高压电缆沟温度监测研究的现状

[摘 要]本章分析当前国内外电缆沟温度监测研究现状，主要分析各自的原理，也提出一些应用案例，最后对各种方法进行总结，对工程实践有一定的指导意义。

[关键词]LonWorks，网络控制系统，智能化小区

中图分类号：F626.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）15-0018-01

1 前言

随着社会不断的发展，电力系统中也融入了新的高新技术，电缆在社会生活中的使用率也日益剧增。因电缆在电力系统应用中存在数量多、覆盖面积大、敷设密集、动力电缆运行时易发热，且由于电缆沟内电缆的结构特殊，当其中一条电缆出现故障后，经常会使其周围电缆发生重大的火灾事故。然而沟道内电缆因其在地面以下，当电缆出现故障而发生火灾时，很难被发现，这就决定电缆沟火灾事故的严重破坏性：将导致大面积电缆烧损，且短时间内无法进行生产，被迫停机，甚至还会造成人员的伤亡。因此防止电缆沟火灾事故的发生已经成为各大企业及研究场所急需解决的一项重要课题。

因此，从电力电缆自身的安全运行及电力系统的调度需要综合考虑，都需对电力电缆的运行状况进行实时监测。同时为保障电缆无故障无风险的运行且具有高利用率，对电缆进行实时监测就显得越来越重要，故获取实时导体的温度信息就显得更有意义了。

2 电缆沟温度监测研究现状

2.1 温度测量技术研究现状

（1）点式温度测温

点式温度监测是将若干个温度传感器分散地安置在电缆上重要的监测位置，之后将所测温度数据传回控制系统，对其分析之后得出结论，因而达到电缆的运行温度监测目的。又因温度传感器按点状分散分布，故称之为点式温度监测。其优点是对电缆本体的运行温度进行实时多点测量，且成本低、实用性较强，缺点是无法对电缆本体进行整体测温，且因其多采用接触式传感器进行表面测温，故不能准确地测出电缆本体内部的真实温度。

点式温度监测法是传统的测温方法之一，早期的感温装置主要使用热敏电阻或者热电偶。现如今大多采用较为先进的数字式温度传感器来作为感温装置，并结合微处理器和控制用计算机等来实现运行温度的在线监测、历史数据存储和温度超限自动报警等功能。

本系统主要利用DS1820 作为感温装置，以89C51 单片机管理并控制温度传感器，同时使用RS-485 总线完成单片机与主控计算机之间数据通信，从而实现对电力电缆的运行温度的多点在线监测。

（2）线型感温电缆式温度监测

线型感温电缆式温度监测是将线型感温探测器（ 大多为电缆式） 作为温度传感器，并将待测的电力电缆与其按照某种形式敷设在一起，使用信号总线来连接主控计算机与感温电缆，从而实现电缆全线运行温度的连续监测以及测量温度超限即断线并发出警报的功能。

其工作原理是：感温电缆中有两根弹性钢丝（它们按照一定的扭力绞合在一起的，其外层包裹着特殊的热敏绝缘材料），当与感温电缆接触的物体的某部位温度上升时，钢丝之间的绝缘材料受温度影响发生变化直到两钢丝间发生短路，即向控制系统发出超温的报警信号。线型感温电缆如图2 所示，其敷设方式大多采用正弦波接触式，如图3 所示。此技术在邯钢煤气回收电缆隧道中使用线型感温电缆取得了良好的效果。用此方法进行温度监测的优点是：（1）测量所覆盖得范围较大；（2）对工作环境的要求较低，即适合在环境恶劣、空间狭小的地方使用；（3）安装简单、维护量小、成本低；（4）可靠性及安全性较高。其缺点有：（1）无法精确定位具体的发热点；（2）测量精度有限。

（3）光纤式温度监测

光纤式温度监测因其独特的优势备受研究人员关注及进行研究，是新兴的温度监测方法之一。此温度监测方法与其他温度监测方式的区别在于其温度传感器的特殊性，光纤式温度监测方法是建立在分布式温度传感（ DTS，即Distributed Temperature Sensing）技术之上的。而分布式光纤温度传感器的工作原理是光纤的光时域反射（ OTDR）以及光纤的后向拉曼散射温度效应。

由光纤具有特定的物理特性，决定了光纤式温度监测方法与其他的温度监测方式相比具有更多优点：（1）可以取代大量的点式传感器，并实现实时信息测量、故障监测及预报；（2）抗电磁干扰能力较强、绝缘性能好，可应用于大电流、高电压等恶劣环境中；（3）柔性好、质量轻、安装方便；（4）可测距、定位、报警温度可调、重复使用。但是光纤式温度监测方法也存在缺点： 实现技术难度较大且成本较高。

光纤式温度监测方法已经应用于：高电压等级电缆的运行温度在线监测；文献[11]使用分布式的光纤温度传感器（FODT sensor）检测及定位地下电力电缆故障（最大可测距离为10km，定位精度为1 m，定位时间不超过30s），效果突出，具有一定的实用性；文献将GPRS 网络融入到光纤测温技术设计出应用于220 kV 电力电缆的在线监测及无线传输的监测系统。

2.2 电缆接头运行温度监测研究现状

电缆接头是电力电缆网络中重要的组成部件之一。多年的运行经验表明90% 以上的电缆运行故障是由接头故障引起的，而接头温度过高是造成电缆接头绝缘老化、易发生故障的主要原因。研究人员根据此情况设计出电缆接头运行温度的实时在线监测系统。这类系统的共同之处在于大多采用点式温度监测方法，而区别是系统各部分之间不同的连接方式。

（1）有线连接方式

采用此方式的电缆接头运行温度的在线监测系统，其结构大致相同，与应用在电缆本体的点式温度监测系统相类似，由温度传感器、单片机、数据总线和主控计算机组成，其工作原理是：在温度传感器与主控计算机之间通过单片机与数据总线完成连接，从而实现数据传输以及管理控制功能。典型的有线连接的电缆接头点式温度监测系统多采用点式温度监测方式，此类监测系统中各个部分采用总线进行连接，然而此类温度监测系统存在不足：（1）适合小范围、待测量点密集的场合；（2）系统安装工作量大，且实现比较困难；（3）出现故障后维护有较大困难。故该系统只适合在变电站或发电厂等待测设备相对比较集中的场所使用。

（2）无线连接方式

为了更好地将电缆接头的温度在线监测应用于城市电网中，研究人员提出使用无线连接方式来进行电缆接头运行温度的在线监测。整个系统具备完整的数据采集、传输、处理、显示、打印及远距离通信功能，同时有强大的软件后台支持，不但可以监测电缆的运行状态，也可以为分析电缆故障存在的隐患提供一定的帮助。与有线连接方式相比，无线连接方式具有以下优点：（1） 不再受到距离限制，可以应用在大范围的温度监测；（ 2）工作量小，不必进行数据传输线的布线及接线等繁杂工作；（ 3）适用性较广、经济性较好。

以上几种电缆接头的运行温度在线监测系统都是通过获取电缆外护套表面的实测温度以及电缆结构参数等数据信息，从而计算出电缆导体的实际温度。尽管可利用电缆接头的表面温度和内部线芯温度所存在的对应关系来监测电缆接头的运行状态，但是由于电缆接头易受到一些特殊影响，如：由强电场所引起的介质损耗、 接触电阻及密封等问题，从而导致目前流行的电力电缆接头的运行温度在线测量方法存在准确性较差、易受到外部环境影响等缺点。

3 结论

目前，应用于电力电缆本体的运行温度在线监测的技术的发展已比较成熟。基于这些技术的温度监测系统已在现实应用中按电压等级的高低形成一个完整的体系，并且取得了一定成效。点式温度监测可用于较低电压等级的电缆运行温度在线监测，而光纤式温度监测系统已得到迅速发展，并可广泛应用于高电压等级的电力电缆的运行温度在线监测系统中。