本方案根據(jù)供電企業(yè)的實(shí)際需要，采用無(wú)線技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端。它位于各電纜接頭處采集溫度數(shù)據(jù)和電纜電流數(shù)據(jù)，通過近距離微功耗無(wú)線技術(shù)將分接箱中的測(cè)量數(shù)據(jù)匯集于位于分接箱底部的數(shù)據(jù)集中器，再上傳至監(jiān)控中心的PC，實(shí)現(xiàn)了城市供電電纜分接箱電纜接頭運(yùn)行溫度和電流的低成本在線可靠監(jiān)測(cè)。
硬件電路設(shè)計(jì)
測(cè)量原理
實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和理論分析均表明，電纜接頭處發(fā)生的各類故障并不是一個(gè)突發(fā)的過程，是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過程，通常表現(xiàn)為電纜接頭處溫度不斷升高。此外，在電力系統(tǒng)中，電力設(shè)備存在負(fù)載電流與溫度正相關(guān)的規(guī)律:當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)會(huì)出現(xiàn)溫度升高，而負(fù)載電流減小時(shí)會(huì)出現(xiàn)降溫的現(xiàn)象。
分接箱電纜接頭表面溫度是反映其運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù)。對(duì)電纜接頭溫度進(jìn)行不間斷地監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析，可使運(yùn)行人員全面掌握其工作狀況，及時(shí)了解電纜接頭的老化情況，在必要時(shí)結(jié)合生產(chǎn)情況提出檢修計(jì)劃，避免或減少故障的發(fā)生，提高供電系統(tǒng)安全性、可靠性，從而促進(jìn)供電企業(yè)增收節(jié)支，提高經(jīng)濟(jì)效益。
根據(jù)分接箱電氣安全規(guī)程，相與相接頭之間空間距離不小于1cm，接頭與分接箱側(cè)壁和頂部的空間距離不小于15cm，各接頭與三芯電纜分裂處垂直距離不小于70cm。分接箱電纜接頭導(dǎo)體外部為絕緣護(hù)套層，而絕緣護(hù)套層表面實(shí)際上存在著幾百伏至上千伏不等的電壓。電纜接頭導(dǎo)體溫度主要取決于通過導(dǎo)體中的電流I、接觸電阻R和環(huán)境溫度TE，在通過電流和環(huán)境溫度變化不大的情況下，主要受接觸電阻的影響。測(cè)點(diǎn)溫度為接頭導(dǎo)體溫度T和環(huán)境溫度TE的分溫，通過它雖不能直接測(cè)出接頭導(dǎo)體部分的實(shí)際溫度，但在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況下，它與接頭導(dǎo)體溫度近似成線性關(guān)系。因此，對(duì)于分接箱電纜接頭溫度的監(jiān)測(cè)，主要測(cè)量電纜接頭表面溫度與通過電纜接頭的電流，以及分接箱環(huán)境溫濕度等。
供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)
監(jiān)測(cè)終端供電電路的設(shè)計(jì)思想是，利用特制線圈從電纜感應(yīng)出一定功率的交流電壓，通過整流、濾波和穩(wěn)壓之后，提供給監(jiān)測(cè)終端。電流大致在10A~300A范圍的中高壓電纜上的交流電壓，之后利用整流、濾波電路將交流變?yōu)橹绷鳎梅€(wěn)壓電路將約為5V的直流電壓變?yōu)?3.3V的直流恒壓供給監(jiān)測(cè)終端。另外，為了防止在電纜大電流情況下，特制線圈感應(yīng)電壓過大導(dǎo)致后端電路燒毀，為電路增加了過電壓保護(hù)電路，起到保護(hù)器件的作用。如圖1所示。
該電路設(shè)計(jì)的難點(diǎn)主要在于，電纜電流較小時(shí)，要盡量保證電源的供應(yīng);而當(dāng)電纜處于大負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，甚至是短路故障電流時(shí)，要給予電源板足夠的保護(hù)，不能損壞器件。
該電源包括供能線圈，整流濾波穩(wěn)壓電路，控制線圈，控制電路以及防雷保護(hù)電路。
供能線圈為特制的小型CT(電流互感器)，利用電磁感應(yīng)從電纜獲得能量。該裝置選用飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度較低、導(dǎo)磁率較高的硅鋼片制作鐵芯。供能線圈/控制線圈以及整流濾波穩(wěn)壓電路，控制電路和防雷保護(hù)電路與監(jiān)測(cè)終端固定在鐵芯一側(cè)，便于減小體積和重量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，確定線圈的匝數(shù)，保證電纜電流在10A以上時(shí)可提供穩(wěn)定的3.3V穩(wěn)壓輸出。供能線圈的輸出接防雷保護(hù)電路后，再連接到整流濾波穩(wěn)壓電路。
由于高壓電纜上運(yùn)行的電流變化范圍大，且暫態(tài)電流在達(dá)到數(shù)十倍的額定電流時(shí)還要保持電源穩(wěn)定，要保證電流在達(dá)到300A時(shí)電源還能正常工作。電纜電流過大時(shí)感應(yīng)線圈的鐵芯處于磁飽和狀態(tài)。鐵芯飽和后，磁化曲線呈非線性關(guān)系，感應(yīng)電勢(shì)變?yōu)轭愃泼}沖波，導(dǎo)致穩(wěn)壓電源模塊輸入電壓過高燒毀，不利于電源的實(shí)現(xiàn)。 本設(shè)計(jì)增加了一個(gè)控制繞組和控制電路，當(dāng)電纜電流過大，獲取能量過多時(shí)，控制供能線圈感應(yīng)電壓在適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣秶?/p>