矿用高压电缆接线盒温度监测技术研究

【摘要】 矿用高压电缆接线盒是煤矿井下主要的设备，其可靠性直接关系到井下安全生产工作能否顺利开展。本文在分析矿用高压电缆接线盒组成及其对安全生产工作影响的基础上，结合数字信号处理器（DSP）设计矿用高压电缆接线盒温度监测系统，系统主要由DSP最小系统、温度检测单元、超温报警单元、通信单元和显示单元组成，可以实现对接线盒的温度实时监测。

【关键词】 煤矿 高压电缆 接线盒 温度监测

煤炭是我国能源生产和消耗的主体，在一次能源和二次能源中占有重要的地位，在未来的一段时间内煤炭在能源结构中的主导地位不能动摇。随着煤矿开采强度的增加和深度的增加，煤矿电网的的规模和容量急剧增加，矿用高压电缆接线接线盒的数量越来越多。矿用高压电缆经常发生故障，严重影响了煤矿井下的安全生产工作的顺利开展，据不完全统计，井下电缆事故70%是由于电缆接线盒内连接引起的。目前，我国煤矿井下高压电缆接线盒维护普遍采用工作人员定期巡查，人为检验接线盒的状态好坏，这种方法浪费了大量劳动力，检验过程复杂、可靠性低，严重制约着煤矿井下安全生产的稳定性和生产效率。

一、矿用高压电缆接线盒

矿用高压电缆接线盒是煤矿井下应用较多的设备其主要由防爆外壳、接线端子和基座组成，防爆外壳为钢板结构，上盖采用螺栓压紧结构，两侧为电源线进出线端口，接线端子位于壳体内的基座上，连接时采用压板将电缆接头压接，接线端子固定在机座上，基座为高压瓷瓶结构，基座上设有辅助接线端子。矿用高压电缆接线盒适用于爆炸性气体（甲烷）和煤尘混合物的矿井中，用于连接交流50Hz，电压3.3kV、6kV和10kV电网中的电缆。矿用高压电缆接线盒用于周围空气温度-20℃―+40℃、空气相对湿度不大于95%（+25℃）、无强烈颠簸和冲击震动、无滴水和雨雪侵入的工作场合。

二、矿用高压电缆接线盒温度监测系统设计

煤矿井下巷道结构复杂，大部分为树形或者鱼刺形结构，井下电网结构十分复杂，高压电缆接线盒具有分布面广、相距较远、集中性差等特点。结合以上特点，以数字信号处理器（DSP）为核心设计矿用高压电缆接线盒温度监测系统，系统主要由DSP最小系统、温度检测单元、超温报警单元、显示单元和通信单元组成，其中DSP最小系统采集温度监测单元反馈的数据，并进行计算、处理；温度检测单元用于接线盒内部温度测量，超温报警单元以声音和光的方式提示超温故障，显示单元用于显示系统的工作状态和接线盒内部温度情况，通信单元用于实现监测系统与计算机之间的通讯，下边对DSP最小系统、温度检测单元和超温报警单元进行详细设计。

2.1 DSP最小系统设计

数字信号处理器（DSP）TMS320F2812最高数据处理频率可达到150MHz，具有12位16通道模/数转换器，单路转换时间最快可达60ns，具有浮点型数据计算函数库，能够在定点处理器上实现浮点计算，同时在处理器中集成了具有串行通信和eCAN通讯标准通信接口，方便了与上位机和一些测量设备的数据传送，在伺服电机控制、电气设备状态监测、汽车通讯和航空航天等领域具有广泛的应用。

2.1.1 电源电路设计

TMS320F2812工作需要内核1.8V和I/O端口3.3V两种供电电压，选用正向低压降稳压器AMS-1117为DSP内、外核供电。AMS-1117具有可调输出和固定输出两种模式，固定输出电压档分为1.5V、1.8V、2.5V、2.8V、3.0V和3.3V等，输出精度可达1%，系统选用输出电压为3.3V和1.8V的AMS1117-3.3及AMS1117-1.8为DSP芯片供电。双稳压芯片供电电路如图1所示，AMS1117-3.3稳压芯片输入5V的直流电压输出3.3V的直流电压作为TMS320F2812的处理器供电电源，同时3.3V供电电压上电后，通过稳压芯片AMS1117-1.8的稳压后输出1.8V的内核供电电压，为DSP的内核供电，实现了双电压供电方式。

2.1.2系统时钟和复位电路设计

时钟的质量和精度直接关系到检测系统的测量精度和可靠性。本文选用30MHz有源晶振为DSP提供外部时钟信号，经过DSP的PLLCR设置锁相环的工作模式和倍频系数，输入5倍于时钟信号的乘法因子得到150MHz的内部时钟信号。为了使DSP能够在上电后自动加载FLASH中的程序，需要设计可靠的复位电路，如图2所示。电阻R、极性电容Cr和复位开关共同组成系统复位电路。当电源上电后，利用电容Cr的充电，＼RS复位端维持低电平状态，DSP上电自动复位操作成功，复位后DSP程序从000h开始运行。

2.2 温度检测电设计

监测系统主要对矿用高压电缆接线盒的内部接线端子进行温度测量，选用温度传感器AD590作为温度测量元件，测量时将温度传感器粘贴在电缆接线盒内部接线端子上，传感器输出信号经过LM358运算放大器和HCNR201光电耦合后发送给DSP芯片，温度检测单元电路如图2所示。AD590是美国AD公司研制的一种电流式集成温度传感器，这种器件在被测温度一定时，相当于一个恒流源，输出1?A/K正比于绝对温度的电流信号，具有较强的线性度和抗干扰能力。

2.3 超温报警单元设计

监测系统超温报警单元由蜂鸣器和发光二极管组成，DSP的数字信号输出端口输出端和电阻、报警指示灯相连接，矿用高压电缆接线盒温度过高时DSP输出高电平，报警指示灯（发光二极管）闪烁，同时与蜂鸣器相连接的DSP端口输出高电平，三极管导通，蜂鸣器发出报警警报，提醒工作人员进行超温事故处理，同时设有复位电路，用于关掉报警信号。

三、结束语

本文矿用高压电缆接线盒温度测试问题进行研究，设计了基于DSP的温度实时监测系统，重点设计了DSP最小系统、温度监测单元和超温报警单元。监测系统具有结构简单、稳定性能高和实时性好等优点，为煤矿井下高压接线盒状态监测与评估技术的发展奠定基础。

参 考 文 献

[1] 国家安全监管总局 国家煤矿安监局.关于进一步加强煤矿安全监管监察工作的通知.〔2012〕130号；

[2] 周龙，陈明义.电力电缆绝缘性能检测方法分析[J].武汉工业学院学报，2003，22（2）：60-62.

[3] 任慧， 孙继平.矿用电缆温度在线监测方法的研究[J].煤炭科学技术，2006，34（12）.