电力电缆接头运行温度的在线监视

    摘要：电力电缆中间接头的温度是反映其运行状态的重要参数。通过对接头温度进行测量和监视，可以全面了解其绝缘老化情况、准确评估其工作状态、及时发现其故障隐患，对提高电缆接头运行可靠性、减少故障发生次数、降低故障损失具有重要意义。应用检测技术、计算机技术和通信技术等手段，设计出了集测量、显示、打印、报警和远传通信等多项功能于一体的集散式电力电缆接头温度监测系统。该系统投入实际运行后，取得很好的应用效果。

    关键词：电力电缆 温度测量 温度传感器

在城市和大中型企业的供电系统中，越来越多地使用电力电缆供电。由于单根电缆的长度有限，当供电的距离较长时，不可避免地要出现中间接头。多年的运行经验表明，由于接触电阻的存在、绝缘材料的性能不佳和制作工艺不完善等原因，电缆接头处极易出现单相接地、相间短路等故障，严重地影响了整个供电系统的完全，造成了巨大的经济损失，成为供用电部门急待解决的重要技术难题。

    实际运行经验和理论分析均表明，电缆接头处发生的各类故障并不是一个突发的过程，通常是因为接头处温度不断升高，使绝缘逐步老化、泄漏电流逐渐增加，到达一定程序后再发生击穿，是一个由量变到质变的过程。因而，连续地监视电缆头温度的变化，就可以全面准备地了解其工作状况，根据情况适时进行停电检修。特别是当发现某个接头处的温度过高（超过一个预先设定的值）或变化过快时，说明此处的绝缘已比较薄弱，继续运行很可能会引发严重故障。此时及时发出报警信号，使值班人员及时处理，可以有效地避免严重故障的发生，确保系统安全、可靠地工作。

本文根据电缆接头的运行特点和要求，设计出了集测量、显示、打印、报警和远传通信等多项功能于一体的集散式电力电缆接头温度监测系统。

1 检测方案的确定

由于电缆接头一般都具有点多量广、集中性差、电磁干扰严重等特点，且现场腐蚀性有害气体多、一般均没有低压工作电源，因而目前各种类型的测量装置虽有很多，但大都因不能适应这样苛刻的环境条件而无法使用。目前尚没有专用于电缆接头温度监测的系统，许多企业不得不采用人工定期测量的方法来监视电力电缆接头的温度。因此电缆都设在电缆沟内或埋在地下，人工测量不仅十分不便，有时也十分危险。由于不能连续监视，有些故障隐患不能被及时发现，仍有出现故障的危险。

为克服上述缺点，本文研制了新的电缆头温度检测系统，它无需运行人员参与，自动、连续、精确地对电缆头温度、温差、温度变化率等参数进行检测，随时显示并能定时打印记录各被测参数，其中任意一个超过设定值时，发出报警信号，以引起值班人员的注意，使故障隐患得以及时消除。除上述当地功能外，该系统还具有远传通信功能，能把现场测温装置检测的结果通过计算机网络传送到经常有人值班的调度室、变电站主控室或其它有关部门。检测系统的总体原理框图如图1所示。

该系统在每个电缆中间接头处安装一个温度传感器，传感器输出信号通过辅助电缆传送至距电缆接头较近的前置测量单元。根据电缆接头地理分布情况的不同，每个前置单元可与8～48个传感器连接。前置单元的检测处理结果可以就地显示打印、越限报警，也可以通过RS-485或其它类型的通信网络传输至安装在主控制室或调度中心的监测主机。该主机还可以通过局域网或Internet网与其它计算机相连，使有关人员均能够通过网络了解整个系统监测的电缆接头的工作状况。

2 传感器的选取

温度传感器的选取，是电缆头温度监测系统设计中的重要一环。传感器类型不同，检测仪器的检测方法和电路结构也会有很大的不同；传感器特性的优劣，对整个装置的性能有很大的影响。

目前常用的温度传感元件主要有红外传感器、热电偶、热敏电阻、半导体PN结、温控晶闸管和集成电路型温度传感器等几种。红外传感器最大的优点是非接触测量，因而具有很好的安全性，其缺点是结构复杂、抗干扰能力差，对环境要求高，不宜选用；热电偶传输信号需用专用补偿线，且传输距离不宜太长，不适应电缆头分布面很广的实际情况；热敏电阻通常为铂电阻，一般需采用三线式传输或平衡电桥式输出，传输距离也不宜太长，且抗干扰能力较差；半导体PN结型和温控晶闸管型传感器也存在这样那样的问题，均不适用于电缆头温度的检测；集成电路型的测温元件有多种类型，其中电流输出型的元件有很大的内阻（10MΩ），适合于远距离传输，抗干扰能力较强，通常体积较小，可用防腐防潮抗高温的导热硅胶密封在被测量点处，外接线由两条线引出，被测点处不需要工作电源，比较适合电缆头温度测量的需要。经反复比较，本系统选择电流输出型集成电路测温组件AD590为温度传感器。

3 前置监测单元的设计

前置监测单元是整个系统最重要、最基本的组成部分。根据需要，每个系统可以包括一个或多个前置监测单元。该单元主要功能是对温度传感器传来的微弱电流信号进行隔离、放大、采集、转换和计算，并根据要求以适当的方式显示、打印、报警和向监测主机转发数据。

为适合不同检测点数的需要，前置监测单元采用模块式结构，其原理框图如图2所示。它主要由1～6个采集处理板、一个人机接口管理板和一个电源插件等组成。各插件之间通过一个公用底版相互联系。

4 监测主机通信界面的设计

上位机通讯程序的主窗口如图3所示。界面可分为四大部分：菜单区、显示区、控制区和状态区。其中显示区主要显示各电缆接头的温度信息、接头号码（线号）、接头名称（线名）、超温值和时间信息。

程序的菜单区提供九个主菜单，依次是文件、设置、查询、调整、写入器、打印、OLE、附件和帮助。下面对几个重要的菜单做一些简要说明：

文件菜单主要完成温度数据（在本程序中形成特定的数据文件）的操作处理，如打开数据文件、保存数据文件、删除数据文件等。

设置菜单主要完成设置工作，如设置接头数、接头名、报警温度、窗体颜色以及通讯参数的设置。通讯参数包括串行口、波特率、奇偶校验、停止位和通讯周期。查询菜单与设置菜单相对应，用来查询设置菜单里完成的设置内容，如路名、路数、报警温度、通讯周期等。除此之外，通过该菜单还可查询温度值、故障报告以及磁盘的类型和磁盘的空间。点击温值子菜单，出现温值查询窗体，通过温值查询窗体可以查询各接头的温度；并且可以查询温度是否越限，温度查询窗口如图4所示。点击故障报告子菜单，出现故障报告窗口。该窗口类似于主窗口，但它只显示温度越限的接头的详细资料。

调整菜单用于某些设置信息的调整。由于现实中时常加装新电缆、拆除旧电缆，所以可通过调整菜单增加电缆接头、删除电缆接头、更改名称。对应的子菜单是增加节点、删除节点、修改名称。