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摘要：电缆接头温度严重影响电缆的绝缘寿命，传统的电力电缆监控系统通过采集电缆接头温度，当监测到电缆接头温度大于阂值时再进行处理，此时可能已经发生电缆故障。重点研究如何实现电缆故障预判，通过合适的算法提前判断电缆接头存在故障的可能性。因此提出利用灰色cM（i，i>模型建立电缆接头温度预测模型，实时预测电缆接头在下个周期内的温度，将该模型的预测值与阂值进行比较，当预测值大于阂值时，电缆便存在发生故障的趋势，系统发出告警信号。利用该预警模型成功预侧了拜埠供电公司汤河路段电缆故障点。
关键词：电力电缆；故障监测；预警系统的设计
1导言
电力电缆在城市输配电系统中起着连接枢纽的作用，随着电力系统的发展，电缆的数量也越来越多。由于电力电缆工作运行时间较长，且其工作的环境较恶劣，同时由于其他破坏性因素，容易对电力电缆造成严重的破坏，严重时会导致用户停电，给社会生产、生活带来巨大的损失。因此为了保证电力电缆的正常运行，维持电网的安全和稳定，研究准确可靠的电力电缆故障监测和预警系统意义十分重大。
2电力电缆温度预测原理
根据工程实践发现，电力电缆接头出现故障是一个长期积累的过程，由于电缆接头处温度的持续升高，以及电缆接头处电流逐渐增加，会导致电缆的绝缘性能大幅下降，长时间运行后，电缆接头便会出现故障。温度检测是电缆在线监测的一项重要手段，电缆的老化或者负荷的增加都会一定程度上通过芯线导体的温度反映出来，电力电缆导体以及附件损耗的增大或者接头处的局部电流的增大，都会导致电缆导体温度上升。因此可以通过采集电缆接头处的温度来判断电缆是否出现故障。温度信号可靠性很高，而且容易测量。电缆接头处温度的大小与电缆接头处电流有一定的关系，根据经验统计，电流与电缆接头温度呈正相关，本文提出利用灰色GM（1，1）模型建立电缆接头温度预测模型。灰色GM（1，1）模型在研究灰色系统中有着重要的应用，在灰色系统理论建模过程中利用某种变换得到新的序列叫做“生成”，灰色模型一般利用累加生成来减少原始序列的波动性和随机性。本文利用灰色GM（1，1）模型建立电缆接头温度的高精度预测模型，通过预测电缆接头温度的趋势，达到提前判断电缆是否会出现故障的目的。
3电力电缆故障监测与诊断系统
文中提出的电缆和电缆接头预警系统能很好地解决上述问题。本系统基于传感器网络，集成了传感器、微机电系统和无线网络技术；采用了无线通信方式传输数据，只需将终端装置安装在每个待监测的电缆接头处即可，无需进行大规模布线。单个的检测终端之间相互独立，安装方便灵活，传输数据可靠快捷。此外，系统的主要设备采用低功耗的嵌人式系统，系统的使用寿命长。
3.1系统构成
监测系统采用分片型采集处理与集中式设置查询的分布集散型网络结构形式。系统主要由3部分组成，分别为电缆接头温度探测传输终端装置、电缆接头温度巡检仪、电缆接头温度数据分析软件。这种设计方式扩容性能好，便于计算机联网。电缆接头温度巡测系统装置如图1所示。
图1 电缆温度监测系统示意图
3.2监测单元
终端装置安装在每个电缆接头处，由它来测量并传输测量数据。终端装置输出测量信号通过无线数据传输传送至距电缆接头附近的数据收集单元终端装置是系统最重要的组成部分，主要负责采集和保存电缆接头设定时间点的温度数据，并以无线方式与巡检仪通信。由于系统以太阳能供电，为实现低功耗，从2个方面解决，选用低功耗的器件；实现多种工作状态，如发射状态、接收状态、采集数据状态、睡眠状态等。微处理器通过电源管理单元控制整个装置的工作状态：大部分时间系统处于睡眠状态，仅仅只有微处理器中1个低频时钟在工作；系统按照软件设置的采样间隔启动温度传感器单元进行温度采集及AD转换，并将所得数据存储在外部存储单元中；而无线通信单元以很低的占空比时间工作，且只在接收到巡检仪发出的激活信号并确定是自己的ID时，才按命令要求通过微处理器从外部存储单元中取出相应的温度数据上传至巡检仪。终端装置的硬件结构框图如图2所示。
3.3巡检分析仪
便携式电缆接头温度巡检分析仪用于巡线人员到现场收集各个电缆接头的温度数据。巡检仪有手动和自动两种工作模式。在自动工作模式下，进入终端装置的信号覆盖区内，便可自动与终端装置进行链接；也可选择手动工作模式，针对性地获取某些终端装置的数据信息。除此以外，该仪器还具备简单的故障分析能力，并通过对某个电缆接头的历史温度数据的分析处理，及时地对可能发生事故的线路提出报警信息。
3.4后台分析系统
后台分析系统用于实现电缆接头的故障分析与诊断。工作站的PC机将巡检仪获取的数据存人数据库，建立历史纪录，电缆接头数据管理与故障诊断分析软件将根据各个电缆头的温度变化，有效地分析电缆接头工作情况。分析内容包括超温分析、温升趋势分析、温度梯度分析和自动环境温度补偿等，并能做出报警、对比、历史记录等处理，保障在电缆发生事故之前做出预警。
3.5传感器的选择
温度传感器的选取，是终端温度监测设计中的重要环节。传感器类型的不同，检测仪器的检测方法和电路结构也会有很大的不同，传感器特性的优劣，对整个装置的性能有很大的影响。目前常用的温度传感元件主要有红外传感器、热电偶、热敏电阻、半导体PN结、温控晶闸管和集成电路型温度传感器等，红外式最大的优点是非接触测量，因而具有很好的安全性，其缺点是结构复杂、抗干扰能力差，对环境要求高，不宜选用；热电偶传输信号需用专用补偿线，且传输距离不宜太长，不适应电缆头分布面很广的实际情况；热敏电阻通常为铂电阻，一般需采用三线式传输，平衡电桥式输出，传输距离也不宜太长，且抗干扰的能力较差；半导体PN结型和温控晶闸管型传感器也存在问题，均不适用于电缆头温度的检测；集成电路型的测温元件有多种类型，其中电流输出型的元件有很大的内阻（≥10MΨ），适合于远距离传输，抗干扰能力较强，通常体积较小，可用防腐防潮抗高温的导热硅胶密封在被测量点处，外接线由两条线引出，被测点处不需要工作电源，比较适合电缆头温度测量的需要经反复比较，本系统选择电流输出型集成电路测温组件AD590为温度传感器。
4结语
基于状态监测电力电缆预警机制的建立是发展的趋势，在线测量可以及时了解电缆线路的运行状态，以求维护的合理化。这对于合理地使用设备，保证电力系统安全运行，将起到极大的作用。状态监测技术的关键是被测信息的采集和抗干扰，测量装置必须保证不影响电缆线路的安全正常运行，同时还要保证人身安全。
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论文作者:黄少强
论文发表刊物:《电力设备》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/8
标签：电缆论文; 温度论文; 终端论文; 系统论文; 电力电缆论文; 装置论文; 故障论文; 《电力设备》2017年第11期论文;