一种电缆安全运行监控方法技术

一种电缆安全运行的监控、评价方法及其装置属于电缆安全运行监控技术领域，其特征在于：所述的监控方法通过预先设定的固定阈值和趋势阈值对电缆线芯过热情况及时发出报警信息；所述的电缆运行评价方法是根据一定时间间隔内自动存储的电缆表温、环温和电缆电流值，建立电缆表温回归模型，预测电缆表温运行趋势，通过对预测值与测量值残差的数学分析，对电缆运行状态的优劣提出评价。本发明专利技术相应的提出了一个由测温元件、数据传输线、数据采集电路组件、数据转换电路和计算机组成的装置。本发明专利技术的测温精度为±０．５℃，同时具有快速存储、抗干扰、支持网络通讯功能以及电缆及时监控和安全运行评价的优点。

Safety operation monitoring method for cable

A cable running safety monitoring, evaluation method and device thereof belong to the technical field of cable running safety monitoring, which is characterized in that the monitoring method of cable core overheating timely alarm information through the preset fixed threshold and trend threshold; cable operation evaluation method is provided for the automatic storage according to a certain interval of time cable surface temperature, environment temperature and cable current value, the establishment of cable surface temperature regression model, predict the cable surface temperature running trend, the predicted values of the mathematical analysis of the residual and the measured value of the cable, the running state of each proposed evaluation. The invention provides a device which is composed of a temperature measuring element, a data transmission line, a data acquisition circuit component, a data conversion circuit and a computer. The temperature measurement accuracy of the invention is 0.5 DEG C, and the utility model has the advantages of fast storage, anti-interference, network communication function, and timely monitoring and safe operation evaluation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电缆安全运行监控
，具体涉及电缆安全运行监控和电缆安全运行评价方法及其装置。
技术介绍
高压电缆在现代工业企业中使用频繁，在工农业生产中发挥了巨大作用，但随之而来的是电缆事故的发生几率逐年递增。一旦电缆发生安全事故，轻者停电、停产检修，重者将会引起严重的火灾事故，后果十分严重，修复工作也极其困难，其造成的经济损失不可低估。据有关资料统计，近20年来我国各类电厂发生电缆热安全事故140余起，其中1986-1992年7年间竟达75次，有24个电厂发生过二次以上电缆火灾事故，个别电厂达4-6次，其中70％以上的电缆火灾所造成的损失非常严重，40％的火灾事故造成特大损失。开展电缆安全监测技术研究，对早期发现电缆故障隐患，避免火灾和爆炸事故的发生，具有非常重大的意义。电缆事故的主要内部原因是动力电缆接头制作不良、压接不紧、接触电阻过大以及长期运行造成电缆接头线芯导体过热烧穿绝缘封套，进一步引起电缆短路而导致火灾。电缆事故的外部原因是由于外部大功率热源传热导致外壁温度急剧增加而引发火灾。无论是内部原因还是外部原因，热损耗过高是导致电缆热安全事故的最基本的因素。针对电缆表面温度异常是其热故障的外在表征这一特点，目前已经有很多测温方法运用到电缆安全监控系统中。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。红外传感器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；热电偶传输信号需用专用补偿线，且传输距离不宜太长，不适合于电缆温度监控；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都不适用于电缆温度的监控。因此，尽管目前已有多种测温方法应用到电缆外壁温度测量上，但是由于电缆过热现象具有隐蔽性高、早期温升缓慢、难以检测的特点。在通常情况下，从电缆头过热到事故发生，整个过程发展缓慢、时间过长，早期温升现象不明显，现有的测量方法难以进行有效地监测。与此同时，由于电缆外壁具有多层复合结构和环境温度的频繁波动等原因，难以通过经典的传热模型计算获得严格的解析解，基于电缆表面温度值和环境温度值变化趋势分析是解决电缆安全监控的重要方法，而对电缆表面温度和环境温度以及电缆电流变化关系的数学回归分析是解决电缆安全运行监控和评价的核心问题。本专利技术采用了先进的感温传感器和总线技术，发展了一种全数字化的电缆表面温度监测系统，布设方便、维护简单、成本低廉、抗干扰能力强，较好地解决了现有技术存在的问题。本专利技术采用的基于电缆表面温度值和环温、电缆电流之间影响因素分析是解决电缆安全运行监控和评价的重要手段，通过固定阈值法和趋势阈值法实时监控电缆安全运行状态；通过长期测量数据的数学分析，建立基于环温和电缆电流的电缆表温回归模型，对电缆安全运行状态提出一种科学的评价方法，采用本专利技术温度监控方法和相应的算法软件有效地解决电缆安全运行监控与评价的难题。
技术实现思路
本专利技术提供一种电缆安全运行监控、评价方法及其装置，通过算法软件的智能判断对电缆线芯过热情况自动发出报警信号，实现对电缆安全运行的实时监控。通过对长期测量数据的数学分析，建立基于环温和电缆电流的电缆表温回归模型，预测电缆表面温度变化趋势，通过与实际测量值的数据比较，对电缆运行状态的优劣提出评价指标，提醒用户及时处理电缆异常现象，确保高压电缆安全运行。本专利技术包括测温元件1、数据传输线2、数据采集电路组件3、数据转换电路4、计算机5、电缆10以及相应的控制软件。本专利技术电缆安全运行监控、评价的装置，其特征在于它含有测温元件1，所述的测温元件是半导体感温探头，通过导热胶封装在金属外壳内，采用塑料扎带把所述的金属外壳固定在电缆10的外壁上；数据传输线2，所述的数据传输线是三芯铠装信号线，其地线、数据线和电源线分别与所述测温元件的三个脚相连；数据采集电路组件3，所述的数据采集电路组件含有微处理电路6、数据采集电路7、通讯电路8和电源电路9，其中微处理电路6含有微处理器由芯片AVRMEGA16-16PI构成；REST、DATA、CLK、WP信号形成电路由芯片24C021构成，所述信号形成电路的REST、DATA、CLK、WP信号输出端分别与所述微处理器的相应输入端相连；COMM、EEPROM、ON/OFF、ERR、POWER指示灯电路由分压电路和与其正串的相应LED构成，所述指示灯电路的COMM、EEPROM、ON/OFF、ERR、POWER信号输出端，即相应各指示灯LED的负极和所述微处理器的相应输入端相连；数据采集电路7是总线式的，含有 三极管控制电路，所述控制电路的采集控制信号即各三极管的栅极与所述微处理器的相应控制信号输出端相连；采集电路，它由与一条总线相连的二极管箝位电路、电阻分压式信号采集电路构成，所述的两个电路的信号输出端都通过所述总线与所述微处理器的采集信号输入端相连；通讯电路8含有TX即发送信号形成电路、RX即接收信号形成电路以及OE即允许发送信号形成电路，它们分别都由芯片6N136构成，它的TX输入端、RX输入端、OE输出端信号端口分别与所述的微处理器相应输入端相连；TX、RX、OE各信号的形成控制电路由一块芯片MAX485构成，该MAX485芯片的各控制信号输出端分别与所述TX、RX、OE形成电路的控制信号输入端相连；电源电路9含有自供电电源由电池及与该电池并联的芯片DY05S05构成，所述芯片的输出端为5V直流电源；外接电源，所述外接电源的输入端经过自恢复保险丝后与芯片XZER05/24S05输入端相连，所述芯片的输出为5V直流电源；数据转换电路4，所述数据转换电路把远程传输的RS485信号转换成RS232信号后与计算机5相连；所述数据转换电路中，插件板J52的各端子分别与通讯电路中输出端插件板J9的各端子一一对接；U52将RS485信号转换成TTL电平信号，经U53、U54隔离后送至U55，U55将TTL电平转换为RS232信号后通过J53送至计算机5的RS232接口。本专利技术电缆安全监控方法，它根据固定阈值和趋势阈值实现对电缆安全运行的实时监控，其特征在于它是由计算机按照以下步骤依次实现的步骤1.系统初始化，分别输入设定的固定阈值和设定的趋势阈值；所述的固定阈值分别指环境温度报警固定阈值、电缆电流报警固定阈值和电缆表温报警固定阈值。所述的趋势阈值分别指环温升温趋势阈值和电缆表温升温趋势阈值；对于环境温度来说，第n个相邻时刻内环境温度变化率εn由下式定义ϵn=tn-tn-1tn-1-tn-2]]>其中，tn、tn-1和tn-2分别是三个相邻时刻n、n-1和n-2环境温度测量值；对于电缆表温来说，第n个相邻时刻内电缆表温变化率εn′由下式定义ϵn′=Tn-Tn-1Tn-1-Tn-2]]> 其中，Tn、Tn-1和Tn-2分别是三个相邻时刻n、n-1和n-2电缆表温测量值；步骤2.读入电缆表温、环温和电缆电流值；步骤3.判断环温是否超过设定的环境温度报警固定阈值；若超过，则环温超标，报警并保存记录，系统重启本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电缆安全监控方法，其特征在于：它是由计算机按照以下步骤依次实现的：步骤１．系统初始化，分别输入设定的固定阈值和设定的趋势阈值；所述的固定阈值分别指环境温度报警固定阈值、电缆电流报警固定阈值和电缆表温报警固定阈值； 所述的趋势阈值分别指环温升温趋势阈值和电缆表温升温趋势阈值；对于环境温度来说，第ｎ个相邻时刻内环境温度变化率ε↓［ｎ］由下式定义：＊＊＊其中，ｔ↓［ｎ］、ｔ↓［ｎ－１］和ｔ↓［ｎ－２］分别是三个相邻时刻ｎ、ｎ－１和ｎ －２环境温度测量值；对于电缆表温来说，第ｎ个相邻时刻内电缆表温变化率ε′↓［ｎ］由下式定义：＊＊＊其中，Ｔ↓［ｎ］、Ｔ↓［ｎ－１］和Ｔ↓［ｎ－２］分别是三个相邻时刻ｎ、ｎ－１和ｎ－２电缆表温测量值；步骤２．读 入电缆表温、环温和电缆电流值；步骤３．判断环温是否超过设定的环境温度报警固定阈值；若超过，则环温超标，报警并保存记录，系统重启；若未超过，则转入下一个步骤４；步骤４．判断电缆电流是否超过设定的电缆电流报警固定 阈值；若超过，则电缆电流超标，报警并保存记录，系统重启；若未超过，则转入下一个步骤５；步骤５．判断电缆表温是否超过设定的电缆表温报警固定阈值；若超过，则电缆表温超标，报警并保存记录，系统重启；若未超过 ，则转入下一个步骤６；步骤６．从数据库中读取三个相邻时间段内电缆表温及环境温度值；步骤７．按照环境温度变化率计算方法，判断环境温度变化率是否超过设定的环温升温趋势阈值；若超标，则判断为环温升温异常，故障报警、保存记录 ，系统重启；若未超标，则转入下一个步骤８；步骤８．按照电缆表温变化率计算方法，判断电缆表温变化率是否超过设定的电缆表温升温趋势阈值；若超标，则判断为电缆表温升温异常，故障报警、保存记录，系统重启；若未超标，则 转入下一个步骤９；步骤９．存储数据，系统自动返回步骤２。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：疏学明，袁宏永，申世飞，苏国锋，梁光华，吴健宏，孙占辉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]