淺談對我國配網(wǎng)運行設(shè)備電纜溫度傳感器的研制

樂小琴

摘要：在配網(wǎng)運行過程中，電纜是重要載體，目前，配電線纜溫度實時監(jiān)測并通過溫度異常點反演故障位置成為了現(xiàn)今的研究熱點。在中國國內(nèi)配電線纜溫度監(jiān)測和故障定位中，主要是通過分布式光纖傳感器進行實時監(jiān)測，并將測量結(jié)果進行數(shù)據(jù)上傳后終端進行綜合分析，最終形成了一個集溫度監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、故障定位等功能于一體的電纜網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)運行設(shè)備;電纜溫度傳感器;研制

引言

配網(wǎng)運行設(shè)備的電纜或電纜與母排的連接處如果接觸不好或設(shè)備老化，存在觸點高溫的安全隱患，嚴重情況下會造成運行設(shè)備不能正常在網(wǎng)運行，導(dǎo)致重大事故。傳統(tǒng)測溫技術(shù)，離線巡檢用紅外設(shè)備價格昂貴，需要用戶定時巡檢，人工成本高昂，且不能保障設(shè)備在線運行實時的安全性;有源在線溫度監(jiān)測設(shè)備，采樣有源傳感器存在電池供電的安全隱患，安裝有源傳感器，在為用戶解決問題的同時，也帶來了安全隱患。相比有源溫度傳感器，基于聲表面波的溫度傳感器后續(xù)維護成本低廉，能夠長期工作在高溫環(huán)境，對測溫場景要求低，能夠適應(yīng)各種測試場景。

1電力電纜監(jiān)測

1.1電力電纜監(jiān)測的指標(biāo)

①電線電纜的常用標(biāo)準，標(biāo)準的化的電纜在使用中會發(fā)揮更加積極的意義，也能夠保障安全，所以進行電線電纜的常規(guī)確定十分必要。②進行絕緣電纜性的監(jiān)測。絕緣電纜性對于電纜的正常運行有著重要的影響，積極的進行檢測保證其正常對于電纜的功能發(fā)揮十分的重要。③電纜的耐壓實驗。通過耐壓試驗檢測出電纜的耐壓性，這樣可以為電纜的運用環(huán)境檢測提供一定的數(shù)據(jù)參考。另外，通過耐壓性實驗，電纜的結(jié)構(gòu)缺陷也可以得到檢測。簡言之，做好以上三方面的指標(biāo)確定，電力電纜的質(zhì)量得到保證，檢測的統(tǒng)一性也可以實現(xiàn)。

1.2電力電纜監(jiān)測的重要性

從目前的電力工作實踐來看，電力電纜監(jiān)測有著重要的應(yīng)用。主要是因為監(jiān)測的價值十分的顯著：①在長期的實踐中發(fā)現(xiàn)高壓電纜會因為外部的熱故障產(chǎn)生一些運行故障，進而造成線路運行的事故，進行監(jiān)測的強化可以及時的發(fā)現(xiàn)并解決問題。②一些人為的原因會導(dǎo)致電纜故障的產(chǎn)生，強化監(jiān)測能夠有效的規(guī)范人為活動，實現(xiàn)故障的避免。

2電纜接口溫度監(jiān)控技術(shù)原理

電纜接口導(dǎo)電線芯可以分為銅芯電纜頭和鋁芯電纜頭。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可以分為T型電纜接頭和肘型電纜接頭。電纜頭普遍存在密封性強特點，在實際工作中難以測控導(dǎo)線線芯的溫度。所以，對于電纜頭的溫度控制，要通過測量電纜接頭表面溫度反映線芯溫度，設(shè)計如何進行傳熱，從而建立起電纜接頭表面溫度和線芯溫度的關(guān)系。電纜接口溫度監(jiān)控系統(tǒng)采用傳熱基本理論進行。傳熱學(xué)是物體和物體之間、物體內(nèi)部之間進行傳遞熱量的科學(xué)。溫度只要有高低差異，必然會從溫度高的地方向溫度低的地方流轉(zhuǎn)。熱機理不同，分為導(dǎo)熱、對流以及熱輻射3種方式。導(dǎo)熱是由微觀粒子進行無序運動建立的物理過程，從溫度高的地方流向溫度低的地方，通過導(dǎo)熱系數(shù)、物理參數(shù)實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，與材料種類和溫度有關(guān)。對流是一種物體間宏觀相對運動進行的熱量傳遞，對流發(fā)生流體中進行導(dǎo)熱，而對流換熱系數(shù)作為重要的參數(shù)，可以反映對流強弱的物理量，它取決于流體的熱物性、流體流速、流態(tài)以及幾何大小和溫差。輻射能是物體在運動發(fā)展變化中不同的電磁波釋放以及物體間互相發(fā)射電磁波的情況。

3配網(wǎng)運行設(shè)備電纜溫度傳感器的研制方法

3.1軟件設(shè)計

主控模塊作為軟件系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，程序初始化后，中斷各個串口的數(shù)據(jù)，執(zhí)行子程序，實現(xiàn)和ZigBee協(xié)調(diào)器、GPRS模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸。GPRS模塊要通過指令完成協(xié)議，格式為AT+指令文字方式，回車鍵操作，中間添加實際內(nèi)容，主要包括操作設(shè)置、測試、狀態(tài)查詢以及命令執(zhí)行等。當(dāng)GPRS模塊收到相應(yīng)AT指令后，實現(xiàn)電纜接頭實時溫度控制，并且發(fā)送數(shù)據(jù)到終端電腦上分析。具體流程：建立一個TCP/IP功能初始化，建立一條TCP/IP鏈接打開現(xiàn)場數(shù)據(jù)和服務(wù)器傳輸入口，設(shè)置數(shù)據(jù)模式并進行發(fā)送，實現(xiàn)電纜接頭溫度數(shù)據(jù)監(jiān)測發(fā)送工作，發(fā)送完成后關(guān)閉鏈接。

3.2硬件設(shè)計

3.2.1終端節(jié)點的結(jié)構(gòu)設(shè)計

終端節(jié)點由ZigBee節(jié)點和溫度采集模塊組成。ZigBee節(jié)點一般分為處理器、采集部分、電源部分以及調(diào)試和復(fù)位電路等，最重要的部分是處理部分和無線通信部分。外圍電路有電源管理、編程調(diào)試復(fù)位電路等。

3.2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計

該系統(tǒng)硬件采用溫度傳感器、GPRS定位模塊、微處理電路設(shè)備、ZigBee通信模塊和支撐電源模塊組成，其中溫度傳感器采用數(shù)字溫度傳感器，利用單總線的傳輸原理，可以和微處理器進行一根線連接，并且能夠支持多個網(wǎng)點布控，實現(xiàn)多點溫度測溫。使用時與外圍電源以及器件達到配合效果，將測控溫度參數(shù)通過通信節(jié)點及時傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)端。ZigBee模塊采用獨立芯片，實現(xiàn)微處理串口通信連接，發(fā)送AT指令實現(xiàn)與GPRS模塊的傳輸，通過基于TCP/IP協(xié)議的GPRS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的信號傳輸。

3.3ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計

該網(wǎng)絡(luò)是建立在溫度采集終端和協(xié)調(diào)端之間的程序。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)編程在開發(fā)憑條及IAR進行，嵌入式系統(tǒng)開發(fā)程序通過ANSI標(biāo)準編輯器、ISO/ANSIC和嵌入式C++庫進行編程，大大提升了效率，提升了多種代碼的優(yōu)化方式。一般對系統(tǒng)格式化，執(zhí)行操作系統(tǒng)，跳到用戶時間，實現(xiàn)終端設(shè)備和協(xié)調(diào)設(shè)備的連接。

3.3.1讀溫度傳感器數(shù)據(jù)

程序啟動后初始化傳感器，進行數(shù)據(jù)循環(huán)收集工作，使用溫度傳感器采集溫度，數(shù)字信號無需轉(zhuǎn)換。對多點測控溫度，建立傳感器64位序列號和測控為支點，通過芯片進行工序控制和讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲在CC2530芯片內(nèi)存，再通過ROM進行數(shù)據(jù)編號，匹配ROM給出一個地址編碼，只有編碼和溫度傳感器一致才能響應(yīng)，從而為下一步傳感器讀寫作準備。

3.3.2終端節(jié)點的程序設(shè)計

通過加入網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳遞到協(xié)調(diào)器，終端節(jié)點和ZigBee模塊初始化操作，協(xié)調(diào)發(fā)送信號給網(wǎng)絡(luò)。該設(shè)計要與接收的超幀結(jié)構(gòu)實現(xiàn)設(shè)備同步，終端節(jié)點一一配對。匹配成功后，實現(xiàn)終端節(jié)點與協(xié)調(diào)端建立起無線網(wǎng)絡(luò)傳輸溫度數(shù)據(jù)。

4溫度傳感器的進步趨向

4.1面式溫度傳感器與點狀溫度傳感器監(jiān)測相輔相承，實現(xiàn)發(fā)電廠站對溫度的監(jiān)控，以達到對已經(jīng)投入工作的發(fā)電設(shè)備進行實時的監(jiān)控，提供整個廠站的溫度數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測從而杜絕出現(xiàn)安全問題，保證電力的正常運輸。

4.2溫度傳感器與電力電纜的問題監(jiān)測手段進行結(jié)合，實現(xiàn)對電廠站電纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫度進行檢測，從而提出一種可以基于新技術(shù)對電廠電纜由于溫度問題而出現(xiàn)的故障的新系統(tǒng)。

2.4.3光纖測溫傳感器。結(jié)合溫度傳感器的特點和發(fā)電站的特點，對在電力電纜工作中易發(fā)熱的器械元件進行實時的狀態(tài)監(jiān)測和對其性能進行評價，以方便其技術(shù)對故障部位及時診斷，進行修理。

結(jié)語

電纜接口的穩(wěn)定性對電力正常運轉(zhuǎn)具有重要作用，可提升產(chǎn)品質(zhì)量和現(xiàn)場工藝水平。溫度是反映電纜運行的重要參數(shù)，因此對環(huán)網(wǎng)柜電纜接頭進行監(jiān)測，可有效防止電纜接頭老化，消除安全隱患，增強電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，實現(xiàn)電力企業(yè)的健康發(fā)展。

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