基于無(wú)線(xiàn)技術(shù)的電纜接頭溫度監測系統終端設計

本方案根據供電企業(yè)的實(shí)際需要，采用無(wú)線(xiàn)技術(shù)設計了一種新型電纜接頭溫度監測系統終端。它位于各電纜接頭處采集溫度數據和電纜電流數據，通過(guò)近距離微功耗無(wú)線(xiàn)技術(shù)將分接箱中的測量數據匯集于位于分接箱底部的數據集中器，再上傳至監控中心的PC，實(shí)現了城市供電電纜分接箱電纜接頭運行溫度和電流的低成本在線(xiàn)可靠監測。

　　硬件電路設計

　　測量原理

　　實(shí)際運行經(jīng)驗和理論分析均表明，電纜接頭處發(fā)生的各類(lèi)故障并不是一個(gè)突發(fā)的過(guò)程，是一個(gè)由量變到質(zhì)變的過(guò)程，通常表現為電纜接頭處溫度不斷升高。此外，在電力系統中，電力設備存在負載電流與溫度正相關(guān)的規律:當負載電流增大時(shí)會(huì )出現溫度升高，而負載電流減小時(shí)會(huì )出現降溫的現象。

　　分接箱電纜接頭表面溫度是反映其運行狀態(tài)的重要參數。對電纜接頭溫度進(jìn)行不間斷地監測和統計分析，可使運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)結合生產(chǎn)情況提出檢修計劃，避免或減少故障的發(fā)生，提高供電系統安全性、可靠性，從而促進(jìn)供電企業(yè)增收節支，提高經(jīng)濟效益。

　　根據分接箱電氣安全規程，相與相接頭之間空間距離不小于1cm，接頭與分接箱側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。分接箱電纜接頭導體外部為絕緣護套層，而絕緣護套層表面實(shí)際上存在著(zhù)幾百伏至上千伏不等的電壓。電纜接頭導體溫度主要取決于通過(guò)導體中的電流I、接觸電阻R和環(huán)境溫度TE，在通過(guò)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。測點(diǎn)溫度為接頭導體溫度T和環(huán)境溫度TE的分溫，通過(guò)它雖不能直接測出接頭導體部分的實(shí)際溫度，但在現場(chǎng)環(huán)境情況下，它與接頭導體溫度近似成線(xiàn)性關(guān)系。因此，對于分接箱電纜接頭溫度的監測，主要測量電纜接頭表面溫度與通過(guò)電纜接頭的電流，以及分接箱環(huán)境溫濕度等。

　　供電系統設計

　　監測終端供電電路的設計思想是，利用特制線(xiàn)圈從電纜感應出一定功率的交流電壓，通過(guò)整流、濾波和穩壓之后，提供給監測終端。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?，利用穩壓電路將約為5V的直流電壓變?yōu)?3.3V的直流恒壓供給監測終端。另外，為了防止在電纜大電流情況下，特制線(xiàn)圈感應電壓過(guò)大導致后端電路燒毀，為電路增加了過(guò)電壓保護電路，起到保護器件的作用。如圖1所示。

　　該電路設計的難點(diǎn)主要在于，電纜電流較小時(shí)，要盡量保證電源的供應;而當電纜處于大負荷運行狀態(tài)，甚至是短路故障電流時(shí)，要給予電源板足夠的保護，不能損壞器件。

　　該電源包括供能線(xiàn)圈，整流濾波穩壓電路，控制線(xiàn)圈，控制電路以及防雷保護電路。

　　供能線(xiàn)圈為特制的小型CT(電流互感器)，利用電磁感應從電纜獲得能量。該裝置選用飽和磁感應強度較低、導磁率較高的硅鋼片制作鐵芯。供能線(xiàn)圈/控制線(xiàn)圈以及整流濾波穩壓電路，控制電路和防雷保護電路與監測終端固定在鐵芯一側，便于減小體積和重量。根據電磁感應原理，確定線(xiàn)圈的匝數，保證電纜電流在10A以上時(shí)可提供穩定的3.3V穩壓輸出。供能線(xiàn)圈的輸出接防雷保護電路后，再連接到整流濾波穩壓電路。

　　由于高壓電纜上運行的電流變化范圍大，且暫態(tài)電流在達到數十倍的額定電流時(shí)還要保持電源穩定，要保證電流在達到300A時(shí)電源還能正常工作。電纜電流過(guò)大時(shí)感應線(xiàn)圈的鐵芯處于磁飽和狀態(tài)。鐵芯飽和后，磁化曲線(xiàn)呈非線(xiàn)性關(guān)系，感應電勢變?yōu)轭?lèi)似脈沖波，導致穩壓電源模塊輸入電壓過(guò)高燒毀，不利于電源的實(shí)現。 本設計增加了一個(gè)控制繞組和控制電路，當電纜電流過(guò)大，獲取能量過(guò)多時(shí)，控制供能線(xiàn)圈感應電壓在適當的工作范圍。