水電站330kv高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置的製作方法
2023-06-22 03:50:26 2
專利名稱：水電站330kv高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及高壓電纜測量裝置領域，具體為一種水電站330KV高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置。
背景技術：
近幾年隨著國民經濟的高速發展，我國水電裝機總容量也得到了很大的發展，尤其是大型水電站的數量及裝機容量更是得到前所未有的發展。為了避免「窩電」，使發電機發出的電能足量送出，電站的輸出線路容量及電壓等級不斷提高，330KV、500KV、750KV等高壓電纜相繼在電站中得到了應用。高壓電纜作為水電站電量輸出的重要設備，它的安全性也受到了大家的重視，目前對高壓電纜安全監測的參數主要有運行溫度及定期的絕緣測試。高壓電纜在額定負荷運行時，電纜線芯溫度是穩定的，如果因為電纜接頭故障、金屬護套絕緣損傷、絕緣老化等因素產生環電流都會導致電纜溫度升高，另外電纜一旦過負荷，線芯溫度也將急劇上升，加速絕緣老化，甚至發生熱擊穿。為了保障高壓電纜的安全運行，對高壓電纜的線芯導體溫度、接頭溫度、金屬護套溫度及金屬護套絕緣監測至關重要。實際應用中，對電纜的運行溫度參數監視主要通過兩種方法，一種是手持紅外測溫儀定期巡迴測量或者埋設測溫元件監測，另一種方式是通過在電纜中埋設測溫元件監測。紅外測溫只能檢測電纜表面溫度，而且容易受環境因素影響，所測溫度數值與電纜內部差別很大；普通測溫元件由於具有導電性，高壓電磁感應容易損壞測溫元件及二次設備，甚至威脅人身安全。電纜絕緣監測需要定期停電後測試主絕緣電阻、金屬護套絕緣電阻及主絕緣耐壓交流試驗，檢查是否有多點接地等現象。絕緣測試項目周期間隔比較長，而且必須停電測試，影響正常發電輸出。由於水電站地理位置的特殊性，高壓電纜基本都處於狹小的山洞和高電磁環境中，目前還缺乏有效的針對水電站330KV高壓電纜溫度及絕緣狀態在線監測裝置。申請日為2009年1月16日、申請號為CN20091004M71. 3的專利文獻公開了 「一種高壓電纜在線監測系統」，此系統採用無線採集傳輸模式，測量點數多，範圍大，對於城市35KV的用電網絡是比較適合的，在水電站的特殊環境，一方面是採用普通測溫元件使二次設備容易受到高壓損壞，另一方面水電站的地理環境及高電磁環境不適合無線傳輸系統。綜上所述，在水電站高壓電纜的安全監測方面，目前還沒有一種符合智能化水電站建設需要，適合實時監測水電站330KV電纜溫度及絕緣狀態，又能保障監測設備安全的智能化裝置。
發明內容
本發明的目的是提供一種水電站330KV高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置， 以解決現有高壓電纜溫度監測裝置及技術無法適應水電站特殊環境的問題。為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案為
本發明水電站330KV高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置的特點是設置有一 CPU中央處理模塊單元；一數據採集轉換單元，由所述CPU中央處理模塊單元控制並向CPU中央處理模塊單元傳輸數位訊號；一光發射/接收模塊，由所述CPU中央處理模塊單元控制並向數據採集轉換單元傳輸電信號；一報警輸出模塊，由CPU中央處理模塊單元控制報警信號輸出並與遠方監控系統通訊；多個光纖溫度傳感器，分別安裝於待測高壓電纜接頭處，並將溫度檢測信號接入所述光發射/接收模塊；多個電流傳感器，分別安裝於待測高壓電纜接頭金屬護套上，並將電流檢測信號接入所述數據採集轉換單元。本發明水電站330KV高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置的特點也在於所述CPU中央處理模塊單元是由微處理器、數據存儲RAM、鎖存器、觸發器、地址解碼器、晶振和電容通過相應I/O 口組成的最小工作系統，所述微處理器中固化有初始化子程序、數據採集處理子程序、鍵值處理子程序、顯示子程序、報警輸出子程序及通訊子程序；所述光發射/接收模塊包括多路電子開關、與數據採集轉換單元連接的多路光敏管、接入多路電子開關的多路光發射管、通過多路電子開關向光發射管提供電流的恆流源， 所述光纖溫度傳感器各自具有一個光入射端和一個光出射端，各個光纖溫度傳感器的光入射端分別與多路光發射管一一對應連接，各個光纖溫度傳感器的光出射端分別與多路光敏管一一對應連接，與同一個光纖溫度傳感器連接的光發射管、光敏管配合構成一路光纖溫度傳感器迴路，所述CPU中央處理模塊單元的微處理器通過觸發器向光發射/接收模塊的多路電子開關發送控制信號，多路電子開關由控制信號控制依次選通各路光纖溫度傳感器迴路，被選通的光纖溫度傳感器迴路中光發射管的出射光經過對應光纖溫度傳感器後被光敏管接收，由光敏管將光信號轉換成電信號後傳輸至數據採集轉換單元；所述數據採集轉換單元包括多路電子開關、接入多路電子開關的濾波電路、與濾波電路連接的兩級放大電路、與兩級放大電路連接的A/D轉換電路，所述光發射/接收模塊輸出的多路電信號、多個電流傳感器分別輸出的電信號傳輸至數據採集轉換單元的多路電子開關，所述CPU中央處理模塊單元的微處理器通過觸發器向數據採集轉換單元的多路電子開關發送控制信號，多路電子開關由控制信號控制依次選通各路電信號後將被選通的電信號傳輸至濾波電路濾波，再依次經過兩級放大電路放大、A/D轉換電路轉換成相應的數位訊號後傳輸至CPU中央處理模塊單元的微處理器；所述報警輸出模塊包括與遠方監控系統連接的總線驅動器，以及控制報警電路通斷的繼電器、控制繼電器工作的三極體，所述CPU中央處理模塊單元的微處理器通過觸發器向三極體輸出控制信號，三極體在控制信號控制下控制繼電器工作以連通外部報警電路，所述CPU中央處理模塊單元的微處理器與總線驅動器連接構成通訊接口，實現CPU中央處理模塊單元與遠方監控系統的通訊。本發明水電站330KV高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置的特點也在於
設置接入CPU中央處理模塊單元的液晶顯示/按鍵模塊，所述液晶顯示/按鍵模塊包括液晶模塊、鍵盤，所述液晶模塊通過數據線和控制線與CPU中央處理模塊單元的微處理器連接，所述鍵盤通過鍵盤接口電路與CPU中央處理模塊單元的微處理器中斷I/O 口連接。與已有技術相比，本發明有益效果體現在本發明有效解決了水電站330KV高壓電纜的在線實時監測問題。同時本發明可以及時把電纜當前主要運行參數實時匯總到運行管理部門，減少了運行人員的勞動強度，極大地提高了生產效率。本發明裝置體積較小，同時具備智能決策機制，具有遠程數據交換能力，可以直接安裝於現地，符合智能化水電廠對設備的智能化要求。本發明通過採用光纖溫度傳感器，在準確測量溫度數據的前提下，完全隔離了高壓感應對二次設備及人員的損害， 特別是電纜停電、送電瞬間對設備的損害。通過設置電流傳感器監測記錄高壓電纜金屬護套環電流變化率及變化趨勢，了解電纜的絕緣狀態，解決了原有方法只能依靠停電後根據絕緣測試數據分析判斷的問題。水電站330KV高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置可以在綜合分析溫度、金屬護套環電流等運行參數後，根據運行負荷判斷電纜溫度升高的原因。
圖1是本發明的原理框圖；圖2是本發明的CPU中央處理模塊單元電路圖；圖3a為本發明光發射/接收模塊電路中光發射管與多路電子開關電路圖；圖北為本發明光發射/接收模塊電路中光敏管電路圖；圖4是本發明的數據採集轉換單元電路圖；圖fe為本發明報警輸出模塊電路中報警部分控制電路圖；圖恥為本發明報警輸出模塊電路中總線驅動器電路圖；圖6是本發明液晶顯示/按鍵模塊電路圖。
具體實施例方式參見圖1，本實施例中水電站330KV高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置是由光纖溫度傳感器、電流傳感器、光發射/接收模塊、數據採集轉換單元、CPU中央處理模塊單元、液晶顯示/按鍵模塊、報警輸出模塊及電源模塊構成。光纖溫度傳感器直接測量高壓電纜接頭的溫度，並通過光纖與光發射/接收模塊連接。光發射/接收模塊光電轉換電信號，並與數據採集轉換單元連接，光發射/接收模塊控制信號由CPU中央處理模塊單元發送。電流傳感器安裝於高壓電纜接頭金屬護套上，直接測量金屬護套漏電流，電流傳感器輸出與數據採集轉換單元連接。光發射/接收模塊、數據採集轉換單元、CPU中央處理模塊單元、液晶顯示/按鍵模塊、報警輸出模塊及電源模塊集成於一塊電路板，並經相應的控制線和數據線相連接。光纖溫度傳感器首先接收光發射/接收模塊發射的光信號，經傳感器調製後輸出的光信號進入光發射/接收模塊轉換為電壓信號，此電壓信號與電流傳感器感應的漏電流信號送入數據採集轉換單元，數據採集轉換單元把採集的電信號依次經過濾波、 放大、A/D轉換後轉換為數位訊號輸入CPU中央處理模塊單元。參見圖2，本實施例中，CPU中央處理模塊單元主要用於完成測量點的順序控制，溫度、電壓數位訊號的標度變換，分析處理，越限報警判斷，參數設置、測量值顯示及與監控系統的通訊數據交換。CPU中央處理模塊單元包括型號為89S8253的微處理器U1，型號為 6116的數據存儲RAM晶片U4，型號為74LS373的鎖存器U2，型號為74LS377的觸發器U5， 型號為74LS138的地址解碼器U3，晶振，電容。微處理器Ul通過地址線、數據線及控制線分別與地址解碼器U3、數據存儲RAM晶片U4、鎖存器U2、觸發器TO相連接，組成裝置最小工作系統。其中觸發器U5輸出直接控制光發射驅動/接收模塊及數據採集轉換單元中的多路電子開關，實現多路信號的自動選擇切換。參見圖3a和圖北，本實施例中光發射/接收模塊用於完成多路光信號的驅動控制及接收光纖溫度傳感器光信號。採用恆流源I驅動發光管D1-D3，通過型號為MAX306CPI 的多路電子開關U13切換實現多路發光管D1-D3共用一個恆流源I，保證了各路光源的穩定一致。多路電子開關的控制信號由CPU中央處理模塊單元中觸發器U5的Q0-Q3引腳提供， 通過控制多路電子開關的控制信號可以實現多路電子開關的依次選通。每一個光纖溫度傳感器對應的一隻光發射管和一隻光敏管構成光纖溫度傳感器迴路，光纖溫度傳感器輸出光信號經過各自對應的光敏管轉換為電壓信號，此電壓信號分別與數據採集轉換單元中多路電子開關U9相連接。參見圖4，本實施例中數據採集轉換單元完成光發射/接收模塊輸出信號及電流傳感器信號的採集，信號調理及A/D轉換。電路中包括型號為MAX306CPI的多路電子開關U9、濾波電路、兩極放大器電路及A/D轉換電路。多路電子開關U9控制信號由CPU中央處理模塊單元中觸發器U5的Q0-Q3引腳提供。A/D轉換電路可以採用3位半A/D轉換電路MC14433，其數位訊號輸出引腳Q0-Q3及位信號輸出引腳DS1-DS4分別連接CPU的 Pl. 0-P1. 7 引腳。參見圖fe和圖恥，本實施例中報警輸出模塊用於完成報警信號的輸出，以及通過型號為75176B的RS-485總線驅動器U12與遠方監控系統實現通訊數據的交換。CPU中央處理模塊單元中微處理器Ul通過觸發器U5輸出控制信號BJ控制三極體Tl，從而實現對報警繼電器J開關接點的控制，微處理器Ul的串行通訊接口與RS-485總線驅動器U12相連接構成通訊接口，可以實現與遠方監控系統的數據通訊。參見圖6，本實施例中設置液晶顯示/按鍵模塊用於完成數據顯示及參數設置。顯示模塊採用192 X 64的液晶晶塊，可以同時顯示高壓電纜三相溫度及電流數據，液晶模塊通過數據線、控制線與CPU中央處理模塊連接。按鍵設計為1 X 4個鍵，通過型號為82C79 的鍵盤接口電路UlO與CPU中央處理模塊單元微處理器Ul的中斷I/O連接。按鍵操作為複合功能，參數設置時為設置鍵，數字移位，數字修改，數字儲存鍵，運行時按鍵操作分為顯示速度調節鍵，顯示關閉鍵。
權利要求
1.水電站330KV高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置，其特徵在於設置有一 CPU中央處理模塊單元；一數據採集轉換單元，由所述CPU中央處理模塊單元控制並向CPU中央處理模塊單元傳輸數位訊號；一光發射/接收模塊，由所述CPU中央處理模塊單元控制並向數據採集轉換單元傳輸電信號；一報警輸出模塊，由CPU中央處理模塊單元控制報警信號輸出並與遠方監控系統通訊；多個光纖溫度傳感器，分別安裝於待測高壓電纜接頭處，並將溫度檢測信號接入所述光發射/接收模塊；多個電流傳感器，分別安裝於待測高壓電纜接頭金屬護套上，並將電流檢測信號接入所述數據採集轉換單元。
2.根據權利要求1所述的水電站330KV高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置，其特徵在於所述CPU中央處理模塊單元是由微處理器、數據存儲RAM、鎖存器、觸發器、地址解碼器、晶振和電容通過相應I/O 口組成的最小工作系統，所述微處理器中固化有初始化子程序、數據採集處理子程序、鍵值處理子程序、顯示子程序、報警輸出子程序及通訊子程序；所述光發射/接收模塊包括多路電子開關、與數據採集轉換單元連接的多路光敏管、 接入多路電子開關的多路光發射管、通過多路電子開關向光發射管提供電流的恆流源，所述光纖溫度傳感器各自具有一個光入射端和一個光出射端，各個光纖溫度傳感器的光入射端分別與多路光發射管一一對應連接，各個光纖溫度傳感器的光出射端分別與多路光敏管一一對應連接，與同一個光纖溫度傳感器連接的光發射管、光敏管配合構成一路光纖溫度傳感器迴路，所述CPU中央處理模塊單元的微處理器通過觸發器向光發射/接收模塊的多路電子開關發送控制信號，多路電子開關由控制信號控制依次選通各路光纖溫度傳感器迴路，被選通的光纖溫度傳感器迴路中光發射管的出射光經過對應光纖溫度傳感器後被光敏管接收，由光敏管將光信號轉換成電信號後傳輸至數據採集轉換單元；所述數據採集轉換單元包括多路電子開關、接入多路電子開關的濾波電路、與濾波電路連接的兩級放大電路、與兩級放大電路連接的A/D轉換電路，所述光發射/接收模塊輸出的多路電信號、多個電流傳感器分別輸出的電信號傳輸至數據採集轉換單元的多路電子開關，所述CPU中央處理模塊單元的微處理器通過觸發器向數據採集轉換單元的多路電子開關發送控制信號，多路電子開關由控制信號控制依次選通各路電信號後將被選通的電信號傳輸至濾波電路濾波，再依次經過兩級放大電路放大、A/D轉換電路轉換成相應的數位訊號後傳輸至CPU中央處理模塊單元的微處理器；所述報警輸出模塊包括與遠方監控系統連接的總線驅動器，以及控制報警電路通斷的繼電器、控制繼電器工作的三極體，所述CPU中央處理模塊單元的微處理器通過觸發器向三極體輸出控制信號，三極體在控制信號控制下控制繼電器工作以連通外部報警電路，所述CPU中央處理模塊單元的微處理器與總線驅動器連接構成通訊接口，實現CPU中央處理模塊單元與遠方監控系統的通訊。
3.根據權利要求2所述的水電站330KV高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置，其特徵在於設置接入CPU中央處理模塊單元的液晶顯示/按鍵模塊，所述液晶顯示/按鍵模塊包括液晶模塊、鍵盤，所述液晶模塊通過數據線和控制線與CPU中央處理模塊單元的微處理器連接，所述鍵盤通過鍵盤接口電路與CPU中央處理模塊單元的微處理器中斷I/O 口連接。
全文摘要
本發明公開了一種水電站330KV高壓電纜溫度及絕緣狀態智能監測裝置，其特徵在於設置有CPU中央處理模塊單元；在CPU中央處理模塊單元控制下，向CPU中央處理模塊單元傳輸數位訊號的數據採集轉換單元；向數據採集轉換單元傳輸電信號的光發射/接收模塊；可用於遠方監控系統通訊及報警輸出模塊；設置各光纖溫度傳感器分別安裝於待測高壓電纜接頭處，並將溫度檢測信號接入所述光發射/接收模塊；設置各電流傳感器，分別安裝於待測高壓電纜接頭金屬護套上，並將電流檢測信號接入數據採集轉換單元。本發明尤其適於水電站330KV高壓電纜的安全監測，既能實現實時監測水電站電纜溫度及絕緣狀態，又能保障監測設備本身安全。
文檔編號G01R31/12GK102411119SQ20111037023
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月21日 優先權日2011年11月21日
發明者劉徵宇, 史久根, 張建軍, 徐娟, 解新勝, 韓江洪 申請人:合肥工業大學