電池供電的32KSRAM;
 4.溫度顯示回路:
 六路英寸大屏三位半數碼顯示器,采用性能可靠的地址選擇、數據鎖存、靜態譯碼驅動技術。
 5.打印回路:
 采用TP-40智能微型打印機,使用獨立的5伏電源,其控制回路用26芯扁平線接于STD 5782-2 小鍵盤控制接口板,由CPU主板提供打印服務程序。
 6.軟件流程圖:
 四、結束語
 本系統具有完整的數據采集、傳輸、處理、顯示、打印及遠距離通訊能力,并配有強大的軟件支持,從其設計結構上可以看出,它不僅能用于電纜接頭運行性能的動態監測,還可以通過配以其他檢測元件,對各種工業控制量實現實時監測。如使用氣敏元件,實現電纜溝或其他諸如危險氣體的輸送管道溝中,有害氣體濃度的監測等。
 本系統已經成功地投入齊魯石化勝利煉油廠重油加氫開閉所試運行。三年多來,裝置性能穩定、運行效果良好,已成功檢測故障隱患一次,減少直接經濟損失幾十萬元,間接損失數百萬元,為企業帶來了巨大的效益,確保了廠區電網及生產的安全,具有很好的推廣價值。

 
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