CN102636274A - 一种交联聚乙烯xlpe电力电缆温度智能监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种交联聚乙烯XLPE电力电缆温度智能监测系统，涉及电力电缆监测技术领域。包括温度传感器、温度实时采集器子站、双环光纤自愈环网、工作站计算机；工作站计算机通过双环光纤自愈环网与温度实时采集器子站连接，温度实时采集器子站通过接口电路与温度传感器连接；所述接口电路是指温度实时采集器子站与温度传感器之间采用光电耦合器的连接；温度实时采集器子站主要包括中央处理单元CPU，存储器，显示器，电源，时钟单元以及自输出控制电路；其I/O口分别连接接口电路与双环光纤自愈环网中的光端机。本发明具有结构简单、可靠性高、可扩展性强、安装维护容易等优点，及时发现电力电缆的绝缘缺陷，防止事故的发生，保证电缆的安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及电力电缆监测技术领域，尤其是一种交联聚乙烯XLPE电力电缆温度智能监测系统。
背景技术
交联聚乙烯电力电缆由于具有无油、附属设备少、安装敷设和运行维护简单等优点，得到了越来越广泛的应用。作为一种简便的电缆绝缘运行状态监测方法，电缆温度监测有利于及时发现交联聚乙烯电力电缆的绝缘缺陷，防止事故的发生，保证电缆的安全运行。
在XLPE电力电缆故障实践中，其连接头是经常发生绝缘故障的部位。国内外资料统计显示，电缆头故障在电缆本体故障中所占的比例相当高，这也是发明人研究XLPE电力电缆连接头绝缘在线检测技术的出发点。
电缆连接头故障一般表现为连接头爆炸，并在故障前后伴有明显的过热现象，这种伴有热现象出现的连接头温度也将发生较大的变化。因此，温度是衡量XLPE绝缘状态是否良好的重要指标。
目前的XLPE电力电缆连接头绝缘在线检测的技术和方法只能从某一特征面反映绝缘状态，由于反映信息量的不全面和局部性，使检测结果偏差较大，检测有效性达不到要求的范围，而造成运行中XLPE电力电缆连接头绝缘老化、劣化。但是有许多原因，如过负荷运行，接地故障，使电缆水树生长，（注：水树是指交联聚乙烯电缆及其连接头在绝缘层中因水的存在或者侵入，由于电场的作用，使绝缘体内形成树枝状含水缺陷的现象）导体流过大电流等，这些原因在表象上以温度在一定程度上的变化为指示显示出来，加之温度测量简单容易，灵活方便，因此，构建以温度反映XLPE电力电缆连接头绝缘的在线检测方法是可行的，而且具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种交联聚乙烯XLPE电力电缆温度在线监测系统，使之具有结构简单、可靠性高、可扩展性强、安装维护容易的特点以克服上述技术之不足。
通过以下技术解决方案可以实现本发明之目的：一种交联聚乙烯XLPE电力电缆温度智能监测系统，包括温度传感器、温度实时采集器子站、双环光纤自愈环网、工作站计算机；所述工作站计算机通过双环光纤自愈环网与温度实时采集器子站连接，温度实时采集器子站通过接口电路与温度传感器连接；所述接口电路是指温度实时采集器子站与温度传感器之间采用光电耦合器的连接，以防止高压电流的危害。
进一步地，所述温度实时采集器子站主要包括中央处理单元CPU，存储器，显示器，电源，时钟单元以及自输出控制电路；其I/O口分别连接接口电路与双环光纤自愈环网中的光端机，能将近测点的信号先采集到子站内进行处理，并将处理后的数据通过数据通信总线传送到远程工作站。
进一步地，每个温度实时采集器子站3外接40个温度传感器，形成多个温度监测点的测量。
优选地，所述温度实时采集器子站3选用的中央处理单元CPU是SILICON公司16位C8051F310芯片。
优选地，所述光电耦合器6采用日产PC817光电耦合器。
在软件系统的支持下，本发明通过温度的在线监测，有利于实时监测交联聚乙烯电力电缆绝缘的运行情况，及时发现其绝缘缺陷，防止事故的发生，保证电缆的安全运行。能为在线监测运行和管理人员提供直观、简洁的数据显示和系统控制界面。本发明在综合分析国内外电缆温度监测方法和技术研究现状的基础上，就缆芯温度和表面温度间关系的数学模型，电缆温度在线监测系统的硬、软件设计和现场安装方案等问题进行了系列研究。采用有限元方法，利用COMSOL Multiphysics软件建立了XLPE电缆缆芯温度和表面温度间的数学模型，并以型号为VYJV22-6/l0kV 3×300的XLPE电缆进行了理论和实验分析，其计算值和实验检测值分别为18.3℃和20.0℃，验证了数序模型的有效性和准确性，为在线监测XLPE电力电缆缆芯温度提供了理论和实验依据。
与现有技术比较，本发明的优点与有益效果如下：
1、通过温度的在线监测，有利于实时监测交联聚乙烯电力电缆绝缘的运行情况，及时发现其绝缘缺陷，防止事故的发生，保证电缆的安全运行，能为在线监测运行和管理人员提供直观、简洁的数据显示和系统控制界面。
2、实现了XLPE电缆温度的在线监测，并具有结构简单、可靠性高、可扩展性强安装维护容易等优点。
3、采用分布式系统的设计思想，完成了XLPE电缆温度在线监测系统的硬件设计，反映出构建以温度反映XLPE电力电缆连接头绝缘的在线检测方法是可行的。
附图说明
图1是本发明所述监测系统结构框图示意图。
图2是本发明所述监测系统接口电路原理图示意图。
图3是本发明所述监测系统子站原理框图示意图。
图4是本发明所述监测系统温度传感器原理框图示意图。
图5是本发明所述监测系统光纤自愈环网原理框图示意图。
具体实施方式
结合附图给出实施例对本发明做进一步的说明。
参见图1可知，本发明包括温度传感器5、温度实时采集器子站3、工作站计算机1；所述工作站计算机1通过双环光纤自愈环网2与温度实时采集器子站3连接，温度实时采集器子站3通过接口电路4与温度传感器5连接；所述接口电路4是指温度实时采集器子站3与温度传感器5之间采用光电耦合器6的连接电路，以防止高压电流的危害。系统采用总线式结构，对电缆温度实行分散测量、集中监视，当加入新的设备监测模块和传感器时，修改软件配置参数即可。温度传感器5将采集到的温度数据发送到温度实时采集器子站3，温度实时采集器子站3通过光纤自愈环网2将数据传送到远程工作站计算机1进行分析处理。
参见图2、图3可知，电力电缆运行温度在线监测系统现场工作的温度实时采集器子站包括中央处理单元CPU，存储器，显示器，电源，始终单元，以及自输出控制电路。其子站的芯片选用SILICON公司的高性能十六位单片微机C8051F310，具有功能强、功耗低、运行可靠等优点。其I/O口分别连接接口电路4与双环光纤自愈环网2中的光端机2-1。子站设计是电力电缆运行温度在线监测系统中非常重要的一部分，其设计的好坏与否直接关系到系统的可靠性和准确性。子站既是一个相对独立的系统，又和计算机密切相关。它具备以下功能：① 完成温度数据采集；② 与计算机通讯。考虑到一个子站要连接多个温度传感器，本实施例中每个温度实时采集器子站3外接40个温度传感器，形成多个温度监测点的测量，温度监测点可灵活配置添加，具有良好的扩展能力。由于距离较远，增加了接口电路4。其中由光电耦合器连接温度传感器5，光电隔离部份选用日本产PC817光电耦合器，从而提高了子站的抗干扰能力和运行可靠性，同时防止高压电流的危害。
参见图4温度传感器部分：本系统实施例采用的温度传感器是美国DALLAS公司产品DS1820数字式温度传感器，测量范围为55～125℃，测量精度为±0.5℃，能够准确测量电缆接头处温度或其它安装地点的温度。该数字式温度传感器采用半双工数据通信接口，子站向它输入识别代码和命令字，它向子站输出数字温度值。
DS1820的主要功能部件包括：温度检测电路，A/D转换电路，只读存储器ROM，随机存储器RAM，电可擦除EPROM，串行通信口等。
参见图5，本发明采用光纤通讯并采用自愈环网形式以提高其信息传输的可靠性。选用的光端机2-1为迈威RS-232/RS-485双环自愈光端机，其传输带宽为双向100M，每个节点均对外提供三个100/10M 自适应以太网接口；利用串口通信网络化技术，每个节点还均对外提供四个RS-232接口和RS485接口，不同节点的任意串口间可实现透明传输，并支持300/600/1200/2400/4800/9600/19200bps 等多种传输速率。远程工作站计算机部分主要是将电缆头处的温度进行校验，数据预处理，越限检查等得到的相应标志，然后以界面的形式显示出来，最后形成实时监测窗口、历史曲线窗口、测点分布窗口。本发明电力电缆温度智能监测系统采用先进的CAN总线技术，通过检测电缆头和电缆体的温度变化来判断电缆的工作情况，通过超温报警来预告和避免可能发生的事故，同时进行电缆周围环境的监测（环境温度、烟雾、水位）和控制（照明、排风机、防火门）。即以温度检测预告事故为主要手段，辅之以环境温度、烟雾检测作为事故发生后的补救措施，再通过控制排风机、防火门来减小损失，从而保证电缆安全运行。
Claims (5)
1.一种交联聚乙烯XLPE电力电缆温度智能监测系统，包括温度传感器、温度实时采集器子站、双环光纤自愈环网、工作站计算机，其特征在于，所述工作站计算机（1）通过双环光纤自愈环网（2）与温度实时采集器子站（3）连接，温度实时采集器子站（3）通过接口电路（4）与温度传感器5连接；所述接口电路（4）是指温度实时采集器子站（3）与温度传感器（5）之间采用光电耦合器（6）的连接，以防止高压电流的危害。
2.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯XLPE电力电缆温度智能监测系统，其特征在于，所述温度实时采集器子站（3）主要包括中央处理单元CPU，存储器，显示器，电源，时钟单元以及自输出控制电路；其I/O口分别连接接口电路（4）与双环光纤自愈环网（2）中的光端机（2-1）；能将近测点的信号先采集到子站内进行处理，并将处理后的数据通过数据通信总线传送到远程工作站。
3.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯XLPE电力电缆温度智能监测系统，其特征在于，每个温度实时采集器子站（3）外接40个温度传感器，形成多个温度监测点的测量。
4.根据权利要求2所述的一种交联聚乙烯XLPE电力电缆温度智能监测系统，其特征在于，所述温度实时采集器子站（3）选用的中央处理单元CPU是SILICON公司16位C8051F310芯片。
5.根据权利要求1所述的一种交联聚乙烯XLPE电力电缆温度智能监测系统，其特征在于，所述光电耦合器（6）采用日产PC817光电耦合器。
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