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摘要：电力电缆作为电力系统中能量传输的关键设备之一，其运行状况对电力系统运行的安全可靠性有重大影响。了解电力电缆的故障原因，有利于采用合理而有效的监测手段及预防措施，保证电力电缆运行的安全性。在电力电缆工作系统中，受绝缘材料性能、制作工艺以及接触电阻存在等因素的影响，电缆接头故障时有发生。因此对电力电缆及其接头的运行状况监测问题进行研究十分必要。基于此，本文主要对电力电缆及其接头运行温度监测技术进行分析探讨。
关键词：电力电缆；接头；运行温度；监测技术；研究
1、前言
电力电缆中间接头的表面温度是反映其运行状态的重要参数。，因此，通过对电缆接头处温度的变化进行经常、连续地监视，就可了解和掌握它的运行状况。发现某接头位置的温度过高，或者与环境温度的差别较大或变化较快，便说明该位置的绝缘已较为薄弱，继续运行可能会导致严重的故障发生，此时，系统应及时发出报警信号，以便值班人员迅速进行处理，避免事故发生。
2、电缆接头温度监测方式
在电力电缆网络中，电缆接头是不可或缺的一部分。总结多年运行经验，有超过90％的电缆运行故障，都是因为接头故障引起的。并且接头温度过高也是发生故障和绝缘老化最主要的原因之一。电荷集肤效应以及涡流损耗、绝缘介质损耗都会产生附加热量，从而使电缆温度升高。当电缆负载电流通过电缆时．电缆接头的温度会从100℃上升到140℃，这便会引起芯线温度也会上升到90℃，导致芯线发热，过高的温度会加速绝缘老化，以致绝缘被击穿。当接头质量不达标时，压接不紧、接触电阻过大，电缆接头温度长期过高时就会将绝缘层破坏，极易导致火灾的发生。
在电缆接头的运行温度监测中，需要考虑到温度监测的具体技术。其中点式温度监测方式包含了有线连接和无线连接两种方式，具体的运行监测如下。
2.1有线连接方式
有线连接是利用数据总线以及单片机来实现主控计算机和温度传感器之间的连接，从而完成数据的管理控制和传输的要求。如，在通过点式温度监测方式来设计的电缆接头运行温度监测系统中，通过总线来进行各个部分的连接，就属于最典型的点式温度监测系统有线连接方式。但是这一方式存在的不足在于：只适合小范围且待测量点相对密集的场合；安装时工作量偏大，并且实现上有很大的困难；一旦出现故障，很难进行维护。所以，多应用于变电站或者是发电厂等待测设备相对集中的区域。
2.2无线连接方式
针对城市电网当中的电缆接头进行温度的在线监测，就可以利用无线连接的方式进行监测处理。城市地下电缆接头温度接头温度监测系统设计的组成如图1所示。在整个系统之中包含了数据采集、处理、传输、显示以及长远距离的通信能力等，同时再配合上软件的支持，不但可以对电缆的工作状态进行监测．同时也可以对电缆故障隐患进行分析。与有线连接方式进行比较．无线连接方式具有不受距离的限制．可以满足大范围温度监测要求；剔除了数据传输布线等繁杂的工作，减少了工作量；适用性较广，拥有良好的经济性等优势。
图1，城市地下电缆接头温度监测系统的组成
3、电缆接头的温度监测
3.1电缆温度就地监测方法
电缆温度的就地监测方法是使用合适的传感器，将测得的对象温度信号转换成为电信号，送入附近适当的监测点，以适合的方式展现出温度测量结果。就地监测方法具有成本低的优点，且布线简单，施工工程量小。其缺点是仪器工作环境不佳，工作人员必须实地观察、记录测量温度，并且警报信号不易检测。
3.1.1示温腊片法
示温蜡片法是在电力电缆或电缆接头可能的过热点贴上特殊蜡片，进行定期的巡视，再根据蜡片的颜色变化或者融化程度来大致推测该点的温度范围。示温蜡片具有超温变化特性，当测温点温度低于某设定的临界温度时，蜡片保持原来正常的颜色，当温度高于临界温度，颜色会突然改变。这是电力电缆等高压设备定性判断温度的方法之一。该方法成本低廉，原理简单，且产品轻巧，便于携带，安装简便，目前在电网内部仍然被广泛应用。
3.1.2引线接头测温法
引线接头温度测量法是在接头处安装引线测温装置，当测得温度高于设定温度时，弹簧触点闭合，启动信号报警。该法运行较为可靠，效果良好，但缺点是不能监测精确温度，不能记录温度历史数据，无法掌握温度的变化趋势。
3.1.3接触式电信号测温法
接触式电信号测量方法是使用最广泛的热电偶和热电阻，其具有操作简单、价格低廉的优点，并且测量的是物体真实温度。随着电力电子技术的高速发展，温度传感器从简单的热电偶等独立原件，发展到模拟集成温度控制器，以及到内含温度传感器的集成电路，其精度、抗干扰能力得到极大提高，实际操作也逐渐简化。热敏电阻测温法利用导体或半导体的电阻值随温度变化的特性来测量温度，可以根据电阻变化值来显示温度值。热电偶式测温法是根据热电效应的原理，将两个成分不同的导体连接起来，利用温度差产生电动势的方法来测量温度。
热敏电阻是一种测温元件，它的优点和不足并存。电阻的体积小、灵敏性高，且该法具有响应时间短、输出信号大、温度值可直接显示等优势，在信号远距离传输时这些优势可得到充分体现，因此热敏电阻作为测温元件在航空领域具有广泛的应用。然而，热敏电阻基本没有互换性，且每个热敏电阻都需独立的接线、布线，既复杂又易损、维护量大、精度和一致性较差，只能得到线路局部温度。同时该法需要金属导线传输信号，无法保证具有稳定的绝缘性。热敏电阻和热电偶都属于电信号传感器，电信号传感器共有的缺点是传输过程中的信号随着距离的增加而迅速衰减，在测量几公里甚至几十公里电缆温度时，信号衰减明显。
3.2电缆温度远程监测方法
电力电缆温度远程监测方法是将测量信号转变为电信号后，经专用的传输线把信号传输到监测设备，经过模拟到数字的转换和一系列数字处理和运算后，实时显示，定时记录测量温度值，再将所测温度值与设定值比较，若检测值超出设定值时，仪器会发出声、光等报警信号及相应控制信号。该方法不需要人工干预，能自动的对多个监测对象进行温度监测，且能在值班人员易于察觉的地方发出声光报警信号，其不足是结构复杂，工程的施工量较大。
3.2.1感烟式在线监测法
感烟式在线监测法具有早期警报的功能，它是目前使用非常广泛的探测器之一。感烟火灾探测器可分为离子型、光电型、半导体型和电容式等几种形式，其中以离子型和光电型火灾探测器的应用居多。
烟雾是早期火灾的一个重要特征。在火灾起始阶段，因温度较低，大多物质处在阴燃阶段，会产生大量烟雾。感烟式火灾报警系统就是通过探测空气中的烟雾粒子，并将其转换为相应的电信号来发出报警，它是实现火灾早期报警的重要仪器。对离子式和光电式感烟探测器在烟雾粒子、颜色、环境条件、燃烧方式等不同状况的响应情况进行性能比较，发现离子型探测器对电力电缆的探测效果和响应效果更佳，因此相对来说，离子感烟探测器的使用范围更广。
当电缆在运行中发生异常时，系统能自动发出事故警报并显示画面，根据计算机模拟界面图，可快速、准确地判断电缆接头故障的实际位置，为电缆的安全运行提供可靠的保障。
该法的不足是电离室设计采用放射性元素，在其生产、运输和废弃过程中有污染环境的风险。探测器本身易受风、湿度等因素影响，通常须应用于空气相对湿度低于95%的环境下，同时还需安装防风罩以减少风速对探测器性能的影响。
3.2.2感温电缆温度监测法
感温电缆内部涂有两根或两根以上的热绝缘材料的弹性钢丝，该法的基本原理是：正常运行时，钢丝之间相互绝缘，而当监测到的外部环境温度达到绝缘材料预定熔化温度时，电缆绝缘层将受到损坏而短路，该短路信号便作为报警信号传送给监测系统。
感温电缆温度监测方法的优点是结构简单，投资少，监测结果可纳入火灾报警控制屏运行。该法的缺点是系统的安装维护工作不太方便、报警温度固定、警报是破坏性的报警，并且只能监测某一段的温度，无法精确定位故障具体位置，无法对温度趋势进行记录和分析。感温电缆主要用于建筑消防设计，例如广州体育馆采用感温电缆对其能源中心、主场馆、训练馆等各个功能场馆进行了监测和保护。
3.2.3无线测温法
当前，电力电缆温度监测技术已经有向无线传感网络方向发展的趋势，无线传感网络由大批低价微型传感器节点组成，可在无人值守的情况下对各个节点的环境状态信息进行方便的采集。目前无线传感网络的无线网络协议有：GPRS、Wi-Fi、蓝牙技术、Zigbee（IEEE802.15.4）、红外技术（FRDA）和超宽带技术（UWB）等。无线测温法采用无线通讯方式有效的进行高压隔离，使得测温点无需有线连接，且测温终端可放置于电缆任何部位，利用其固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能，机动性好、灵活性强、运行管理灵活、维护操作简单，可提高电力电缆运行稳定性，降低工作强度。
无线传感器网络以高精度、经济性在各领域被广泛应用，且势必发展显著。无线传感网络尤其适合于难以使用传统有线通信网络的环境，例如煤炭厂、核电厂等。
4、结语
目前国内外各种电缆温度监测方法有其各自优缺点及应用实测。通过选择合适的温度监测方式，准确监测电力电缆的温度变化情况，可及时知晓运行中的典型常见问题。但是，单一的监测方法有时未必能满足复杂的工况条件，因此，根据具体的电缆布置及运行方式，可有针对性的选用多种监测方法，综合利用各种方式的特征信号数据，能更准确、有效地对电缆温度进行监测。
参考文献：
[1]吴畏，杨博麟，王轶群，等.电力电缆及其接头运行温度监测技术研究[J].电线电缆，2011，（04）：41-44
[2]李华忠.电缆接头温度监测技术的研究[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2014
[3]杨平，王威.电力电缆接头温度无线监测前端装置设计[J].仪表技术与传感器，2011，（06）：44-47
论文作者:李磊1,梁继刚2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/10
标签：温度论文; 电缆论文; 测温论文; 电力电缆论文; 信号论文; 方式论文; 电信号论文; 《电力设备》2017年第27期论文;