電纜智能高壓接地箱研究

曾谷元，樊 帆

（廣東 珠海 519000）

0 引言

當前時期各行各業(yè)中都開始廣泛應用了電纜，因為它所具有的安裝簡便、質量較輕、耐熱能力強以及傳輸量大的顯著優(yōu)勢，其高壓接地箱所承擔的功能作用在于連接各個高壓電纜接地線匯集的重要設備，若沒有對其采取有效的監(jiān)管措施，電力行業(yè)發(fā)生安全事故的概率就會加大，所以研發(fā)出高質量的電纜智能高壓接地箱有助于提升電纜運行的安全系數。

1 電纜智能高壓接地箱研發(fā)的根本意義

從高壓電纜層面來看它的運行方式是以金屬護層為基礎，通過單端直接接地以及交叉互聯雙端接地的方式來平穩(wěn)運行，它所產生的對地感應電壓以及電流都處于較小范圍，再加上電纜的主要材料都采用固體絕緣的方式。電纜高壓接地箱的屏蔽層只能實現單點接地的基礎功能，當電纜的護套出現化學和電熱劣化以及因失竊所產生的損壞情況就會出現多點接地的情況，進而使得其金屬護套的對地環(huán)流值上升到危險范圍，造成接地系統破壞紊亂，產生懸浮電壓將外護套擊穿，保護器出現燒毀情況，電纜的主絕緣也會受到非常的破壞。雖然用工作人員每間隔一定的時間期限就對電纜高壓接電箱進行巡視檢查，但是仍無法完全避免此情況的發(fā)生。其根本原因在于對電纜高壓接電箱的金屬護套環(huán)流進行日常的運營維護檢測時，其仍主要依賴于具有一定滯后性特點的持鉗型電流表，無法實時準確地反饋出接地環(huán)流的實際狀況，所以難以對電纜線路的具體運行情況以及歷史運行狀態(tài)有所了解[1]。從安全系數提升層面來說，對電纜智能高壓接地箱的研發(fā)是較為迫切的，需要在其內部配置具有在線監(jiān)測功能的智能系統以及做好防盜設計，從源頭上來妥善解決電纜運行溫度過高、環(huán)實時在線監(jiān)測難以達成和電纜高壓接電箱的安全問題，由此構建出性能更加優(yōu)越以及運行更加穩(wěn)定的電纜智能高壓接地箱。

2 電纜智能高壓接地箱具體設計

2.1 電纜智能高壓接地箱的功能

電纜智能高壓接地箱是以原本普通的接地箱為基礎，在其上方增添了具有更高準確度的電流傳感器和性能優(yōu)越的電纜在線監(jiān)測裝置，將電纜智能高壓接地箱的內部功能模塊大體劃分成3 個部分，分別為感應取電、傾斜式振動防盜裝置以及光伏取電裝置。電纜在線監(jiān)測裝置所承擔的功能作用在于可以更加自主化與實時化地監(jiān)測電纜的接頭溫度和接地電流具體數值，并且獲得更為精準的接地箱振動數據，在GPRS 通信技術的支持下將所采集得到的數據信息來向遠程的監(jiān)控中心進行傳輸，若發(fā)現數據出現異常情況則第一時間向監(jiān)控中心作出報警預警，并且同步向相關工作人員發(fā)送短信，以便技術人員可以更加及時高效解決問題。電纜智能高壓接地箱的功能模塊如圖1 所示。

圖1 電纜智能高壓接地箱功能模塊

2.2 電纜在線監(jiān)測裝置設計實用技術

電纜智能高壓接地箱通過配備在線監(jiān)測裝置做好防盜設計，利用GPRS 無線通信技術來保證免布線質量。電纜在線監(jiān)測裝置是電纜智能高壓接地箱最為核心的控制系統，通過選擇應用模塊化設計的方式以及同步應用BIOS 擴展功能，以此保證電纜在線監(jiān)測裝置具有充足的擴展空間，從而更為精準全面地監(jiān)控外部環(huán)境的溫度以及濕度具體數值，對水位和有毒有害氣體實現全面把控[2]。電纜智能高壓接地箱在設計在線監(jiān)測裝置時選擇無接觸的感應取電技術，通過采用光伏取電的方式來為供電提供必要的支持。該取電方式是在電纜接地箱內部所含有的接地線上方位置來套接開啟式的電流互感器，感應電路是由多部分組成，具體涵蓋整流濾波電路、電壓保護電路、儲能電路和能量泄放電路等。電纜智能高壓接地箱通過選擇應用感應取電電源設計的方式，將超級電容SC 的優(yōu)良作用充分發(fā)揮出來，切實有效地解決GPRS 模塊數據發(fā)送過程中瞬間所提升的大功率供電問題。電纜在線監(jiān)測裝置的自感應取電電路如圖2 所示。

圖2 電纜在線監(jiān)測裝置自感應取電電路

2.3 電纜智能高壓接地箱防盜技術

電纜智能高壓接地箱的科學研發(fā)離不開電纜接地箱防盜技術的重要支持，在其閉合處以及頂帽處來安裝必要的傾斜報警裝置，它的最為核心零部件為振動傳感器。振動傳感器所發(fā)揮的功能作用在于將所接收得到的機械總量轉化成同比例的電量。當電纜智能高壓接地箱因為外界條件因素遭受破壞時能夠自動生成一定的頻率和振動幅度，當傳感器所接收到振動信號后，將其同步轉化為電信號，由此得以被監(jiān)測主機所采集識別。電纜智能高壓接地箱在應用接地箱防盜技術時要優(yōu)先使用具有穩(wěn)定性能的傳感器，由此才能夠更加系統化與全面化地完成振動監(jiān)測、對位移更為精準地感知，將其所具有的運動功能加以喚醒，在原有的基礎上大幅度提升對外界環(huán)境變化的感知敏感度。當傳感器接收到位移和振信號時就會產生出連續(xù)的有明顯高低變化的波形，對傳感器靈敏度的調節(jié)通過軟件設置的方式來完成。振動傳感器的信號波形如圖3所示。

圖3 振動傳感器信號波形

2.4 電纜智能高壓接地箱電流采集

在電纜智能高壓接地箱的內部功能模塊中需要在原有的基礎上增添電流比在300:1 的高度精準化單模電流傳感器，嚴格遵循電纜接電箱電流采集原理將其產生的大電流轉化成小電流，并且在電流傳感器的支持下轉化得到的實際電流能夠與電壓信號構成正相關關系。通過運放系統所產生的緊密整流濾波電路來進一步放大濾波，將直流信號直接傳輸給單片機，通過A/D 轉換模塊完成轉換測量，通過更為精準地判斷電纜的實際接地電流大小來對護層的接地程度、電纜實際的老化情況以及線芯負荷大小變動來做出綜合衡量。當電纜智能高壓接地箱的高壓電纜線路處于正常的運行狀態(tài)下，其接地環(huán)流值出現較大的變化幅度甚至是銳減到0 時，則要充分結合電調的實際情況和電纜的具體運行狀態(tài)來構建相對應的分析診斷模型，以此為基本前提進而可以實現準確無誤地判斷出電纜智能高壓接地箱是否出現被盜或破壞情況。電纜接地箱的電流采集原理如圖4 所示。

圖4 電纜接地箱的電流采集原理

2.5 電纜接頭溫度采集

構建電纜智能高壓接地箱要科學合理地應用高壓電纜金屬護層系統，否則當環(huán)流增大時電纜的金屬護層會在短時間內產生巨大的損耗，從而造成電纜溫度陡增，若處于嚴重高溫狀態(tài)下甚至會造成因電纜溫度過高而引發(fā)的著火燃燒重大安全事故，對周圍居民的人身安全造成重大威脅。因此電纜智能高壓接地箱要可以妥善地應用電纜接頭溫度采集原理，以便可以實時地對電纜接頭的實際溫度加以監(jiān)測，準確判別出電纜是否出現接地故障問題，進而將報警裝置加以啟動，將其所具有的優(yōu)良輔助作用充分發(fā)揮出來[3]。電纜智能高壓接地箱中所包含的電纜接頭測溫模塊，其之所以能夠保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)，因為在接地電纜的外護套處放置了固定溫度的傳感器探頭，其中PT1000 鉑電阻傳感器探頭性能最為優(yōu)越，它具有防潮防水的顯著優(yōu)勢，其準確度也有所保證，對其進行安裝操作時流程較為簡便以及可操作性強。通過橋式電路的方式來更為準確地測量出電阻值，信號放大工作經由運放來完成，此時的溫度模塊控制器可以高質量地完成溫度信號采樣工作，以無線通信的方式將收集得到的溫度信號傳遞給電纜在線監(jiān)測裝置達成實時監(jiān)控核心目標。電纜接頭溫度采集原理如圖5 所示。

圖5 電纜接頭溫度采集原理

2.6 其他技術

因為電纜接地箱所處的安裝環(huán)境通常來說較為潮濕，所以在構建研發(fā)電纜智能高壓接地箱時必須要充分考慮到這一特點，確保其外殼具有合乎國家標準規(guī)范要求的防水等級和防護等級。電纜智能高壓接地箱選擇應用了防護等級過關的IP68 材料，并且同步使用了環(huán)氧樹脂填充綠色環(huán)保材料，確保電纜智能高壓接地箱的箱體處于高度密封的狀態(tài)下，以此確保當其需長時間處于潮濕等不良環(huán)境條件下時也可以最大程度上實現電纜線路的高度可靠性供電目標。電纜智能高壓接地箱在防盜技術應用層面上來說，不僅為其配備了開門報警的基本功能，還在其內部功能模塊中留有了一定空間的視頻監(jiān)控接口，由此可以對其進行實時的視頻監(jiān)管，防止電纜智能高壓接地箱出現被盜竊情況，在原有的基礎上大幅度提升其安全系數[4]。

2.7 模擬應用

為了能夠從根本上更為直觀地展示電纜智能高壓接地箱的功能作用及優(yōu)勢，在合適的施工現場對其主要的功能模塊進行了必要的測試。從環(huán)流主機、電流裝置以及電壓裝置層面來看，其呈現出了十分整齊的焊接外觀，很好地規(guī)避了出現焊接虛聯以及運行斷路的情況，并且它還具有很高的密封性，其所含有的接地零部件都高質量地通過了直流耐壓測試和沖擊電壓試驗，無論是處于靜電還是放電磁場輻射條件下，電纜智能高壓接地箱都保持在十分良好的運行狀態(tài)。通過對電纜智能高壓接地箱內部的電流采集模塊進行測試，可以發(fā)現其電流采樣、轉換世界參數以及分辨率等重要指標都呈現出了極高的精確度，其中能夠與接地環(huán)流采集設計相配合達成了實時監(jiān)控、精準測量以及定時巡檢的核心目標。并且對接地環(huán)流監(jiān)測質量有所提升，有助于減少不必要的人力成本投入，維護效率也得以保證，從源頭上來更好地防控電纜智能高壓接地箱被盜問題[5]。

3 結語

綜上所述，確保電纜智能高壓接地箱研發(fā)質量，科學應用電纜在線監(jiān)測裝置設計實用技術和電纜接地箱防盜技術，明確電纜接地箱電流采集原理和電纜接頭溫度采集原理，進而能夠對高壓電纜實現實時監(jiān)控，并且電纜智能高壓接地箱所帶有的防盜報警功能可以不受環(huán)境和距離的局限作用，其應用場景更加廣泛，并具有很大的發(fā)展空間。