矿用高压电缆在线监测系统的设计

摘 要 电力电缆故障是煤矿瓦斯爆炸事故的主要原因之一，因而建立健全矿用高压电缆在线监测及安全预警系统十分重要。本文在交联聚乙烯电缆研究的基础上，提出了基于多源信息融合的矿用高压电力电缆在线监测系统设计。该系统是集数据采集、数据传输及数据处理于一体的矿井安全解决方案，具有布局简单、拓展方便、实用有效的特点。

关键词 矿用高压电缆；在线监测系统；总体设计；监测子站

中图分类号TM7 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）103-0235-02

1电力电缆在线监测技术

电力电缆检测技术是电力电缆状态评估的基础，国外在此方面起步较早，始于上个世纪中期，开始主要是定期试验维修，即离线检测。到七十年代，随着电子技术、传感器技术、信息处理技术和的网络通信技术发展，才使得电力电缆的在线监测技术取得较大的突破，并逐步进入实用化阶段，而随后的数字技术的出现，使电力电缆的监测上了一个新的台阶。我国的电力电缆检测技术始于上世纪八十年代，虽然起步有点晚，但在不断发展和进步的同时也取得一些研究成果，如1989年，我国自主研制出第一台电力电缆故障检测仪。

为了避免事故发生，使煤矿能够安全生产，电力部门会对有关部门进行电缆预防性试验。预防性试验分为非破坏性试验和破坏性试验两种。非破坏性试验是在不会破坏电缆绝缘前提下或较低的电压下进行的相关试验，通过电缆表现出来的各种特性间接判断电缆的绝缘状况；破坏性试验也称绝缘耐压试验，绝缘耐压试验通过现场模拟各种实际电压以考验其绝缘水平，此试验对电缆本身具有不可逆转的破坏性。

实践经验表明，预防性试验对电力设备的安全运行起着至关重要的作用。但传统的预防性试验有着固有的缺陷，因为预防性试验需要停电检测，而许多重要设备又不允许轻易停电，况且停电后的设备状态与运行中的状态相比具有较大的差异，这也大大影响了判断准度。除此之外，周期性的停电检查不仅需要耗费大量的人力物力，而且由于不能实时在线监测，也不能保证电缆在检修间隔期不出现故障。因此，十分有必要大力发展电缆在线监测技术。目前，国内外正在积极探索的几种在线监测方法主要有谐波分量法 、直流成分法、介质损耗tgδ、交流叠加法、接地电流法、直流叠加法、局部放电法。

本论文以矿用高压电缆为研究对象，根据一定的筛选原则对矿用高压电缆在线监测系统进行构建，能有效提高系统预警的准确性和可信性。

2 矿用高压电缆在线监测系统总体框架

本设计将矿用高压电缆的监测系统分为监测子站、传输网络和监控中心三大部分，单个监测子站就可以独立完成数据采集、处理、存储、现场报警显示等功能，是整个系统的核心。其中，数据采集量应包括一系列参数（电压、负荷电流、接地电流、局部放电温湿度等），但由于条件限制，本系统仅选择了温度参量，若需采集其他数据，可直接在微处理器单元上开发接口，并增加相应的硬件电路和控制程序即可。

2.1 监测子站设计

我们采用如下方案来完成监测子站系统设计，首先选用DS18B20数字温度传感器采集温度数据，MSP430F149单片机作为微处理器；然后由处理器对采集的信号按特定的算法做深度挖掘和分析处理；最后，微处理器根据数据处理结果一方面对现场情况进行数据存储、显示或现场报警显示，另一方面将评估结论传送给无线通信网络，由监控中心接收。

2.2 系统软件设计

本设计将系统的软件设计分为监控中心运行管理程序和监测子站控制程序两大部分。监控中心运行管理程序负责整个系统的管理、运行和维护，该程序运行在监控中心的上位机上。本设计将该程序分为主界面层和应用层两大部分：主界面层为一个操作面板，可控制一些操作命令的发送，也可用于数据显示；应用层主要包括系统设置和调试、数据查询等。

监控中心的作用是接收来自监测子站的所有结论性数据，使工作人员可以实时了解整个系统的运行状况。首先是由监控中心的工作人员发出启动命令，系统便开始完成初始化工作，主要包括无线通信网络的初始化，数据检测系统初始化，数据处理系统初始化等；初始化工作完成后，工作人员可发送操作指令，操作指令通过无线传感网络传送到各个监测子站；监测子站收到命令后，便开始运行监测子站控制程序，最后再由无线网络将程序运行结果返回至监控中心。

监测子站控制程序主要作用是完成一个监测点的数据检测，数据处理，现场报警显示等工作。另外，监测子站作为无线传感网络的一个无线终端，还负责将程序运行结果通过无线网络传送至监控中心。

监测子站作为整个系统的核心，需要完成数据采集，数据传输，数据处理，算法实现等所有工作，所以监测子站的控制程序在本系统中地位十分重要。按照模块化的设计要求，本设计将监测子站的控制程序分为五大部分，主要由数据采集模块（接收温度数据采集命令，然后检测电缆表皮的温度数据）、数据处理模块、数据存储模块、结果显示模块、数据通信模块等组成。

3 结论与展望

本文实现了矿用高压电缆在线监测系统的设计，包括总体框架和监测子站的软硬件设计。但由于条件限制，本系统仅选择了温度参量，若需采集其他数据，可直接在微处理器单元上开发接口，并增加相应的硬件电路和控制程序即可。由于篇幅限制，本文仅仅给出了矿用高压电缆在线监测系统的设计方案，并未给出对收集到的数据的处理方法，按照目前我们的研究结果，对收集到的数据进行灰关联分析会比较有效果，在以后的研究中，我们会从这一方面着手。

参考文献

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