一种高压电缆及通道综合在线监测系统研究

吕利 罗文

（江西仪能新能源微电网协同创新有限公司 江西省吉安市 343199）

现阶段我国电力行业得到了快速迅猛的发展，高压电缆线路的数量也呈现出迅猛的速度增长，在我国的国家输电网系统当中，高压电缆具有相当重要的作用和地位，需要保证高压电缆线路的高效安全的运行。在高压电缆线路运行管理的过程当中，一般需要利用人工操作的模式来进行管理，基于预防性的实验和人工巡查的方式来发现其中存在的隐患。基于两种方式存在的弊端问题，需要有效的开展电力电缆的诊断和分析，以此来了解电缆在运行状态下的绝缘情况，对于其中可能存在或者已经出现的问题隐患进行及时的排除，大幅度的减少电力电缆日常的维护工作量。

1 电缆通道存在的隐患问题

在电缆通道当中，很多方面存在隐患问题，主要表现为以下几个方面：

（1）电缆通道的规划和管理方面没有进行统一科学的管理，因此在城市其他市政管线之间存在着安全隐患问题；

（2）电缆通道本身在设计的时候大部分按照原则设计，因此在通道路径的精准度上会有所偏差，不利于后期的运行维护工作；

（3）政府以及用户投资改造的电缆通道在建设的过程当中没有对施工质量作出全方位的科学把控，因此造成了施工单位素质残次不齐的状态，产生了电缆线路通道的安全质量问题。基于此，在电缆通道的运维和管理过程当中，需要避免电缆通道不规范的问题。

2 高压电缆及运输通道检测系统

在高压电缆及运输通道检测系统当中，主要包含了几个方面的组成部分，囊括了传感器、信号采集单元和监控主机这三个部分，实现对高压交流电缆本身的运行状态做出定期的检测和维护，对运行过程当中产生的数据做出分析研究，以此来实现辅助维护运维工作。其中传感器部分主要包含了护层电流传感器、运行电流传感器等多个传感器；信号的采集部分主要可以实现多个方面的功能，比如能量提取、电源管理、数据采集、数据处理和通信等功能；在监控主机部分可以实现对状态检测量的有效处理和分析，以此来最大限度的发挥其信号采集单元的管理职能。

2.1 系统组成部分

在高压电缆及通道综合在线监测系统当中，主要包含了温度传感器、电压放大器、电话线路、巡检单元、逻辑判决单元、语音和数显单元等共同组成，在温度传感器方面，进行信号模拟的过程当中，可以选择LM35 作为温度传感器，输出电压为摄氏温标，以此来方便处理和读取。温度在变化1 摄氏度的时候，输出的电压变化为10mV，输出为235mV 也就是0.235V，利用万用表对其进行观察，可以读取当前的摄氏温度为23.5 摄氏度，和常规的温度计进行对比可以发现存在一定的偏差，偏差在0.5 摄氏度之内，其中LM35额定使用温度范围为-55 ～+150°C 的范围内，输出的电压范围在+6V ～-1.0V 的范围内，可以满足工农业的生产需求。在电压放大器当中，主要是基于温度传感器本身的输出特性进行分析，输出的信号需要在正常温度环境状态下地域1V，此种状态下在长距离的有线传输当中很容易产生外部干扰电压，造成读数的较大偏差现象，因此可以将传感器的输出电压放大100 倍来得到大于干扰源的信号电压。在电话线路的信号传输过程当中，需要保证电话线或者网线回路当中的金属线路。现阶段当中有线通信网络响度较多，因此可以将此类线路作为传输信道，来对资源的利用效率进行提升。对于8 芯网线的应用方面，可以将实现信号到桌。传感器回传的信号经过放大之后，对线阻的要求响度比较低。对于巡检单元，需要保证各个温度传感器当中的监控点的信号可以实现汇聚到一点，在模拟通道当中，利用8 路模拟开关来对监测点进行展开顺序巡检，其中频率主要包含了555 芯片构成的多谐振荡电路控制，可以实现手动挡，点动发出控制脉冲信号，手工定位的方式需要对监测点进行长时间的观察。因此为了配合定位，通道号可以利用数码管来对其进行显示。数显电压表当中的三线或四线可以最大限度的满足刷新频率的要求，适用于多路电压的通道频繁切换。最后，在逻辑判断单元当中，可以实现对电缆当中的电压进行的设定和判决，以此来实现对报警通道的科学选择。在模拟通道当中，可以利用运算放大器的比较器功能进行对比分析，对双运放芯片采取固定电阻和可调电位器来进行电阻网络的设置，以此来作为参考电压进行模拟。

2.2 传感器分析模块

对于电流传感器，需要借助于开合钳式结构来进行磁芯设计，在硅钢片材质的基础上进行制造，其外表具备抗腐蚀。对于电流传感器来说，可以实现对护层电流暂态录波进行实时展示的同时，也可以对电力电缆的护层进行接地电流数据的高效耦合。利用此种方式来避免出现短路状态的时候产生瞬时响应现象。接地电流和主电缆的电流可以利用传感器来进行流量的有效检测，其中接地电流的传感器量程在300A，其变比为300:5。相对的主电缆电流传感器的最大量程为1000 A，其自身的量程为1000:5，电流传感器的参数如表1所示。

表1：电流传感器参数表

2.3 信号采集单元

信号采集单元内容当中，包含了多个类型的插件，囊括了多个单元的处理插件，比如电源、通信处理、电流/电压采集板以及高频采集等这几个插件功能，电源板当中可以实现三种插件的配置，其中包含双CT 感应取电板、交流电源板和直流电源板这三种方式。对于通信处理，需要对其中产生的数据进行综合处理，基于以太网来实现数据网络的有效传输。其中的CT 取电插件可以对电流传感器当中的能量进行感应并且获取，在对其进行整流、滤波以及稳压等一系列过程之后可以对稳定的电压信号进行有效获取。其中双CT 取电插件的方式可以对超级电容设计进行有效的引入和利用，对于电力系统在运行过程当中突然发生的电力断电现象，系统本身可以保证十分钟的工作时间。利用超级电容可以实现电力系统当中的数据采集单元具备充足的后备电源来应对突发的断电现象。超级电容可以实现电压信号的获取，前提是在感应取电电流传感器的作用下，经过整流稳压之后的电压可以被称之为超级电容充电。在对感应电流无法获取的状态下，需要利用数据采集单元来保证其工作的顺畅和稳定，超级电容在这个状态下可以进行放电操作来实现电能的有效提供。

2.4 监控主机分析

在监控主机当中，主要实现对状态检测量的处理和分析，以此来实现对信号采集单元的有效管理，在此种程度上结合综合检测分析系统当中所规定的标准化方式来实现通信。在监控主机当中，对于信号采集单元当中所具备的参数数据可以实现一系列的操作,比如参数的设置、数据的召唤以及重启等多个数据控制功能。在系统内部，可以对护层接地电流以及运行电流等多个方面的数据做出有效的监控和展示。在系统内部当中，对于检测的数据来说，可以根据其高压电缆在运行当中实际呈现出的状态来做出诊断和分析，并且将其数据和最终做出的分析诊断结果进行保存显示。对于系统内部来说，可以对检测得出的数据做成曲线图，电缆运行维护人员在对其进行维护的过程当中可以根据其曲线所展现出的线下来对线缆以及通道本身的长期运行状态进行分析和掌握了解。对于系统功能来说，其中包含了多个模块功能，比如系统配置、全维度数据等多个模块。显示界面的当中可以对设备安装线路位置、设备编号及设备在线状态以及电流、温度、振动、电压等参数的曲线状态做出全方位的展示和显示，以此来为运营维护人员提供数据基础。

3 移动传感节点的设计

在现阶段的电缆通道当中，移动传感的检测点设计得到了广泛的应用，在此种方式下，基于通信网络故障缺失的状态下，可以实现对电缆通道基本状态环境的有效检测，在球形移动机器人节点自组网的方式下，实现移动无线传感的网络方式，在UWB 测距的无线传感节点基础上实现了对节点队列跟踪的有效控制算法，利用此种方式，该系统内部可以有效的实现对传感队列运行控制和电缆通道所处环境温湿度与视频的稳定状态进行实时监测，利用此种方式来对电缆通道在发生应急状态下的抢险工作需求，除此之外，也可以用于缺乏通信的封闭或危险应急场景的环境监测需求。其设计的检测环境属于相对复杂的环境，因此对于移动监测点方面，需要在实际的运行过程当中保证其本身的稳定性，同时还要对检测元器件做出有效的保护，其中球形移动的结构自身所具备的不倒翁的移动稳定性和球形壳体具有天然的优势，其本身可以对传感器元器件起到有效的保护作用，在此种情况下，可以充分利用球形移动机器人来对其节点进行检测。在移动节点当中，主要分为外部透明球壳、车轮、电池与配重、主控电路以及摄像头、UWB 模块以及温湿度的模块来共同组成，其中车轮主要由2 个直流电机独立驱动，摄像头需要安装在主控电路版当中，温湿度的模块和摄像头的模块可以适用于检测过程当中对电缆通道的周围所处环境信息进行实时的采集，该模块主要的功能主要是经过主控板上的Wi-Fi 模块来实现上传至地面监控平台当中，其中的UWB 模块有三个，可以对节点之间的距离进行有效的测定，对于移动节点可以进行检测，其中以STM32F103RET6 为主控芯片，在64-LQFP 封装的作用下，可以实现集成度相对较高的芯片，在两路I2C 通信接口和5 路USART通信方面相对畅通，甚至于可以实现多个自主设置的I/O 口。其中摄像头的模块当中，可以基于I2C 的方式来实现通信集成，其中DHT11 温湿度传感器模块、基于Marvell8801 芯片的Wi-Fi 模块和基于DWM1000 的UWB 模块当中都可以在USART 通信的基础上实现有效的集成；对于直流电机的驱动控制信号来说，其中的运行主要是由于主控芯片的PWM 来实现控制的。在该系统当中，利用7.4 V/3 000 mA 的可充电锂电池来作为供电电源对干扰实现有效的隔离，与此同时还可以实现节能的合理科学控制，对于主控制的电路和UWB 模块方面，可以采取独立的稳压芯片来实现控制，电机当中的驱动模块在锂电池的作用下，对输入端加入滤波电路，此种方式可以直接采用电源电压的供电方式来供电。

4 结束语

综上所述，电力电缆当中出现的一系列问题，可以利用高压电缆及通道综合在线监测系统来有效的避免和改善。该系统当中包含的传感器、信号采集器以及监控主机这几个部分可以实现对不同系统模块进行完整性的检测。对于检测系统当中整体包含的通信方式以及界面所展现出的曲线可以进行科学的分析。由此可见，高压电缆及通道综合在线检测系统可以实现对检测数据的有效采集和维护，实现对日常运行状态下的数据进行分析和研究，最终可以为电力电缆的维护和维修提供出必要的数据基础。