电力电缆发热的在线监测技术

【摘要】随着状态检修的深入开展，运行中电力设备数据监测和缺陷数据的采集显得非常重要。因此，根据泉州电业局电网运行状态结合温度传感器及单片机系统制作一种新型实用的电缆在线测温仪;对电缆进行多方面多点的测温，当电缆发热温度超过规定值时可自动报警，数据储存和查询，以及对测温的数据进行分析以了解电缆运行状况，达到减少和避免火灾事故发生的目的。

1电线发热会引起火灾

电缆过负荷发热会引起内部绝缘介质强度下降，比如油浸电缆是靠绝缘纸作为相间或对地绝缘.绝缘纸是用高气密性纸和去离子水洗纸浸绝缘油，当运行中的电缆温度超过规定值时，由于热的作用，绝缘纸粘度会降低并引起纸变脆，造成绝缘强度降低，当绝缘纸失去绝缘强度时，金属导线就会由于没绝缘而短路产生电弧起火。而交联聚乙烯电缆当温度超过规定值时，轻者引起绝缘老化缩短寿命，严重时绝缘材料熔化，金属短路引起火灾。

2传统的测温方法

当前电网重要的电缆隧道、夹层有安装烟火监视报警器，但是如果等到烟火监视发出报警，说明电缆已经着火冒烟，而且又不知道是那一条电缆着火。所以，为防范未然，必须及时准确掌握每一条电缆运行中的发热情况，才能采取减少电流等措施，及时消除存在的隐患。传统的测温方法大致有下面两种：

(1)电缆接头涂色漆。在电缆接头处涂上色漆，然后通过观察相色漆的颜色变化判断发热的情况，当相色漆的颜色变深，漆皮裂开说明接头己发热。但是相色漆的颜色有时变化不大，很容易造成误判断，所以涂色漆的方法比较少采用。

(2)电缆连接头贴试温片。在电缆连接头处贴上试温片，通过观察试温片的熔化判断电气接头是否发热。试温片温度分别为红色80℃、绿色为70℃、黄色为60℃，当试温片熔化时说明接头己发热。由于试温片比较直观所以采用较多，但试温片往往在分合闸开关时被震动掉。

3电缆发热的在线监测仪

传统的测温方法既不精确又容易失效，而且很难掌握每一条电缆每一个时间的发热情况，因此，我们决定采用智能温度传感器，并结合单片机系统制作一款适合于电网电缆状态检修的监测仪。随着电子技术的发展，采用单片机对电缆发热温度进行连续监测，不仅具有组态简单、监控准确可靠、自动报警等优点。而且由于使用先进精确的测温度技术，从而能够比传统的测温方法减少误判断，达到减少电缆火灾事故发生几率的目的。

3.1监测仪的总体结构

系统框如图1所示。主控模块用于控制其他模块的运行和协作，其中我们利用测温模块得出的数据进行过滤存储，并利用键盘接口查询会显出超出温度范围的数据和时间以备检修人员查询。

图1 电缆发热在线检测仪系统框架图

3.2硬件的选择

主控模块：主控单片机采用89C52。存储电路采用Dallas公司生产的DS1225Y，具有64KB的存储空间，可满足我们的历史报警数据保存要求。显示电路采用1602液晶显示器。键盘查询采用4个按键，分别实现为时间调整、时间的加减、温度查询，用查询法完成读键功能。另外加装蜂鸣器用于报警。

3.3温度传感器

在实际电缆运行中，导体在20℃时的温度系数，铜取0.00393，铝取0.00403。每条电缆需要接一个温度传感器，我们采用Dallas公司开发的一线制数字温度传感器DS18B20，与传统的热敏电阻温度传感器相比，能够直接读出被测温度，并且根据实际要求通过简单的编程可设置9～12位的分辨率，可以在750ms内将温度转化为12位的数字量，其温度响应速度是较重要的，经过试验温度产生突变应及时传输或记录，如正常运行温度为60℃，短路时为250℃，必须及时记录，因为短路后电路会自动跳闸，如不及时记录温度会降下来。利用DS18B20可轻松地组建传感器网络，应用一线制总线对DS18B20进行多点温度监控时，多采用在一DQ线上串接多个DS18B20器件，在本文的监测仪中并非用多点测温而是利用传感器的组网功能将每条电缆当成一个点来进行测温。安装前把温度传感器安装在铝盒子，实际安装时把电缆外护层清理干净，并涂上环氧树脂，把铝盒子粘在电缆外护层，然后将引出线和控制板连接。如图2所示。

在DS18B20规格书中并未说明可串接的传感器最大数量，但实际当中不可能无限制的挂接，考虑到单片机处理能力以及总线驱动，并且通过试验我们在保证效率和稳定性的情况下，实际制作一个单片机接8个传感器也就是同时处理8条电缆的发热状态的监测仪。

图3电路原理图

监测仪同时挂接8个DS18B20，采用单总线接入方式，可以利用DS18B20的自动搜索功能定位到每个芯片的注册编号。如果采用分组方式将传感器挂接在不同端口上可提高温度采集效率，但是要以牺牲芯片的端口数和系统稳定性为前提，在测温效率要求不是很高的情况下采用单总线是有利的。另外需注意的是，由于各DS18B20转换方式是采用同时转换，所以需要电流较大，不能利用信号线供电，否则系统无法正常工作。由于系统中使用了多片DSl8B20构成温度传感器网络,结合DSl8B20的实际特点和系统的需求,提出如下解决方案。

首先利用DSl8B20的内部报警上限寄存器存放温度传感器的编号,并将其编号贴在安装完传感器的电缆表面，这样巡检时候可根据编号查询报警值得知哪条电缆异常。流程图如下所示。

图4监测仪测温主程序流程图

图3的温度报警框图由CPU计算发出，发出的报警信号范围如下：电缆运行规程规定：交联聚乙烯绝缘电缆允许最高连续工作温度90℃，油浸纸绝缘电缆允许最高连续工作温度为60℃，这是指电缆线芯的温度。但是测温模块是测电缆外表的温度，根据测试交联聚乙烯绝缘电缆线芯的温度和外表的温度差为15℃，油浸纸绝缘电缆线芯的温度和外表的温度差为10℃。这样把“注意，电缆己发热”的报警信号分别设定为75℃和50℃。电缆是允许短时过负荷运行，交联聚乙烯绝缘电缆允许100℃，油浸纸绝缘电缆允许70℃，这样必须把“注意，电缆己过负荷”的警告信号分别设定为90℃和60℃。电缆过负荷如果超过48h必须增大电缆导体的截面积，否则会损坏绝缘引起火灾。以上的发热和过负荷的信号必须和电缆通过的实际电流相对应，否则会产生误差。如10KV三相联系120mm2交联电缆在环境温度25℃时允许的载流量是285A，发出“注意，电缆己发热”的报警信号应该是大于允许的载流量，当环境温度大于25℃时，如果测出电缆的实际发热温度大于允许最高连续工作温度，应减少电流运行。

当交联聚乙烯绝缘电缆和油浸纸绝缘电缆短路时温度可达到250℃，这时必须把“注意，电缆己短路”的严重警告信号设定为240℃，电缆短路是不能继续运行的。

3.4查询电路

查询电路主要用于查询电缆历史报警温度和时间，以便检修人员随时了解和掌握运行中电缆每一个时间的发热情况(可查询范围根据存储电路DS1225Y的64KB可存信息量，约700条以上记录设定，超出记录，自动剔除最旧的数据，提供接口将数据导出到pc机硬盘上)。通过按钮确定要显示第几天的温度值，把温度值读到单片机内存，发命令给89C52的读写程序，查找对应的地址单元，把地址单元内容读取出来。

4 结束语

在状态检修中我们对运行中的电缆采用新的监测技术，把传感器安装在电缆头，可准确监测电缆头及整条电缆的发热情况，及时准确掌握运行中的发热情况，以便作出减少负荷或停止运行等相应措施。由于能及时提醒人们把电缆的发热控制在正常范围之内，所以能有效防止火灾事故发生。