電力電纜故障監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郭銳

摘 要：在電力電纜的使用過程中，由于材料的質(zhì)量和施工方法等原因都會(huì)造成電力電纜故障，我們常接觸的故障大部分是以接頭問題引起的，電力電纜的接頭非常容易出現(xiàn)短路等故障，造成整個(gè)電力電纜系統(tǒng)的安全問題，并且造成一定的損失。為了有效緩解這種現(xiàn)象，加強(qiáng)對于電力電纜的故障監(jiān)測，避免故障的發(fā)生，我們可以對于電纜接頭的表面溫度來進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，掌握溫度的變化情況，并且在溫度上漲達(dá)到一定的極限，可以進(jìn)行及時(shí)的預(yù)警方案，通過加強(qiáng)檢測手段和對于計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的利用，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化的監(jiān)測、報(bào)警和遠(yuǎn)程控制等多方面的電力電纜預(yù)警系統(tǒng)，文章主要針對電纜溫度的監(jiān)測，展開于診斷系統(tǒng)的討論。

關(guān)鍵詞：電力電纜；故障檢測；預(yù)警系統(tǒng)；電纜故障

中圖分類號：TM247 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0094-02

引言

隨著城市建設(shè)的不斷加強(qiáng)，城市建設(shè)中很多的大企業(yè)都對電力方面有很高的要求，由于用電量比較高，電力電纜的輸配電設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，當(dāng)供電距離相對較長的狀態(tài)下，在線路上會(huì)出現(xiàn)電纜接頭，通過對以往的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，多數(shù)的電力電纜故障都是由于接頭問題造成的。通過對于故障進(jìn)行分析，接頭溫度過高是接頭問題的主要原因，在電阻或者過負(fù)荷的狀態(tài)下就會(huì)形成一定的強(qiáng)電流，時(shí)間久了就會(huì)形成電纜接頭的老化和崩燒故障等原因。所以如果想解決電線電纜故障的問題，就必須要從電纜接頭溫度開始控制，設(shè)計(jì)一種可以同時(shí)監(jiān)控幾個(gè)接頭溫度變化的系統(tǒng)，通過科技化的手段以數(shù)字的形式，直觀了解電纜接頭的溫度變化，并且設(shè)計(jì)預(yù)警系統(tǒng)的功能，在出現(xiàn)故障的時(shí)候可以及時(shí)了解故障原因，能夠使工作人員做到及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，避免出現(xiàn)安全隱患，確定用電安全。

1 電力電纜溫度預(yù)測原理

通過對以往的實(shí)際工作中可以發(fā)現(xiàn)，電力電纜故障的原因是一個(gè)長時(shí)間形成的問題，電纜接頭的溫度長時(shí)間的處于升高狀態(tài)，并且接頭處的電流在不斷地增加，這就形成電力電纜絕緣功能的降低，由于在工作中，對于此現(xiàn)象的忽視，在經(jīng)過長時(shí)間的使用以后就會(huì)造成電纜接頭故障。實(shí)現(xiàn)對于溫度的控制和檢測，是對于電力電纜故障監(jiān)測的有效手段和必要措施，電纜的長時(shí)間使用和超負(fù)荷的發(fā)生都會(huì)形成溫度升高的現(xiàn)象。所以我們可以通過電纜接頭的溫度來對于電纜故障進(jìn)行有效監(jiān)測。電力電纜接頭的溫度變化對于故障的產(chǎn)生是有很高的可靠性，通過這種形式也很容易進(jìn)行測量。接頭溫度的高低與電流的大小有直接的關(guān)系，通過以往的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況分析，電流大則接頭溫度就會(huì)升高，電流小相應(yīng)的就會(huì)降低。通過對電力電纜接頭進(jìn)行溫度變化的監(jiān)測，可以有效判斷電纜是否有故障的出現(xiàn)。

2 電纜溫度監(jiān)測方法

2.1 感溫電纜式測溫系統(tǒng)。通過對于感溫電纜的利用，可以對電纜進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，在進(jìn)行敷設(shè)時(shí)需要同電纜平行進(jìn)行施工，感溫電纜的應(yīng)用原理是在電纜溫度過高時(shí)發(fā)生短路，可以對電纜的溫度達(dá)到一定的了解，但是此功能只可以用一次，并且不能測量電纜的實(shí)際溫度。同時(shí)由于敷設(shè)的電纜一般都比較多，在進(jìn)行安裝和維護(hù)方面非常不方便，只能在溫度上升的同時(shí)達(dá)到測溫效果，不能做到提前的預(yù)測。

2.2 熱敏電阻式測溫系統(tǒng)。熱敏電阻式測溫，在使用時(shí)線路相對比較復(fù)雜，并且需要有獨(dú)立的接線措施，在電纜發(fā)生溫度過高時(shí)可以測量溫度值，但是在遇熱的同時(shí)電阻也容易發(fā)生損壞，返修率大，沒有自檢功能，必須要進(jìn)行經(jīng)常的檢查和校正，在實(shí)際工作中不經(jīng)常采用。

2.3 光纖分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)。光纖分布式溫度監(jiān)測，通過對光纖同電纜進(jìn)行作業(yè)，利用光纖當(dāng)做分布式溫度的傳感器，可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)點(diǎn)的溫度監(jiān)測，由于分布式溫度監(jiān)測可以進(jìn)行熱點(diǎn)的定位，在安裝的時(shí)候需要對與熱點(diǎn)位置進(jìn)行確定。同時(shí)，在電力傳輸?shù)倪^程中往往包含著非常多的電纜線路，所以對于光纖的消耗量也是非常大的。

3 電力電纜故障監(jiān)測與診斷系統(tǒng)

3.1 電力電纜運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。電力電纜在運(yùn)行過程中發(fā)生故障的原因分為內(nèi)部原因和外部原因兩種，內(nèi)部的原因主要是由于線路的老化和電流的不穩(wěn)定造成的，最終導(dǎo)致電纜接頭長期處于高溫狀態(tài)下產(chǎn)生故障的發(fā)生，所以必須要進(jìn)行電纜接頭溫度的監(jiān)測。我們在實(shí)際的運(yùn)用電力電纜預(yù)測系統(tǒng)的過程中，軟件設(shè)計(jì)方面根據(jù)實(shí)際的需求增加了電纜接頭的溫度預(yù)測內(nèi)容，利用現(xiàn)代化的手段實(shí)現(xiàn)智能的電纜接頭溫度進(jìn)行采集，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的傳輸，通過曲線的形式對電纜接頭溫度進(jìn)行直觀的預(yù)測，了解故障出現(xiàn)的臨界值，在出現(xiàn)預(yù)警系統(tǒng)警報(bào)的時(shí)候，及時(shí)通知相關(guān)部門進(jìn)行故障排除和現(xiàn)場的勘察，降低故障發(fā)生的可能性。

3.2 電力電纜輔助狀態(tài)監(jiān)控。電力電纜故障發(fā)生的外部原因，通常情況下是由于環(huán)境因素造成的，由于人為故意的損壞或者爆炸火災(zāi)等問題。這種情況下可以進(jìn)行電纜輔助功能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置，電流傳感器可以有效對電流大小、可燃?xì)怏w的濃度和遠(yuǎn)紅外電開關(guān)等對于非法闖入者進(jìn)行監(jiān)測，通過現(xiàn)場的智能中斷進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，利用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)上傳到上位機(jī)程序，通過精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和分析，了解電纜的實(shí)時(shí)狀況。

3.3 系統(tǒng)構(gòu)成。監(jiān)測系統(tǒng)的組成通常情況下采用分片型采集模式，系統(tǒng)的主要組成部分為前端的電纜接頭溫度探測與傳輸，電纜接頭溫度巡檢儀，電纜接頭數(shù)據(jù)分析軟件，都是圍繞電纜接頭的溫度監(jiān)測為目標(biāo)來建立的，通過互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)的信息傳輸，可以收集更多的信息資料和整理。

3.4 監(jiān)測單元。在電纜接頭進(jìn)行溫度的預(yù)測工作，需要在接頭處進(jìn)行終端裝置的安裝，其功能是在于溫度測量并進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)傳輸工作。運(yùn)行的主要模式是終端裝置收集溫度測量的實(shí)時(shí)信號，通過無線數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)诫娎|接頭附近的數(shù)據(jù)收集單元，終端裝置的主要功能在于可以監(jiān)測固定時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的電纜接頭溫度的采集和數(shù)據(jù)傳輸工作，并且通過無限的方式傳輸?shù)窖矙z儀中，巡檢儀結(jié)合數(shù)據(jù)分析形成曲線溫度實(shí)況。終端裝置系統(tǒng)響應(yīng)節(jié)能降耗的要求，通過太陽能供電實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。通過多個(gè)單元的控制最終達(dá)到微處理器進(jìn)行工作，在電力電纜正常運(yùn)行的狀態(tài)下系統(tǒng)處于休息的狀態(tài)，系統(tǒng)按照提前設(shè)定好的時(shí)間進(jìn)行溫度傳感器單元的信息采集，并且將信息存儲(chǔ)，通過無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行工作，在和巡檢儀對接成功后，將收集到的信息傳輸?shù)窖矙z儀，可以有效做到信息的準(zhǔn)確和安全狀態(tài)，終端裝置的軟件在同一時(shí)間可以進(jìn)行多項(xiàng)任務(wù)工作，大大提升了對于電纜接頭溫度監(jiān)測和信息收集的效率，可以縮短工作人員對于電纜接頭的進(jìn)行實(shí)時(shí)了解的時(shí)間。

3.5 巡檢分析儀。巡檢儀是電纜接頭溫度監(jiān)測的一項(xiàng)重要設(shè)備，終端裝置將詳細(xì)的信息傳輸?shù)窖矙z儀中，巡檢人員可以有效的對電纜接頭的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場的收集。巡檢儀在工作的狀態(tài)下可以分為自動(dòng)和手動(dòng)。自動(dòng)模式，只要對系統(tǒng)提前進(jìn)行設(shè)定，在進(jìn)入終端裝置的信號范圍內(nèi)，便可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的連接，降低工作人員的壓力。同時(shí)也可以進(jìn)行手動(dòng)工作模式，手動(dòng)模式可以有針對性的進(jìn)行某一特定終端裝置的數(shù)據(jù)信息收集工作。與此同時(shí)，巡檢分析儀對于收集來的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行有效合理的分析，及時(shí)的掌握電纜接頭的實(shí)際情況，對于有可能發(fā)生故障的部位進(jìn)行與預(yù)警處理。

3.6 后臺(tái)分析系統(tǒng)。后臺(tái)分析系統(tǒng)主要是對于電纜接頭出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析和診斷。各點(diǎn)巡檢儀將從終端裝置收集來的信息進(jìn)行PC傳輸并且建立數(shù)據(jù)庫，對于以往的信息進(jìn)行收集和記錄，通過對于數(shù)據(jù)的整理分析，可以對電纜接頭的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行管理并且進(jìn)行故障分析，對各個(gè)電纜接頭的溫度變化以曲線圖的形式表現(xiàn)，可以直觀了解電纜接頭的工作現(xiàn)狀。分析的主要內(nèi)容在與溫度上漲趨勢，目前溫度狀態(tài)和一段時(shí)間內(nèi)的溫度狀態(tài)等，根據(jù)分析結(jié)果對于可能出現(xiàn)故障的部位做出報(bào)警工作，確保電力電纜的正常運(yùn)行，在故障發(fā)生前做出預(yù)警措施。

3.7 傳感器的選擇。傳感器是電纜接頭溫度檢測的重要部位，根據(jù)傳感器類型的不同，其電路結(jié)構(gòu)和檢測辦法也有很多差異，合理的對傳感器進(jìn)行選擇，可以有效提高終端裝置的使用性能。目前我國常用的傳感器主要包括紅外線傳感器、熱敏電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)等等的形式，但是根據(jù)傳感器自身的特性，需要結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行選擇符合要求的傳感器，對于電纜接頭溫測最常用的為半導(dǎo)體PN結(jié)型。

4 結(jié)束語

綜上所述，電力電纜故障的產(chǎn)生形式主要在于內(nèi)部原因和外部原因，內(nèi)部原因的形成在于電纜接頭的溫度過高引發(fā)故障，外部原因多是由于環(huán)境因素影響造成的，結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，通過對于數(shù)據(jù)的分析對比，有效進(jìn)行電纜接頭溫度的監(jiān)測工作，通過對于故障監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對于電力電纜運(yùn)行狀態(tài)的控制，在出現(xiàn)故障或者不合理的溫度產(chǎn)生時(shí)及時(shí)的報(bào)警，有利于工作人員能夠及早發(fā)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)中的異常情況，進(jìn)行有效解決，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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