礦用高壓電纜接線盒溫度監測技術研究

李桐喆

【摘要】 礦用高壓電纜接線盒是煤礦井下主要的設備，其可靠性直接關系到井下安全生產工作能否順利開展。本文在分析礦用高壓電纜接線盒組成及其對安全生產工作影響的基礎上，結合數字信號處理器（DSP）設計礦用高壓電纜接線盒溫度監測系統，系統主要由DSP最小系統、溫度檢測單元、超溫報警單元、通信單元和顯示單元組成，可以實現對接線盒的溫度實時監測。

【關鍵詞】 煤礦 高壓電纜 接線盒 溫度監測

煤炭是我國能源生產和消耗的主體，在一次能源和二次能源中占有重要的地位，在未來的一段時間內煤炭在能源結構中的主導地位不能動搖。隨著煤礦開采強度的增加和深度的增加，煤礦電網的的規模和容量急劇增加，礦用高壓電纜接線接線盒的數量越來越多。礦用高壓電纜經常發生故障，嚴重影響了煤礦井下的安全生產工作的順利開展，據不完全統計，井下電纜事故70%是由于電纜接線盒內連接引起的。目前，我國煤礦井下高壓電纜接線盒維護普遍采用工作人員定期巡查，人為檢驗接線盒的狀態好壞，這種方法浪費了大量勞動力，檢驗過程復雜、可靠性低，嚴重制約著煤礦井下安全生產的穩定性和生產效率。

一、礦用高壓電纜接線盒

礦用高壓電纜接線盒是煤礦井下應用較多的設備其主要由防爆外殼、接線端子和基座組成，防爆外殼為鋼板結構，上蓋采用螺栓壓緊結構，兩側為電源線進出線端口，接線端子位于殼體內的基座上，連接時采用壓板將電纜接頭壓接，接線端子固定在機座上，基座為高壓瓷瓶結構，基座上設有輔助接線端子。礦用高壓電纜接線盒適用于爆炸性氣體（甲烷）和煤塵混合物的礦井中，用于連接交流50Hz，電壓3.3kV、6kV和10kV電網中的電纜。礦用高壓電纜接線盒用于周圍空氣溫度-20℃—+40℃、空氣相對濕度不大于95%（+25℃）、無強烈顛簸和沖擊震動、無滴水和雨雪侵入的工作場合。

二、礦用高壓電纜接線盒溫度監測系統設計

煤礦井下巷道結構復雜，大部分為樹形或者魚刺形結構，井下電網結構十分復雜，高壓電纜接線盒具有分布面廣、相距較遠、集中性差等特點。結合以上特點，以數字信號處理器（DSP）為核心設計礦用高壓電纜接線盒溫度監測系統，系統主要由DSP最小系統、溫度檢測單元、超溫報警單元、顯示單元和通信單元組成，其中DSP最小系統采集溫度監測單元反饋的數據，并進行計算、處理；溫度檢測單元用于接線盒內部溫度測量，超溫報警單元以聲音和光的方式提示超溫故障，顯示單元用于顯示系統的工作狀態和接線盒內部溫度情況，通信單元用于實現監測系統與計算機之間的通訊，下邊對DSP最小系統、溫度檢測單元和超溫報警單元進行詳細設計。

2.1 DSP最小系統設計

數字信號處理器（DSP）TMS320F2812最高數據處理頻率可達到150MHz，具有12位16通道模/數轉換器，單路轉換時間最快可達60ns，具有浮點型數據計算函數庫，能夠在定點處理器上實現浮點計算，同時在處理器中集成了具有串行通信和eCAN通訊標準通信接口，方便了與上位機和一些測量設備的數據傳送，在伺服電機控制、電氣設備狀態監測、汽車通訊和航空航天等領域具有廣泛的應用。

2.1.1 電源電路設計

TMS320F2812工作需要內核1.8V和I/O端口3.3V兩種供電電壓，選用正向低壓降穩壓器AMS-1117為DSP內、外核供電。AMS-1117具有可調輸出和固定輸出兩種模式，固定輸出電壓檔分為1.5V、1.8V、2.5V、2.8V、3.0V和3.3V等，輸出精度可達1%，系統選用輸出電壓為3.3V和1.8V的AMS1117-3.3及AMS1117-1.8為DSP芯片供電。雙穩壓芯片供電電路如圖1所示，AMS1117-3.3穩壓芯片輸入5V的直流電壓輸出3.3V的直流電壓作為TMS320F2812的處理器供電電源，同時3.3V供電電壓上電后，通過穩壓芯片AMS1117-1.8的穩壓后輸出1.8V的內核供電電壓，為DSP的內核供電，實現了雙電壓供電方式。

2.1.2系統時鐘和復位電路設計

時鐘的質量和精度直接關系到檢測系統的測量精度和可靠性。本文選用30MHz有源晶振為DSP提供外部時鐘信號，經過DSP的PLLCR設置鎖相環的工作模式和倍頻系數，輸入5倍于時鐘信號的乘法因子得到150MHz的內部時鐘信號。為了使DSP能夠在上電后自動加載FLASH中的程序，需要設計可靠的復位電路，如圖2所示。電阻R、極性電容Cr和復位開關共同組成系統復位電路。當電源上電后，利用電容Cr的充電，＼RS復位端維持低電平狀態，DSP上電自動復位操作成功，復位后DSP程序從000h開始運行。

2.2 溫度檢測電設計

監測系統主要對礦用高壓電纜接線盒的內部接線端子進行溫度測量，選用溫度傳感器AD590作為溫度測量元件，測量時將溫度傳感器粘貼在電纜接線盒內部接線端子上，傳感器輸出信號經過LM358運算放大器和HCNR201光電耦合后發送給DSP芯片，溫度檢測單元電路如圖2所示。AD590是美國AD公司研制的一種電流式集成溫度傳感器，這種器件在被測溫度一定時，相當于一個恒流源，輸出1?A/K正比于絕對溫度的電流信號，具有較強的線性度和抗干擾能力。

2.3 超溫報警單元設計

監測系統超溫報警單元由蜂鳴器和發光二極管組成，DSP的數字信號輸出端口輸出端和電阻、報警指示燈相連接，礦用高壓電纜接線盒溫度過高時DSP輸出高電平，報警指示燈（發光二極管）閃爍，同時與蜂鳴器相連接的DSP端口輸出高電平，三極管導通，蜂鳴器發出報警警報，提醒工作人員進行超溫事故處理，同時設有復位電路，用于關掉報警信號。

三、結束語

本文礦用高壓電纜接線盒溫度測試問題進行研究，設計了基于DSP的溫度實時監測系統，重點設計了DSP最小系統、溫度監測單元和超溫報警單元。監測系統具有結構簡單、穩定性能高和實時性好等優點，為煤礦井下高壓接線盒狀態監測與評估技術的發展奠定基礎。

參 考 文 獻

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