10kV环网柜电缆接头电流与温度检测技术

10kV 环网柜电缆接头电流与温度检测技术

张杰峰

河北电力装备有限公司 056004

摘要：随着我国电力物联网的全面建设与推广，对电力设备运行数据的实时在线监测和管理提出了新的要求。10kV环网柜作为电力配电网中的一个重要环节，其安全、可靠运行对于保障用户的供电可靠性具有重要意义。鉴于此，本文对10kV环网柜电缆接头电流与温度检测技术进行了深入的探讨，以供参阅。

关键词：10kV环网柜；电缆接头电流；温度检测技术

1环网柜构成

环网柜组成部分有母线、负荷开关、一次电缆室和二次电缆小室等，其中母线可以与其它环网柜建立电气连接，负荷开关控制该单元通断，机构箱则操作负荷开关并进行熔丝安装，一次电缆室安装的设备有一次电缆和CT等，二次电缆小室则布设加热器和照明设备等。相比于断路器柜，环网柜在通流能力正常的情况下，其体积更小、重量轻、安装便利，但也存在不可开断故障电力，微机保护不能配置的不足之处。

2电缆接头测温方法

电缆接头测温方法以信号采集方式划分，主要有电信号测温和光信号测温两类；以有无电源来划分，主要有有源无线测温和无源无线测温两类。电信号测温法主要有热电偶测温和集成传感器测温两类。光信号测温法主要包括红外测温、光纤光栅测温和基于拉曼散射的分布式光纤测温。有源无线的测温法主要包括数字温度传感器、热电阻及热敏电阻等。采用无源无线的测温方法是一种新兴的测温途径，主要代表是声表面波测温。

3 10kV环网柜电缆接头电流与温度检测技术

3.1检测原理与要求

对于10kv环网柜电缆接头电流与温度检测来说，要保证检测方案设计可以实施对多个电力接头的检测，且可以将检测数据传输会主站或操作系统，由工作人员查看分析、存储管理。其温度检测原理是利用温度传感器测量值与当前温度间线性关系，多元性回归分析测试值曲线，得到温度函数公式，并依据系数计算到温度值由微控制器实现数据处理。

3.2系统总体设计

正常情况下，最高运行温度会限制电缆载荷量，为确保电力运行正常，需要对10kv环网柜电力接头实现实时电流与温度在线监测，设计完善的检测系统。其检测系统的总体框架中具体包含了电流检测装置、电缆接头温度检测装置和监控中心数据处理系统等。

首先是传感器模块，电缆电流采用开口式电流互感器安装于电缆护层接地线上，经转换为二次信号后引入监测装置。电流与温度传感器的终端通过数据线接入检测控制系统，该控制系统按照既定的采样间隔对电流数据和温度数据进行采集。正常运行条件下，电流测量范围为0.5-1000A，电缆防护层接地电流测量范围为0.5-200A，测量精度为±0.2A，测量周期可根据需要设置为5-100s范围内；温度传感器的测量范围为-20-180℃，测量精度为±0.5℃，测量周期可根据需要设置为10-100s范围内。

其次是数据传递模块，为方便数据管理，同时提升系统的灵活性与扩展能力，响应国家电网公司关于电力物联网的建设要求，可以采用无线传输方式对传感器数据进行传输。基于实际应用的需求，系统在设计的过程中，电流与温度检测控制终端采用低功耗的ZigBee模块进行数据传递。ZigBee无线传输技术可工作在2.4GHz、868MHz、915MHz频段，具有250kbit/s传输速率，传输距离在0-75m范围内，可满足系统的基本需求。另外，ZigBee技术具有低功耗、低成本、网络容量大等特点，同一区域的ZigBee网络最多能容纳245个设备。

3.3各组件设计

3.3.1超声波声波测量模组

采用超声波模组主要是利用声波传递时间、速度，对线路上一些器件指标进行监测，受空气密度、气体分子和温度等影响，超声波的传播速度不定。

3.3.2红外摄像头成像模组

设计中要选择好摄像头模组规格，可以实时监测、人工判断电缆接头屋内部。摄像头模块会存储图像，通过红外成像拍照、视频方式检测判断电缆接头温度。其模块设计中包含了摄像头模组、外围供电电路与计算芯片集成设计。根据时序图编程，处理好时钟脉冲与其它数据信号关系，先存储图像数据，然后对其进行读取。设置摄像头模块时，要初始化相关IO口，依据厂家提供参考配置序列配置多个寄存器，初始化寄存器值即可。

3.3.3电压电流传感器检测模组

可以采用PT、CT电压电流测量模组，在被测线路中并联电压模块，并串联电流模块。PT和CT电压电流一二次侧传感监测方式下实现检测目的，采集电压与电流后，运放组成的信号调理电路调理电压与电流，要选择好使用的运放芯片。通过放大器搭建比例积分电路实现电压电流信号采样电路，对电流信号可以实现压流转换，采集起来比较容易。电压信号通过差分电路转换为单端对地模拟信号，电路中电阻大小决定差分放大器增益，可以通过理想运算放大器虚短虚断特性进行计算。电压电流信号运放调理后输入微控制器上进行采集，在模拟采样电路输出口可设置反并联二极管，以避免系统异常下出现输出点电压过高的问题，进而将微控制器损坏。经采样电阻器将电流传感器输出信号转换为电压信号，通过电压跟随电路、滤波电路调理，将信号送入微控制器模块。

3.3.4接触器切除模组

接触器切除模组通过电路内接触器，在检测到环网柜电缆接头高温下将相关线路切除，并检修更换，或先将环网柜电缆接头两段线路，电缆接头被独立处理，防止危害到整个电网。在控制中需要以驱动给接触器中控制线圈高电平控制中线圈产生电磁力，吸合接触线圈内部控制电磁铁，闭合接触器的投切触头、接通电路。反之则会松开接触线圈内部控制的电磁铁。微控制器在对故障做出判断后，将信号通过控制网络传输到IO口，确保接触器断开电平产生高低变化，可以控制电路关断。

3.4软件设计

3.4.1系统实现

10kv环网柜电缆接头电流与温度检测系统中，软件功能主要有三部分，即数据管理、系统管理与任务管理。其中，数据管理负责接收、发送检测获得数字信号，并管理数据通信地址与内存。系统管理可以设置微控器的时钟与中断优先级，分配存储单元与地址。任务管理则根据实际需求响应提出的任务要求，比如数据采集、数据传输波特率的设置、数据转换功能、无线通信的开始和数据内存的分配等功能。

3.4.2传感器采集程序

传感器采集程序主要是控制传感器采集电流与温度信息，需设置微控制器内部终端中断优先级，并完成数据存储与转换等操作。

3.4.3数据通信程序

数据通信程序通过设置好无线传输基本模块，并使用相应协议栈工作，完成系统输出化与执行指令任务。

4结束语

10kv环网柜具有体积小、拼装灵活以及操作简便的优点，在配网改造工作推进下，在各级配网中的使用不断增加，但其运行维护问题也进一步凸显。在日常运维管理中，需做好对其电缆接头电流与温度的检测，采用科学的监测技术与装置，做好数据采集、信号传输与分析工作，避免高温问题影响到整体运行，进而引发故障等。因此，当前需进一步加强对10kV环网柜电缆接头电流与温度检测技术的研究，以满足实际运维要求。

参考文献

[1]靳松.10kV环网柜电缆接头电流与温度检测技术研究[J].建筑工程技术与设计，2020(27)：2568-2568.

[2]黄应敏，邵源鹏，高伟光，等.10kV环网柜电缆接头电流与温度检测技术研究[J].电子设计工程，2019，27(24)：111-115.

[3]秦焕鑫，谭国竞，王永清，等.10kV环网柜电缆接头温度在线监测方案设计[J].电子设计工程，2020，28(6)：165-169.