本文對(duì) 電纜接頭故障進(jìn)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(lái)間接換算接頭電阻以及由測(cè)點(diǎn)溫升的時(shí)間積累對(duì)絕緣老化的估計(jì)方法，較好地解決了接頭電阻無(wú)法直接測(cè)量和絕緣老化不好直接觀察的問(wèn)題。設(shè)計(jì)出了以性能可靠的工控機(jī)為核心的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有溫度越線報(bào)警，定時(shí)打印功能。實(shí)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(yè)的供電系統(tǒng)中，越來(lái)越多地采用電力電纜輸配電。當(dāng)供電距離較長(zhǎng)時(shí)通常在線路上要出現(xiàn)電纜接頭，多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明90% 以上的電纜故障都是接頭故障引發(fā)的。分析表明，接觸電阻，過(guò)負(fù)荷等因素引起的接頭溫度過(guò)高，是造成電纜接頭處絕緣老化，易發(fā)故障的主要原因。為此我們?cè)囍崎_(kāi)發(fā)了能夠同時(shí)監(jiān)視多個(gè)電纜接頭溫度變化，實(shí)時(shí)顯示，定時(shí)打印記錄各接頭溫度值，并具有綜合分析報(bào)警功能的集散型電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便運(yùn)行人員能及時(shí)準(zhǔn)確地了解電纜運(yùn)行的情況，有效地避免隱患事故的發(fā)生，確保送電安全。
二 工作原理及硬件框圖
1 工作原理:
無(wú)數(shù)次實(shí)踐證明接頭溫度是反映接頭質(zhì)量主要參數(shù)，當(dāng)接頭接觸電阻增加時(shí)，其接頭溫度也必然升高。通過(guò)連續(xù)檢測(cè)和優(yōu)化處理，可分析和掌握接頭溫度的變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)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(huán)境溫度，Tx測(cè)點(diǎn)溫度，Rx接頭處接觸電阻，Ix由電流互感器測(cè)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(cè)單元的等效熱阻，HR2溫度檢測(cè)單元到環(huán)境溫度處的等效熱阻。
只要作適當(dāng)?shù)匚锢硖幚�，我們可以大大地提高HR2 值，同時(shí)減小HR1 的數(shù)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(cè)定值�？紤]到接頭絕緣老化是與溫度及時(shí)間積累相關(guān)，故可采用下式加以評(píng)估:
式中MX為材料修正系數(shù)，MT為溫度修正系數(shù)。
由上述理論分析可見(jiàn)，通過(guò)大量連續(xù)地電纜接頭溫度檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，可及時(shí)地掌握和監(jiān)視電纜接頭的老化情況，在必要時(shí)結(jié)合生產(chǎn)情況提出定期維修計(jì)劃，并且可在接頭溫度急劇升高達(dá)到極限溫度時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)提醒有關(guān)人員緊急維修，防止電纜蹦燒或接地短路事故。
2 硬件結(jié)構(gòu):
測(cè)點(diǎn)信號(hào)首先通過(guò)雜波綜合吸收電路單元，實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)和濾波;濾波后信號(hào)進(jìn)入采集板串行化，串行信號(hào)經(jīng)光電隔離后，由計(jì)數(shù)電路和定時(shí)窗口鎖存等實(shí)現(xiàn)并行化;再經(jīng)局部總線進(jìn)入工控機(jī)及時(shí)加以分析處理，結(jié)果送顯示器顯示。當(dāng)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，起動(dòng)報(bào)警單元，并驅(qū)動(dòng)打印機(jī)打印故障報(bào)告(故障時(shí)間，故障點(diǎn)等)。小鍵盤(pán)用于設(shè)定警戒溫度，定時(shí)打印，采樣路數(shù)等。
三 關(guān)鍵技術(shù)及軟件設(shè)計(jì)
1 溫度的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè):
電纜接頭一般都具有分布面廣相距又較遠(yuǎn)， 現(xiàn)場(chǎng)一般無(wú)可利用 低壓電源等不利條件。傳輸導(dǎo)線的阻抗和環(huán)境的影響，決定了電流型檢測(cè)元件是最佳的選擇。為此我們選用了性能優(yōu)異的溫度檢測(cè)元件AD590。該器件為恒流型，具有良好的穩(wěn)定性和干擾抑制能力，其信號(hào)傳輸能力可達(dá)1KM。
2 電纜接頭溫度的采集及AD轉(zhuǎn)換原理:
現(xiàn)場(chǎng)得到的溫度電流信號(hào)，經(jīng)無(wú)源元件組成的高峰脈沖綜合濾波及吸收網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入變送放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)模擬電路與數(shù)字電路的隔離，其AD轉(zhuǎn)換采用了以LM331線性V/F轉(zhuǎn)換器，光電變換，CD4040二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，74HC373及時(shí)間定時(shí)窗口電路等組成的串--隔離--并轉(zhuǎn)換方式。各路轉(zhuǎn)換電路被分配到各個(gè)輸入板，每板安排有六路轉(zhuǎn)換，以并聯(lián)的形式通過(guò)局部總線與CPU板的并行接口連接。其基本配置可達(dá)42路，通過(guò)擴(kuò)展配置設(shè)置測(cè)量路數(shù)可達(dá)84路。局部總線定義如圖示，PA0至PA7為8位數(shù)據(jù)線， PB0至PB2為板內(nèi)地址線， PB4至PB6為板間地址線， PB7擴(kuò)展配置地址， PC0讀操作， PC1寫(xiě)操作 (啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換)。各轉(zhuǎn)換板用98線與底板相連，底板上除局部總線外，時(shí)間定時(shí)窗口電路也被安排在底板上，還設(shè)計(jì)有一8位狀態(tài)單元可供查詢。
3 電纜接頭溫度顯示回路:
六路英寸大屏四位半數(shù)碼顯示器，采用性能可靠的地址選擇，數(shù)據(jù)鎖存，靜態(tài)譯碼驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
四 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)具有完整的數(shù)據(jù)采集，傳輸，處理，顯示，打印及遠(yuǎn)距離通訊能力，并配有強(qiáng)大的軟件支持，從其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上可以看出，它不僅能用于電纜接頭運(yùn)行性能的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，還可以通過(guò)配以其他檢測(cè)元件，對(duì)各種工業(yè)控制量實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。如使用氣敏元件，實(shí)現(xiàn)電纜溝或其他諸如危險(xiǎn)氣體的輸送管道溝中，有害氣體濃度的監(jiān)測(cè)等。
本系統(tǒng)已經(jīng)成功地投運(yùn)國(guó)內(nèi)大型鋼廠、電廠、電力公司，確保了廠區(qū)電網(wǎng)及生產(chǎn)的安全，具有很好的推廣價(jià)值。
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