淺談對我國配網運行設備電纜溫度傳感器的研制

樂小琴

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

關鍵詞：配網運行設備;電纜溫度傳感器;研制

引言

配網運行設備的電纜或電纜與母排的連接處如果接觸不好或設備老化，存在觸點高溫的安全隱患，嚴重情況下會造成運行設備不能正常在網運行，導致重大事故。傳統測溫技術，離線巡檢用紅外設備價格昂貴，需要用戶定時巡檢，人工成本高昂，且不能保障設備在線運行實時的安全性;有源在線溫度監測設備，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維護成本低廉，能夠長期工作在高溫環境，對測溫場景要求低，能夠適應各種測試場景。

1電力電纜監測

1.1電力電纜監測的指標

①電線電纜的常用標準，標準的化的電纜在使用中會發揮更加積極的意義，也能夠保障安全，所以進行電線電纜的常規確定十分必要。②進行絕緣電纜性的監測。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境檢測提供一定的數據參考。另外，通過耐壓性實驗，電纜的結構缺陷也可以得到檢測。簡言之，做好以上三方面的指標確定，電力電纜的質量得到保證，檢測的統一性也可以實現。

1.2電力電纜監測的重要性

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

2電纜接口溫度監控技術原理

電纜接口導電線芯可以分為銅芯電纜頭和鋁芯電纜頭。根據結構不同可以分為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系。電纜接口溫度監控系統采用傳熱基本理論進行。傳熱學是物體和物體之間、物體內部之間進行傳遞熱量的科學。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。熱機理不同，分為導熱、對流以及熱輻射3種方式。導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，通過導熱系數、物理參數實現溫度調節，與材料種類和溫度有關。對流是一種物體間宏觀相對運動進行的熱量傳遞，對流發生流體中進行導熱，而對流換熱系數作為重要的參數，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、流態以及幾何大小和溫差。輻射能是物體在運動發展變化中不同的電磁波釋放以及物體間互相發射電磁波的情況。

3配網運行設備電纜溫度傳感器的研制方法

3.1軟件設計

主控模塊作為軟件系統的關鍵所在，程序初始化后，中斷各個串口的數據，執行子程序，實現和ZigBee協調器、GPRS模塊之間的數據傳輸。GPRS模塊要通過指令完成協議，格式為AT+指令文字方式，回車鍵操作，中間添加實際內容，主要包括操作設置、測試、狀態查詢以及命令執行等。當GPRS模塊收到相應AT指令后，實現電纜接頭實時溫度控制，并且發送數據到終端電腦上分析。具體流程：建立一個TCP/IP功能初始化，建立一條TCP/IP鏈接打開現場數據和服務器傳輸入口，設置數據模式并進行發送，實現電纜接頭溫度數據監測發送工作，發送完成后關閉鏈接。

3.2硬件設計

3.2.1終端節點的結構設計

終端節點由ZigBee節點和溫度采集模塊組成。ZigBee節點一般分為處理器、采集部分、電源部分以及調試和復位電路等，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、編程調試復位電路等。

3.2.2系統硬件設計

該系統硬件采用溫度傳感器、GPRS定位模塊、微處理電路設備、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點布控，實現多點溫度測溫。使用時與外圍電源以及器件達到配合效果，將測控溫度參數通過通信節點及時傳輸到協調端。ZigBee模塊采用獨立芯片，實現微處理串口通信連接，發送AT指令實現與GPRS模塊的傳輸，通過基于TCP/IP協議的GPRS網絡實現監測數據之間的信號傳輸。

3.3ZigBee無線網絡軟件設計

該網絡是建立在溫度采集終端和協調端之間的程序。ZigBee無線網絡編程在開發憑條及IAR進行，嵌入式系統開發程序通過ANSI標準編輯器、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化方式。一般對系統格式化，執行操作系統，跳到用戶時間，實現終端設備和協調設備的連接。

3.3.1讀溫度傳感器數據

程序啟動后初始化傳感器，進行數據循環收集工作，使用溫度傳感器采集溫度，數字信號無需轉換。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據，將數據存儲在CC2530芯片內存，再通過ROM進行數據編號，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，從而為下一步傳感器讀寫作準備。

3.3.2終端節點的程序設計

通過加入網絡將數據傳遞到協調器，終端節點和ZigBee模塊初始化操作，協調發送信號給網絡。該設計要與接收的超幀結構實現設備同步，終端節點一一配對。匹配成功后，實現終端節點與協調端建立起無線網絡傳輸溫度數據。

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測相輔相承，實現發電廠站對溫度的監控，以達到對已經投入工作的發電設備進行實時的監控，提供整個廠站的溫度數據，實時監測從而杜絕出現安全問題，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測手段進行結合，實現對電廠站電纜的內部結構溫度進行檢測，從而提出一種可以基于新技術對電廠電纜由于溫度問題而出現的故障的新系統。

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

結語

電纜接口的穩定性對電力正常運轉具有重要作用，可提升產品質量和現場工藝水平。溫度是反映電纜運行的重要參數，因此對環網柜電纜接頭進行監測，可有效防止電纜接頭老化，消除安全隱患，增強電網的穩定性和可靠性，實現電力企業的健康發展。

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