礦用高壓電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計

金海鵬

國網(wǎng)遼寧省電力有限公司阜新供電公司， 遼寧阜新 123000

1 電力電纜在線監(jiān)測技術

電力電纜檢測技術是電力電纜狀態(tài)評估的基礎，國外在此方面起步較早，始于上個世紀中期，開始主要是定期試驗維修，即離線檢測。到七十年代，隨著電子技術、傳感器技術、信息處理技術和的網(wǎng)絡通信技術發(fā)展，才使得電力電纜的在線監(jiān)測技術取得較大的突破，并逐步進入實用化階段，而隨后的數(shù)字技術的出現(xiàn)，使電力電纜的監(jiān)測上了一個新的臺階。我國的電力電纜檢測技術始于上世紀八十年代，雖然起步有點晚，但在不斷發(fā)展和進步的同時也取得一些研究成果，如1989 年，我國自主研制出第一臺電力電纜故障檢測儀。

為了避免事故發(fā)生，使煤礦能夠安全生產(chǎn)，電力部門會對有關部門進行電纜預防性試驗。預防性試驗分為非破壞性試驗和破壞性試驗兩種。非破壞性試驗是在不會破壞電纜絕緣前提下或較低的電壓下進行的相關試驗，通過電纜表現(xiàn)出來的各種特性間接判斷電纜的絕緣狀況；破壞性試驗也稱絕緣耐壓試驗，絕緣耐壓試驗通過現(xiàn)場模擬各種實際電壓以考驗其絕緣水平，此試驗對電纜本身具有不可逆轉(zhuǎn)的破壞性。

實踐經(jīng)驗表明，預防性試驗對電力設備的安全運行起著至關重要的作用。但傳統(tǒng)的預防性試驗有著固有的缺陷，因為預防性試驗需要停電檢測，而許多重要設備又不允許輕易停電，況且停電后的設備狀態(tài)與運行中的狀態(tài)相比具有較大的差異，這也大大影響了判斷準度。除此之外，周期性的停電檢查不僅需要耗費大量的人力物力，而且由于不能實時在線監(jiān)測，也不能保證電纜在檢修間隔期不出現(xiàn)故障。因此，十分有必要大力發(fā)展電纜在線監(jiān)測技術。目前，國內(nèi)外正在積極探索的幾種在線監(jiān)測方法主要有諧波分量法 、直流成分法、介質(zhì)損耗tgδ、交流疊加法、接地電流法、直流疊加法、局部放電法。

本論文以礦用高壓電纜為研究對象，根據(jù)一定的篩選原則對礦用高壓電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)進行構建，能有效提高系統(tǒng)預警的準確性和可信性。

2 礦用高壓電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)總體框架

本設計將礦用高壓電纜的監(jiān)測系統(tǒng)分為監(jiān)測子站、傳輸網(wǎng)絡和監(jiān)控中心三大部分，單個監(jiān)測子站就可以獨立完成數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、現(xiàn)場報警顯示等功能，是整個系統(tǒng)的核心。其中，數(shù)據(jù)采集量應包括一系列參數(shù)（電壓、負荷電流、接地電流、局部放電溫濕度等），但由于條件限制，本系統(tǒng)僅選擇了溫度參量，若需采集其他數(shù)據(jù)，可直接在微處理器單元上開發(fā)接口，并增加相應的硬件電路和控制程序即可。

2.1 監(jiān)測子站設計

我們采用如下方案來完成監(jiān)測子站系統(tǒng)設計，首先選用DS18B20 數(shù)字溫度傳感器采集溫度數(shù)據(jù)，MSP430F149 單片機作為微處理器；然后由處理器對采集的信號按特定的算法做深度挖掘和分析處理；最后，微處理器根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果一方面對現(xiàn)場情況進行數(shù)據(jù)存儲、顯示或現(xiàn)場報警顯示，另一方面將評估結(jié)論傳送給無線通信網(wǎng)絡，由監(jiān)控中心接收。

2.2 系統(tǒng)軟件設計

本設計將系統(tǒng)的軟件設計分為監(jiān)控中心運行管理程序和監(jiān)測子站控制程序兩大部分。監(jiān)控中心運行管理程序負責整個系統(tǒng)的管理、運行和維護，該程序運行在監(jiān)控中心的上位機上。本設計將該程序分為主界面層和應用層兩大部分：主界面層為一個操作面板，可控制一些操作命令的發(fā)送，也可用于數(shù)據(jù)顯示；應用層主要包括系統(tǒng)設置和調(diào)試、數(shù)據(jù)查詢等。

監(jiān)控中心的作用是接收來自監(jiān)測子站的所有結(jié)論性數(shù)據(jù)，使工作人員可以實時了解整個系統(tǒng)的運行狀況。首先是由監(jiān)控中心的工作人員發(fā)出啟動命令，系統(tǒng)便開始完成初始化工作，主要包括無線通信網(wǎng)絡的初始化，數(shù)據(jù)檢測系統(tǒng)初始化，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)初始化等；初始化工作完成后，工作人員可發(fā)送操作指令，操作指令通過無線傳感網(wǎng)絡傳送到各個監(jiān)測子站；監(jiān)測子站收到命令后，便開始運行監(jiān)測子站控制程序，最后再由無線網(wǎng)絡將程序運行結(jié)果返回至監(jiān)控中心。

監(jiān)測子站控制程序主要作用是完成一個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)檢測，數(shù)據(jù)處理，現(xiàn)場報警顯示等工作。另外，監(jiān)測子站作為無線傳感網(wǎng)絡的一個無線終端，還負責將程序運行結(jié)果通過無線網(wǎng)絡傳送至監(jiān)控中心。

監(jiān)測子站作為整個系統(tǒng)的核心，需要完成數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)處理，算法實現(xiàn)等所有工作，所以監(jiān)測子站的控制程序在本系統(tǒng)中地位十分重要。按照模塊化的設計要求，本設計將監(jiān)測子站的控制程序分為五大部分，主要由數(shù)據(jù)采集模塊（接收溫度數(shù)據(jù)采集命令，然后檢測電纜表皮的溫度數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、結(jié)果顯示模塊、數(shù)據(jù)通信模塊等組成。

3 結(jié)論與展望

本文實現(xiàn)了礦用高壓電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計，包括總體框架和監(jiān)測子站的軟硬件設計。但由于條件限制，本系統(tǒng)僅選擇了溫度參量，若需采集其他數(shù)據(jù)，可直接在微處理器單元上開發(fā)接口，并增加相應的硬件電路和控制程序即可。由于篇幅限制，本文僅僅給出了礦用高壓電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計方案，并未給出對收集到的數(shù)據(jù)的處理方法，按照目前我們的研究結(jié)果，對收集到的數(shù)據(jù)進行灰關聯(lián)分析會比較有效果，在以后的研究中，我們會從這一方面著手。

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