交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣氣體檢測(cè)系統(tǒng)算法研究與設(shè)計(jì)

唐明，魏略，高原，郝艷捧

(1. 華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣州510000； 2. 長(zhǎng)園共創(chuàng)電力安全技術(shù)股份有限公司，廣東 珠海 519085)

0 引 言

隨著用電需求量增加，高壓電纜通過(guò)提高電壓等級(jí)、增大電纜截面提升輸電容量。電纜線路的正常壽命約為30年，然而由于采用直埋、排管、溝道和隧道等方式敷設(shè)，敷設(shè)環(huán)境與使用狀態(tài)會(huì)極大地影響電纜壽命。電纜制造或安裝時(shí)的微小缺陷，在過(guò)電壓、溫度、微生物的作用下，會(huì)激發(fā)缺陷，若不及時(shí)檢測(cè)并采取措施，將導(dǎo)致電纜故障。目前對(duì)電纜絕緣缺陷檢測(cè)的手段有光纖測(cè)溫監(jiān)測(cè)、紅外帶電檢測(cè)與局部放電檢測(cè)等方法[1]。光纖測(cè)溫在線監(jiān)測(cè)不僅投入高，還無(wú)法精確找到潛在故障點(diǎn)[2]；紅外帶電檢測(cè)對(duì)架空線路效果好，但檢測(cè)埋地電纜則局限很大[3]；局部放電測(cè)試技術(shù)尚未形成標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)結(jié)果難得到通用結(jié)論。

在化學(xué)檢測(cè)方面，光譜分析、色譜分析、色譜質(zhì)譜分析以及電化學(xué)傳感器分析等都得到大量研究與應(yīng)用?？烧{(diào)諧二極管激光吸收光譜(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy TDLAS)通過(guò)分析光束被氣體選擇吸收獲得氣體濃度，根據(jù)郎伯-比爾定律，通過(guò)激光強(qiáng)衰減信息可獲得被測(cè)氣體濃度。與傳統(tǒng)紅外光譜相比，TDLAS具有對(duì)惡劣環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、克服了背景氣體與粉塵的吸收干擾、不需采樣預(yù)處理系統(tǒng)、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)[4]。隨著DFB(Distributed Feedback Laser)激光器研制成功，頻率調(diào)制光譜技術(shù)受到人們關(guān)注，受到溫度漂移、噪聲等因素影響，DFB激光器輸出光的中心頻率很難精確鎖定在氣體光譜吸收峰位置[5]。此外，光路中各端面的反射和散射會(huì)產(chǎn)生干涉信號(hào)，造成檢測(cè)精度和靈敏度下降[6]。

色譜(Chromatography)是一種高效分離技術(shù)，高效液相色譜(High-performance liquid chromatography,HPLC)和氣相色譜(Gas chromatography,GC)具有分離效能高、選擇性好和分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最廣[7]。變壓器色譜檢測(cè)基于IEEE和IEC相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，采用三比值法、大衛(wèi)三角形法或立方體圖示法進(jìn)行分析診斷，但對(duì)電纜目前沒(méi)有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)[8]。

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)既具有氣相色譜高分離效能，又具有質(zhì)譜準(zhǔn)確鑒定化合物結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。目前已被應(yīng)用到食品安全、藥物分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、毒物分析、質(zhì)量控制、生物化工以及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域[9]。在我國(guó)科學(xué)家努力下，2005年頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T19648-2005)，用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)來(lái)測(cè)定蔬菜水果和糧食中的農(nóng)藥殘留。GC-MS儀器主要是大型臺(tái)式儀器，設(shè)備體積大、檢測(cè)過(guò)程復(fù)雜。雖然國(guó)外有研究機(jī)構(gòu)和儀器公司進(jìn)行便攜式GC-MS的研究，但商業(yè)化產(chǎn)品較少[10-12]。

電化學(xué)法檢測(cè)在測(cè)量電極表面涂有觸媒(白金或黃金)，當(dāng)分析氣體經(jīng)薄膜滲入電解液內(nèi)，在觸媒表面產(chǎn)生氧化或還原反應(yīng)，釋放電子。在測(cè)量電極與計(jì)數(shù)電極之間產(chǎn)生的電流與濃度成正比，從而得到氣體濃度值。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是通用性好、技術(shù)成熟、使用簡(jiǎn)單、攜帶方便、成本低[13-14]。

上述各種檢測(cè)技術(shù)在電纜主絕緣檢測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用方面幾乎是空白狀態(tài)。針對(duì)此，本文提出“特征氣體”電纜絕緣缺陷檢測(cè)方案。對(duì)比上述化學(xué)檢測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)后，考慮到電化學(xué)傳感器具有體積小、可檢測(cè)成分多等特點(diǎn)，采用電化學(xué)傳感器研制檢測(cè)儀器[15]。首先，采用色譜-質(zhì)譜儀在實(shí)驗(yàn)室中分析高壓交聯(lián)聚乙烯電纜在高溫條件下(100(C以上)產(chǎn)生的組分，找出高壓電纜絕緣揮發(fā)物中隨溫度具備正向規(guī)律的組分氣體，稱之為“特征氣體”。然后，選取合適的電化學(xué)傳感器，設(shè)計(jì)傳感氣路與傳感電路；采用變滑模狀態(tài)觀測(cè)器估計(jì)永磁式無(wú)刷型微型泵速度，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制；對(duì)比氣體自由流動(dòng)、微型泵無(wú)速度閉環(huán)以及速度閉環(huán)情況下檢測(cè)時(shí)間與氣體濃度的變化；設(shè)計(jì)乒乓控制方式降低PWM干擾對(duì)氣體傳感電路的影響，降低檢測(cè)系統(tǒng)底噪，提高信噪比。最后，在實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)分別讀出特征氣體含量，在不開(kāi)挖電纜溝前提下，檢測(cè)設(shè)備判斷電纜潛在故障點(diǎn)的位置，提高檢測(cè)效率，提供一種全新的電纜絕緣檢測(cè)方法。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1 氣體成分分析

選取交聯(lián)聚乙烯高壓電纜試樣，在實(shí)驗(yàn)室中采用色譜-質(zhì)譜儀分析高壓交聯(lián)聚乙烯電纜在不同溫度下產(chǎn)生的氣體，處理流程如下：(1)前處理：將樣品粉碎至1mm粒徑，取2g樣品于20mL頂空瓶中，分別于80℃、120℃、150℃、180℃頂空平衡30分鐘。(2)GCMS測(cè)試：分別取1mL不同溫度下的頂空氣體進(jìn)樣，基于NIST譜庫(kù)檢索定性，并采用面積歸一法定量。樣品各頂空溫度下色譜分析對(duì)照如圖1所示，圖中給出了80℃、120℃、150℃以及180℃四種不同溫度下色譜曲線，不同溫度用不同顏色繪制。

圖1 樣品頂空溫度下色譜圖 (①-80℃，②-120℃，③-150℃，④-180℃)Fig.1 Chromatogram at sample headspace temperature (①-80℃, ②-120℃, ③-150℃, ④-180℃)

從圖中可見(jiàn)，有些氣體的濃度隨溫度變化，有些氣體成分只有在高溫時(shí)才出現(xiàn)，氣體成分如表1所示。從表中可見(jiàn)，交聯(lián)聚乙烯成分很復(fù)雜，環(huán)氧乙烷類氣體Acetaldehyde(乙醛)與Acetone(丙酮)具有正溫度特性，Acetone在80℃、120℃、150℃與180℃溫度下的濃度分別為0.19%、0.64%、2.69%與3.02%，保留時(shí)間6.14分鐘；Acetaldehyde在80℃時(shí)濃度為0，120℃、150℃與180℃對(duì)應(yīng)濃度分別為0.12%、0.79%與1.12%，保留時(shí)間分別為7.9分鐘。Acetaldehyde(乙醛)與Acetone(丙酮)是理想特征氣體。國(guó)外某公司生產(chǎn)的4ETO傳感器可檢測(cè)環(huán)氧乙烷類氣體，文中取Acetaldehyde與Acetone為特征氣體，4ETO為傳感器。

表1 樣品頂空分析定性結(jié)果(已扣除背景)Tab.1 Sample headspace analysis qualitative results (subtracted background)

1.2 硬件方案

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，系統(tǒng)模塊包括：(1)電化學(xué)傳感器：英國(guó)某公司傳感器4ETO，將特征氣體濃度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的微弱電流信號(hào)；(2)信號(hào)調(diào)理：由恒電位電路及微電流檢測(cè)單元構(gòu)成傳感器信號(hào)調(diào)理單元，恒電位電路為電化學(xué)傳感器提供恒定的工作電壓，微電流檢測(cè)單元將電化學(xué)傳感器產(chǎn)生的微弱電流信號(hào)進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換，并放大；(3)主控制器模塊：實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)理后的傳感器信號(hào)、溫度補(bǔ)償輸出信號(hào)以及電池電壓的采樣；按鍵、顯示和聲光報(bào)警控制；(4)速度估計(jì)算法模塊。

2 氣路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電纜高溫產(chǎn)生Acetaldehyde與Acetone特征氣體，該氣體密度比空氣大，如果檢測(cè)時(shí)由氣體自由流動(dòng)進(jìn)入傳感電路，氣體濃度低、檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)。為解決這些問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)滑模狀態(tài)觀測(cè)算法估計(jì)永磁式無(wú)刷微型泵轉(zhuǎn)子速度，在省卻位置傳感器的前提下，實(shí)現(xiàn)微型泵轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。可降低系統(tǒng)成本、減少電路面積、提高系統(tǒng)可靠性及裝置便攜性。

圖2 系統(tǒng)硬件框圖Fig.2 System hardware block diagram

2.1 滑模觀測(cè)器數(shù)學(xué)模型

在1986年第25屆決策和控制會(huì)議上，麻省理工學(xué)院的J.J.Slotine探討了滑模觀測(cè)器的非線性估計(jì)問(wèn)題，引起人們對(duì)滑模觀測(cè)器的興趣。理論上可以通過(guò)構(gòu)造倫伯格狀態(tài)觀測(cè)器(Luenberger State Observer)完成狀態(tài)觀測(cè)，但倫伯格觀測(cè)器需要被觀測(cè)系統(tǒng)模型的準(zhǔn)確參數(shù)。由于存在交流解耦模型誤差以及外部干擾，微型泵控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確參數(shù)難以獲得，直接應(yīng)用倫伯格觀測(cè)器受到限制。改進(jìn)方法是建立滑模變結(jié)構(gòu)形式的倫伯格狀態(tài)觀測(cè)器，在倫伯格觀測(cè)器的基礎(chǔ)上，加入滑模命令，強(qiáng)制倫伯格觀測(cè)器沿規(guī)定相軌跡做滑模運(yùn)動(dòng)，使觀測(cè)誤差快速趨于零。由于滑模面取決于給定滑模條件，滑模變結(jié)構(gòu)觀測(cè)器具有與觀測(cè)對(duì)象結(jié)構(gòu)參數(shù)和系統(tǒng)擾動(dòng)無(wú)關(guān)的性質(zhì)，較普通倫伯格觀測(cè)器具有更好的觀測(cè)精度和抗干擾特性[16]。

線性不確定系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述如下：

(1)

式中x(t)為n維系統(tǒng)狀態(tài)向量;y(t)為p維輸出觀測(cè)向量;u(t)為m維輸入向量；d(x,u,t)為系統(tǒng)擾動(dòng)。為滿足系統(tǒng)能控性、能觀性與穩(wěn)定性的要求，設(shè)定如下：

假設(shè)1：n>p≥m，矩陣B和C滿秩。(A,B,C) 的不變零點(diǎn)在左半復(fù)平面上；

假設(shè)2：d (x,u,t)滿足下列條件：

d(x,u,t)=BΔ(t)

(2)

式中Δ(t)范數(shù)有界：||Δ(t)|| ≤K1，K1為正數(shù)。

運(yùn)用奇異值分解技術(shù)，系數(shù)矩陣(A,B,C)變?yōu)槿缦滦问剑篈=[A11A12;A21A22]，B=[-0B2]，C=[-0TL]。其中：A11?R(n-p)*(n-p)，B2?Rm*m以及TL?Rp*p，矩陣B2為非奇異矩陣，TL為正交矩陣。系統(tǒng)可寫成：

(3)

對(duì)式(1)構(gòu)造如下滑模觀測(cè)器：

(4)

式中x′(t)為估計(jì)狀態(tài)變量；y′(t)為估計(jì)輸出變量。

2.2 滑模狀態(tài)觀測(cè)器的狀態(tài)估計(jì)誤差

根據(jù)電動(dòng)機(jī)電磁方程式，以α-β坐標(biāo)系下定子電流和定子電壓作為輸入變量，以轉(zhuǎn)子位置估計(jì)值θe為輸出變量，以兩相靜止坐標(biāo)系下定子電流估計(jì)值為狀態(tài)變量，建立狀態(tài)方程如下：

di/dt=Ai+BU-Bz

(5)

式中A=[-Rs/Ls0; 0 -Rs/Ls];B=[-1/Ls0; 0 -1/Ls]；E= [EαEβ]T= [-keωsinθkeωcosθ]T為電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)；U= [UαUβ]T為定子電壓在α及β軸的分量；Rs，Ls為定子繞組電阻和電感。

定子電流滑模狀態(tài)觀測(cè)器為：

di′/dt=Ai′+BU-Bz

(6)

式中z=Kswsign(i′-i)；i′為定子電流估計(jì)值；Ksw為開(kāi)關(guān)切換增益。

當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入滑模面時(shí)，S=i′-i= 0。將式(6)減去式(5)，得狀態(tài)估計(jì)誤差：

e′=Ae+BE-Bz

(7)

由e′ =e= 0得：

z=E=[zαzβ]

(8)

由式(8)可知z中含有估計(jì)的反電勢(shì)信息。由于z由通過(guò)滑模觀測(cè)器的開(kāi)關(guān)后得到，將z進(jìn)行低通濾波后可得α-β坐標(biāo)系下估計(jì)的反電勢(shì)：

(9)

式中ω0為截止角頻率。

則轉(zhuǎn)子角度估計(jì)值為：

(10)

轉(zhuǎn)子角度估計(jì)得到后，對(duì)其取時(shí)間差分即可估計(jì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)微型泵的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。

2.3 速度估計(jì)與速度閉環(huán)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)軟件流程如圖3所示，為減少PWM高頻干擾對(duì)氣體傳感電路的影響，本文設(shè)計(jì)輪換乒乓算法，步驟如下：微型泵工作一段時(shí)間后關(guān)閉PWM，然后讀取4ETO傳感器數(shù)據(jù)，以消除PWM干擾對(duì)傳感電路的影響。PWM干擾對(duì)傳感電路的影響如表2所示，可見(jiàn)，PWM使能時(shí)儀器讀取的最大濃度為45 PPM，讀數(shù)不為零，這是因?yàn)镻WM本身高頻干擾以及微型泵工作時(shí)對(duì)電源影響所致[17]。當(dāng)PWM禁止后，讀數(shù)為0，說(shuō)明算法效果很好。

3 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖4所示，玻璃罩尺寸為1.2 m*0.6 m*0.45 m，玻璃罩分成上、下兩層。在上層玻璃罩上方開(kāi)一個(gè)直徑為20 cm的小孔，方便測(cè)試時(shí)將氣體傳感器探入。在玻璃罩下方開(kāi)兩個(gè)孔固定套管，套管上為1米的交聯(lián)聚乙烯電纜樣品。在玻璃罩上層的左邊開(kāi)小孔，光纖測(cè)溫探頭通過(guò)該小孔固定于電纜樣品金屬接頭處，測(cè)溫裝置則放置于玻璃罩左邊外面，用膠固定，查看電纜處于加熱狀態(tài)時(shí)的溫度。套管下方伸出到玻璃罩下層，在玻璃罩下層前方開(kāi)兩個(gè)小孔，電纜通過(guò)小孔連接套管與大電流發(fā)生器輸出端，可避免測(cè)試人員與金屬部位意外接觸，保證人身安全。大電流發(fā)生器參數(shù)如表3所示，輸出電流最大為2 000 A，電壓5 V，由220 V市電供電。測(cè)試電纜樣品如圖5所示，電纜截面積為35 mm2，將電纜外護(hù)套剝離，剩余電纜主絕緣部分，避免其他塑料部分在高溫下產(chǎn)生干擾氣體，影響測(cè)試結(jié)論。

圖3 微型泵無(wú)位置傳感器算法流程圖Fig.3 Micro-pump sensorless algorithm flow chart

表2 PWM干擾對(duì)傳感器電路的影響Tab.2 Effect of PWM interference on sensor circuits

圖4 測(cè)試平臺(tái)照片F(xiàn)ig.4 Test platform photo

表3 大電流發(fā)生器參數(shù)Tab.3 High current generator parameters

圖5 測(cè)試電纜樣品照片F(xiàn)ig.5 Tested cable sample photo

3.1 速度估計(jì)與速度閉環(huán)實(shí)現(xiàn)

升流器、調(diào)壓器以及電纜樣品之間連接緊固，避免發(fā)熱。逐步增加輸出電流，穩(wěn)定320 A通電2分鐘，溫度計(jì)讀數(shù)為80℃，檢測(cè)儀讀數(shù)為0。維持2分鐘后，溫度為90℃，氣體濃度為0。增加電流到500 A，維持1分鐘，溫度為120℃，讀數(shù)為311 PPM。電流500 A，繼續(xù)維持1分鐘，溫度達(dá)150℃，讀數(shù)為1 350 PPM。再維持1分鐘后，溫度達(dá)180℃，氣體濃度為2 333 PPM，數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 氣體濃度隨輸出電流變化Tab.4 Gas concentration varies with the output current

為測(cè)試裝置靈敏度，調(diào)節(jié)氣體傳感探頭與出氣小孔距離，觀察檢測(cè)系統(tǒng)讀數(shù)，結(jié)果如表5所示。可見(jiàn)，傳感器探頭與出氣小孔的距離達(dá)到6 cm時(shí)，檢測(cè)儀讀取的濃度值仍然為30 PPM，當(dāng)距離為10 cm時(shí)，濃度為5 PPM，說(shuō)明系統(tǒng)靈敏度比較高。

表5 氣體濃度隨檢測(cè)距離的變化(線芯溫度120℃)Tab.5 Gas concentration with the detection of changes in the distance ℃ore of cable temperature 120℃)

發(fā)生器停止輸出電流，被試電纜溫度逐步降低，氣體濃度下降。20分鐘后，氣體濃度下降到1 900 PPM，3小時(shí)后，氣體濃度為5 PPM，幾乎為0，如表6所示。從表中可知，當(dāng)氣體達(dá)到一定濃度后，氣體擴(kuò)散時(shí)間比較長(zhǎng)，可達(dá)3小時(shí)，說(shuō)明電纜一旦溫度過(guò)熱產(chǎn)生特征氣體后，濃度擴(kuò)散需要很長(zhǎng)時(shí)間。

表6 氣體濃度擴(kuò)散情況Tab.6 Gas concentration diffusion conditions

3.2 微型泵閉環(huán)測(cè)試

永磁式無(wú)刷微型泵參數(shù)如表7所示，供電電壓為12 V直流，額定電流為300 mA。在滑模控制器參數(shù)取值的測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)調(diào)試截止頻率與開(kāi)關(guān)切換增益，對(duì)比上述參數(shù)在不同取值情況下檢測(cè)儀測(cè)試效果，最后確定截止頻率為500 Hz，開(kāi)關(guān)切換增益標(biāo)幺值為16。

表7 永磁式微型泵參數(shù)Tab.7 Permanent magnet type micro pump parameters

在不同溫度下讀取氣體濃度，比較氣體濃度與測(cè)試時(shí)間受轉(zhuǎn)速閉環(huán)的影響。速度估計(jì)算法對(duì)檢測(cè)濃度的影響如表8所示，從表中可見(jiàn)，在速度開(kāi)環(huán)情況下，120℃時(shí)濃度為451 PPM，比空氣自由流動(dòng)下的濃度311 PPM增加了45%；速度閉環(huán)時(shí)，讀數(shù)達(dá)到了611 PPM，接近空氣自由流動(dòng)時(shí)氣體濃度的2倍，比速度開(kāi)環(huán)時(shí)增加了35.47%。溫度為150℃以及180℃時(shí)，速度閉環(huán)情況下氣體濃度分別比空氣自由流動(dòng)時(shí)提高了76.29%與44.45%，比速度開(kāi)環(huán)時(shí)提高了42.08%與21.22%。

表8 微型泵速度估計(jì)算法對(duì)檢測(cè)濃度的影響Tab.8 Influence of micro-pump speed estimation algorithm on detection concentration

速度閉環(huán)對(duì)檢測(cè)時(shí)間的影響如表9所示，可見(jiàn)，設(shè)定氣體讀取濃度為500 PPM，速度開(kāi)環(huán)情況下，檢測(cè)所需時(shí)間為55 s，而速度閉環(huán)情況下，檢測(cè)時(shí)間只需要5 s，縮短了50 s。150℃與180℃時(shí)，速度閉環(huán)比速度開(kāi)環(huán)分別縮短30秒與21.5秒。

表9 微型泵速度估計(jì)算法對(duì)檢測(cè)時(shí)間的影響Tab.9 Influence of micro-pump speed estimation algorithm on detection time

4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

為驗(yàn)證檢測(cè)系統(tǒng)的性能，選取一條運(yùn)行電纜進(jìn)行測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試信息如表10所示，電纜線路電壓等級(jí)為10 kV，電纜沿電纜溝敷設(shè)。測(cè)試當(dāng)天天氣晴朗，有微風(fēng)，溫度32℃，測(cè)試照片如圖6所示。

表10 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試信息Tab.10 Field test information

圖6 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試照片F(xiàn)ig.6 Field test photo

作者沿電纜方向選取5處測(cè)試點(diǎn)。測(cè)試時(shí)先讀取距離電纜蓋板處1米的氣體濃度作為背景數(shù)值。然后在電纜井蓋板上方縫隙處讀取濃度數(shù)據(jù)，并記錄。為了對(duì)比，同時(shí)撬起蓋板，將傳感探頭探入電纜溝內(nèi)，再次讀數(shù)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)如表11所示，從表中可見(jiàn)，5個(gè)測(cè)試點(diǎn)處的背景氣體濃度均為0，蓋板上方縫隙處濃度均為1PPM，可見(jiàn)電纜溝內(nèi)的氣體濃度與蓋板上方縫隙處的濃度相同。測(cè)試過(guò)程中，在測(cè)試點(diǎn)2#與測(cè)試點(diǎn)5#處可明顯聞到電纜溝內(nèi)腐爛氣味，但儀器讀數(shù)不變。

表11 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試氣體濃度數(shù)據(jù)Tab.11 Field test gas concentration data

由表11數(shù)據(jù)可知：(1)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)特征氣體之外的氣體不敏感，具有很好的抗干擾能力；(2)測(cè)試時(shí)間很短，每個(gè)測(cè)試只需等待5 s，即可讀取穩(wěn)定氣體濃度。

此外，傳感器與氣體源有一定距離也不影響實(shí)際氣體濃度，因此現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，傳感器可不必探入電纜溝中，因此無(wú)需撬開(kāi)電纜溝蓋板，降低了檢測(cè)難度，提高了檢測(cè)效率。

5 將來(lái)技術(shù)工作

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，得到了特征氣體與電纜溫度的初步規(guī)律。在未來(lái)研究中，還有如下完善工作：

(1)增加現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試次數(shù)，積累測(cè)試樣本；

(2)發(fā)現(xiàn)典型案例，分析故障嚴(yán)重程度與氣體濃度之間的關(guān)系；

(3)特征氣體成分量化，可準(zhǔn)確分析現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中氣體的濃度與氣體成分。

6 結(jié)束語(yǔ)

采用低功耗控制器與電化學(xué)傳感器研制電纜特征氣體檢測(cè)裝置，采用永磁式無(wú)刷微型泵提高檢測(cè)效率與檢測(cè)濃度。設(shè)計(jì)變滑模狀態(tài)觀測(cè)器估計(jì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制。結(jié)果表明，速度閉環(huán)相對(duì)速度開(kāi)環(huán)控制方式可將檢測(cè)時(shí)間縮短10倍、檢測(cè)濃度提高20%以上。