國家電力公司發(fā)輸電運(yùn)營部在《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點(diǎn)要求》第1.1.10條規(guī)定： “應(yīng)盡量減少電纜中間頭的數(shù)量。如需要，應(yīng)按工藝要求制作安裝電纜頭，經(jīng)質(zhì)量驗(yàn)收合格后，再用耐火防爆槽盒將其封閉”。如何很好地執(zhí)行該要求?雖然一些電 廠對電纜接頭施行防爆處理，然而這種方法只是一種事后處理的方法。筆者認(rèn)為對電力電纜進(jìn)行在線監(jiān)測是對電纜接頭采取的較有效的事前預(yù)防防爆措施，因此，研 究和開發(fā)電力電纜火災(zāi)在線監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行。
1 開發(fā)電力電纜火災(zāi)在線監(jiān)測系統(tǒng)的必要性
各發(fā)電廠和變電站都敷設(shè)有距離較長、走向復(fù)雜的電力電纜，這些電纜長期運(yùn)行在高電壓、大電流環(huán)境下，容易引起溫度上升、溫度異常，引起電纜接頭爆炸，造成 火災(zāi)[1]?，F(xiàn)在全國運(yùn)行的電力電纜故障80%以上是由于電力電纜附件故障引起的，其中電纜接頭引起的事故占一半以上。電纜接頭在溝道或隧道中敷設(shè)時相距 其他運(yùn)行電纜較近，因此要防止故障電纜引燃其他運(yùn)行電纜。電力電纜敷設(shè)距離長、走向復(fù)雜，而運(yùn)行人員定期巡視的方法、巡視間隔、巡視的準(zhǔn)確性等方面都存在 很多問題，因此，研究設(shè)計電力電纜火災(zāi)在線監(jiān)測系統(tǒng)就是為了能夠?qū)崟r監(jiān)測電力電纜的溫度變化，在溫度越限或溫升速度越限時能及時報警，并指出發(fā)熱點(diǎn)位置 (溫度探頭位置)，通知運(yùn)行人員及時處理，從而保證運(yùn)行安全，避免經(jīng)濟(jì)損失。
2 電力電纜火災(zāi)在線監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計
根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場實(shí)際，電力電纜火災(zāi)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計成分散測量、集中監(jiān)視的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它主要 由4部分組成：溫度傳感器、現(xiàn)場工作子站、總線接口以及主機(jī)。結(jié)構(gòu)組成見圖1。
系統(tǒng)所用溫度傳感器是美國DALLAS公司最新產(chǎn)品———DS1820數(shù)字式溫度傳感器，測量范圍為-55～125℃，測量精度為±0.5℃，能夠準(zhǔn)確測 量電纜接頭處溫度或其他安裝地點(diǎn)的溫度。該數(shù)字式溫度傳感器采用半雙工數(shù)據(jù)通信接口，子站向它輸入識別代碼和命令字，它向子站輸出數(shù)字溫度值(均通過單總 線進(jìn)行)。
子站的任務(wù)是實(shí)時采集溫度傳感器的一系列數(shù)據(jù)，簡單處理后，通過接口電路把傳感器編號以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)。主機(jī)負(fù)責(zé)管理全部子站，接收各個子站傳來的數(shù)據(jù)，并在Windows環(huán)境下以良好的用戶界面管理和顯示現(xiàn)場數(shù)據(jù)。
3 子站的硬件設(shè)計
考慮到現(xiàn)場電纜走向復(fù)雜、分布范圍大，如果所有溫度傳感器均直接通過接口電路與主機(jī)相連，勢必造成系統(tǒng)連接與管理復(fù)雜化，同時也加大了維護(hù)方面的難度。該 系統(tǒng)設(shè)計為分層分布式結(jié)構(gòu)，由子站實(shí)時采集與其相連的一系列溫度傳感器的數(shù)據(jù)，經(jīng)過各個子站的處理后，通過遠(yuǎn)程通信接口電路，把代表電纜位置信息的傳感器 編號以及相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)。該設(shè)計簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，便于管理和維護(hù)。
子站的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其核心是Intel公司的8位單片機(jī)89C51。Intel 89C51具有4列化KBEEPROM作為程序存儲器，128 BRAM作為數(shù)據(jù)存儲器[2]。復(fù)位電路采用上電自動復(fù)位、按鈕手動復(fù)位和定時器(看門狗)自動復(fù)位多重復(fù)位設(shè)計，以保證子站工作的可靠性。時鐘電路由外 接石英晶體振蕩器和電容構(gòu)成的三點(diǎn)式振蕩電路及內(nèi)部反向放大器構(gòu)成，時鐘頻率為12 MHz.
Intel 89C51的16位內(nèi)部定時/計數(shù)器以中斷方式工作，控制子站定時掃描與之相連的傳感器，內(nèi)部并行口線則用于子站與溫度傳感器之間的單總線數(shù)據(jù)傳輸。考慮 到一臺子站要連接多個溫度傳感器，且距離較遠(yuǎn)，因此增加了驅(qū)動接口電路，由光電耦合連接傳感器，從而提高子站的抗干擾能力和可靠性。
4 接口設(shè)計
子站負(fù)責(zé)采集溫度數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的處理，通過接口電路把傳感器編號以及相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)。Intel 89C51具有片內(nèi)串行接口，在串行口控制寄存器SCON的控制下，可以方便地工作在移位寄存器方式、波特率可變的8位異步通信方式、波特率固定的9位異 步通信方式和波特率可變的9位異步通信方式中。由于Intel 89C51的串行口為TTL電平，而上位機(jī)(主機(jī))的串行口為RS-232電平，因此通常的設(shè)計是采用MC1488/MC1489電平轉(zhuǎn)換接口電路。
RS-232串行通信標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動器允許有2 500 pF的電容負(fù)載，因此通信距離受到很大限制，一般通信距離不超過15 m。此外，RS-232串行接口采用單端信號傳輸方式，其抗干擾能力 較差?？紤]到RS-232串行接口的固有缺點(diǎn)以及子站數(shù)量多、分布范圍大、距離主機(jī)較遠(yuǎn)等實(shí)際情況，本設(shè)計采用RS-485串行總線構(gòu)成子站與主機(jī)的接 口。
RS-485串行數(shù)據(jù)發(fā)送接收器采用平衡發(fā)送和差分接收，具有很強(qiáng)的抑制共模干擾能力，而且接受器具有較高的靈敏度，因此通信距離可達(dá)到1 000 m以上。在通信線路安裝方面，RS-485總線比RS-232總線具有很多優(yōu)勢：RS-232總線采用三線共地傳輸，而RS-485總線采用兩線差分傳 輸，也就是說，采用RS-485總線可以利用一對雙絞線方便地構(gòu)成主機(jī)與多個子站的分布式系統(tǒng)。
RS-485接口芯片可以采用MAXIM公司的MAX485系列單5 V供電低功耗RS-485及RS-422通信接口芯片(MAX481，MAX483，MAX485，MAX487～MAX491，MAX1487)，其中 MAX483，MAX487，MAX488和MAX489的傳輸速率為250 Kbit/s，可以減少由于線路終端阻抗不匹配而引起的反射。MAX481，MAX485，MAX490，MAX491和MAX1487的傳輸速率可高達(dá) 2.5 Mbit/s。MAX488～MAX491為全雙工數(shù)據(jù)接口，而MAX481，MAX483，MAX485，
MAX487和MAX1487為半雙工數(shù)據(jù)接口，這些芯片均具有-7～+12 V的共模輸入電壓。
5 結(jié)束語
發(fā)電廠電力電纜火災(zāi)在線監(jiān)測系統(tǒng)能將電纜溝內(nèi)各電纜接頭處的溫度傳送到主控室內(nèi)的主機(jī)，當(dāng)溫度升高或溫升速度超過給定報警值時及時報警，便于運(yùn)行人員隨時進(jìn)行處理并及時消除隱患，從而有效防止
電力電纜火災(zāi)的發(fā)生，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
