單片機在電力電纜故障在線檢測中的應用探討

朱根良

中圖分類號:TM247文獻標識碼:A文章編號:1673-0992(2009)12-037-01

摘要:電力電纜在運行過程中,必然要出現絕緣老化現象,甚至發生絕緣擊穿,引起供電線路的突發停電事故。本文主要介紹下基于C8051單片機電纜在線檢測裝備,檢測的項目主要包括電纜通,短,斷及電纜接頭溫度,環境溫度與濕度,電纜泄露電流等,最后,對論文進行總結,并對未來研究進行展望。希望為電力系統安全、方便、迅捷的檢測電纜狀態及環境,溫度信息提供有利的理論與實踐依據。

關鍵詞:電力電纜;檢測;故障;診斷

在實際的電力傳輸過程中,由于電纜接頭眾多,并且容易發生內部故障和外部故障,引發的電纜火災在整個電纜事故中約占一半以上。為了有效地避免隱患事故的發生, 采用對電纜接頭進行實時的溫度監測, 全面準確地了解各個接頭點的工作狀況,確定維修計劃,可確保送電安全。

一、電纜故障的現狀與特點

電力電纜的故障不是一下發展起來的,而是由于長期運行造成絕緣老化而最終導致擊穿。有調查顯示,現在全國運行的電力電纜故障80%以上是由于電力電纜附件故障引起的,其中電纜接頭引起的事故占一半以上。電纜接頭故障也可分為外部熱故障和內部熱故障兩類:第一類是外部熱故障。第二類是內部熱故障。電纜接頭處過熱造成的電纜短路放炮所引起的火災,將導致大面積電纜燒壞,設備停機,短時間內無法恢復生產,造成重大經濟損失。研究設計電力電纜火災在線監測系統就是為了能夠實時監測電力電纜的溫度變化,在溫度越限或溫升速度越限時能及時報警,并指出發熱點位置,通知運行人員及時處理,從而保證運行安全,避免經濟損失。

二、電纜故障在線監測方法及比較

在線檢測是一種對運行中電纜絕緣狀況的有效檢測手段。了解電纜絕緣老化的機理,根據電纜運行環境分析可能造成電纜絕緣老化的因素,并積極開展電纜絕緣的在線監測,掌握運行中的交聯電力電纜的絕緣狀況,及早發現電纜存在的缺陷,并采取相應的對策,消除事故根源,對提高電網供電可靠性有著重要的作用。該方法的優點:①測試設備接入時,不用斷開現場任何回路和接點,也不影響電纜網絡輸電運行;② 增加的測試接地點常常選擇電纜接頭處,而且只在監測時接通,不測時仍斷開,不改變原系統的運行環境和運行性能;③對于長電纜可沿電纜線路增加多個測點,使故障點查找更為準確;本系統無須另外布設測試電纜,全系統使用無線通信,被測電纜線路長度不限。

三、基于單片機的電力電纜故障在線監測的原理

基于C8051單片機的電力電纜故障在線監測系統的硬件主要有:計算機、單片機系統、無線收發模塊以及各種適配器等組成。便攜式計算機作為主機,控制和協調單片機系統的工作,單片機系統作為子機,完成對電纜的檢測。在進行電纜檢測時,便攜式計算機首先向單片機系統發送一串同步信號.協調主機和子機之間的通信,緊接著主機向子機發送待檢測電纜的芯數和子機啟動電纜檢查信號;在子機檢查結束之后,主機主要用來接收子機傳送來的電纜檢查信息,經過分析之后,給出電纜的通、短、斷、電纜接頭溫度,環境溫濕度、電纜泄露電流等信息以及排故方案。

四、基于單片機的電力電纜故障在線監測系統的組成

1.硬件系統

本電纜接頭的溫度監測與預警系統采用以C8051單片機為核心的監測方案。整個系統由兩大部分組成:一是硬件系統,二是軟件系統。本系統由上位PC機、主控制機和溫度采集器三部分組成。整個系統從結構上可分為三層:由微型計算機系統構成的上位機用戶監控層,單片機系統分別構成的主控制機控制層和采集器測量層。

2.軟件系統

本系統采用組態軟件和VB語言實現了電纜溫度,環境溫濕度,泄露電流監控系統的數據采集和人機界面。本系統包括電纜接頭溫度,環境溫濕度,電纜泄露電流監測主畫面,報警窗口,歷史曲線,實時曲線及幫助等畫面。系統工況界面可以顯示地理接線(電子地圖)和電氣接線。本系統以顯示某變電所的電氣接線圖為電纜溫度監測主畫面。圖中對電纜進行編號,顯示出相應電纜接頭的溫度。當某電纜接頭溫度超過設定溫度值時,系統自動產生報警信號相應的溫度指示燈顏色變化,通知現場管理人員及時排除故障。

五、數據分析

1.電纜在線絕緣信息分析

電纜線路名稱、編號、初始泄露電流、測試時間、運行時電纜泄露電流隨電壓變化的情況,泄露電流隨溫度、濕度變化的情況。

2.電纜運行絕緣故障信息分析

電纜線路名稱、編號、故障時間、對應泄露電流、電纜型號、電壓等級、輔助測量電流、計算故障點位置、電纜運行絕緣變化情況分析、電纜故障原因分析、電纜運行及故障情況統計。具體處理過程為:開始時,測試儀處于待機狀態,等待主機發出工作命令,一旦接收到主機發送來的命令字后,就對命令字進行分析,按照一定的工作方式和采樣頻率進行脈沖的發送、接收、數據的采集和存儲,采集夠8 k數據則認為此次數據采集任務完成,然后,把RAM中的數據通過串行口發送回主機處理,于是,本次工作過程完成,返回等待狀態,等待下一次命令。同時系統還可將各個測溫點的溫度值實時地以表格形式和曲線形式表示出來。由于上位管理計算機可對各個采集器的歷史數據進行存儲,所以,每次啟動該在線監測系統,便會自動地讀出歷史數據,利用表格或曲線圖可以把具體到某個監測點的歷史數據顯示出來,并可將該表格或曲線圖打印出來,以備管理者通過對歷史數據分析進而得到溫度趨勢的發展預測,及時獲取報警信號。在監測各個采集器和網絡的運行情況時,如發現異常,可及時采取措施進行維護或修復。

六、結論

本文介紹的基于單片機C8051在線監測系統通過對電纜連接頭的溫度,環境溫濕度,電纜泄露電流進行實時監測,可以有效地防止由于動力電纜連接頭絕緣降低導致過熱故障而引發的火災。本系統可應用于電力、冶金、煤礦和港口等企業、實現對動力電纜接頭溫度的在線監測。另外, 該系統如稍加改造, 也可用于糧庫、檔案室、圖書館、蔬菜大棚等溫度監測與控制系統。

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