产品技术
 
电力电缆接头温度监测系统

§摘要§
 
 本文对电缆接头故障进行了分析,揭示了故障原因主要是接头电阻的变化及绝缘老化;给出了以接头温度来间接换算接头电阻以及由测点温升的时间积累对绝缘老化的估计方法,较好地解决了接头电阻无法直接测量和绝缘老化不好直接观察的问题。设计出了以性能可靠的工控机为核心的监测系统,具有温度越线报警、定时打印功能。实践证明该原理及方法具有良好的可信性和可靠性 
  
 一、 引言
 在城市和大中型企业的供电系统中,越来越多地采用电力电缆输配电。当供电距离较长时通常在线路上要出现电缆接头,多年的运行经验表明90% 以上的电缆故障都是接头故障引发的。分析表明,接触电阻、过负荷等因素引起的接头温度过高,是造成电缆接头处绝缘老化、易发故障的主要原因。为此我们试制开发了能够同时监视多个电缆接头温度变化,实时显示、定时打印记录各接头温度值,并具有综合分析报警功能的集散型电缆接头温度监测系统,以便运行人员能及时准确地了解电缆运行的情况,有效地避免隐患事故的发生,确保送电安全。
 二、工作原理及硬件框图
 1.工作原理:
 无数次实践证明接头温度是反映接头质量主要参数,当接头接触电阻增加时,其接头温度也必然升高。通过连续检测和优化处理,可分析和掌握接头温度的变化,及时发现可能的故障隐患。图一给出了电缆接头处的电力及热力混合电路,其中TI裸接头温度,T电缆沟环境温度,Tx测点温度,Rx接头处接触电阻,Ix由电流互感器测定的电缆电流,HR折算到接头处的等效热阻,HR1 由接头到温度检测单元的等效热阻,HR2温度检测单元到环境温度处的等效热阻。
 只要作适当地物理处理,我们可以大大地提高HR2 值,同时减小HR1 的数值,以便可以近似地用Tx 代替TI。因而有:
 式中TX0,T0,R0为安装初始测定值。考虑到接头绝缘老化是与温度及时间积累相关,故可采用下式加以评估:
 式中MX为材料修正系数,MT为温度修正系数。
 由上述理论分析可见,通过大量连续地电缆接头温度检测和统计分析,可及时地掌握和监视电缆接头的老化情况,在必要时结合生产情况提出定期维修计划,并且可在接头温度急剧升高达到极限温度时,发出报警信号提醒有关人员紧急维修,防止电缆蹦烧或接地短路事故。
 2.硬件结构:
 测点信号首先通过杂波综合吸收电路单元,实现过压保护和滤波;滤波后信号进入采集板串行化,串行信号经光电隔离后,由计数电路和定时窗口锁存等实现并行化;再经局部总线进入工控机及时加以分析处理,结果送显示器显示。当达到报警值时,起动报警单元,并驱动打印机打印故障报告(故障时间、故障点等)。小键盘用于设定警戒温度,定时打印,采样路数等。
 三、关键技术及软件设计
 1.温度的现场检测:
 电缆接头一般都具有分布面广相距又较远, 现场一般无可利用低压电源等不利条件。传输导线的阻抗和环境的影响,决定了电流型检测元件是最佳的选择。为此我们选用了性能优异的温度检测元件AD590。该器件为恒流型,具有良好的稳定性和干扰抑制能力,其信号传输能力可达1KM。
 2.温度的采集及AD转换原理:
 现场得到的温度电流信号,经无源元件组成的高峰脉冲综合滤波及吸收网络进入变送放大器转换为电压信号。为了实现模拟电路与数字电路的隔离,其AD转换采用了以LM331线性V/F转换器、光电变换、CD4040二进制计数器、74HC373及时间定时窗口电路等组成的串--隔离--并转换方式。各路转换电路被分配到各个输入板,每板安排有六路转换,以并联的形式通过局部总线与CPU板的并行接口连接。其基本配置可达42路,通过扩展配置设置测量路数可达84路。局部总线定义如图示,PA0至PA7为8位数据线, PB0至PB2为板内地址线, PB4至PB6为板间地址线, PB7扩展配置地址, PC0读操作, PC1写操作 (启动AD转换)。各转换板用98线与底板相连,底板上除局部总线外,时间定时窗口电路也被安排在底板上,还设计有一8位状态单元可供查询。
 3.工控机电路:
 选用北京康拓公司的STD总线工控机,由STD5081CPU板、STD5782-2型32位轻触键盘并行打印机接口板、STD5789系统支持板。其各板资源配置如下:
 1)STD 5081:
 主CPU为Intel808816位处理机,主存128KEPROM、64K RAM,中断控制器8259,定时器控制器8253,异步通信控制器8251,并行接口控制器8255;
 2)STD 5782-2:
 由8个7段数码显示管、32位轻触键的小键盘和控制板组成。其控制板主控芯片为8279,并设有26线并行打印机接口一个;
 3)STD 5798:
 两路Watchdog监控定时器,交流掉电检测及不可屏蔽中断申请电路,备用电池供电的实时日历时钟,后备电池供电的32KSRAM;
 4.温度显示回路:
 六路英寸大屏三位半数码显示器,采用性能可靠的地址选择、数据锁存、静态译码驱动技术。
 5.打印回路:
 采用TP-40智能微型打印机,使用独立的5伏电源,其控制回路用26芯扁平线接于STD 5782-2 小键盘控制接口板,由CPU主板提供打印服务程序。
 6.软件流程图:
 四、结束语
 本系统具有完整的数据采集、传输、处理、显示、打印及远距离通讯能力,并配有强大的软件支持,从其设计结构上可以看出,它不仅能用于电缆接头运行性能的动态监测,还可以通过配以其他检测元件,对各种工业控制量实现实时监测。如使用气敏元件,实现电缆沟或其他诸如危险气体的输送管道沟中,有害气体浓度的监测等。
 本系统已经成功地投入齐鲁石化胜利炼油厂重油加氢开闭所试运行。三年多来,装置性能稳定、运行效果良好,已成功检测故障隐患一次,减少直接经济损失几十万元,间接损失数百万元,为企业带来了巨大的效益,确保了厂区电网及生产的安全,具有很好的推广价值。

 
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