火電廠(chǎng)、變電站電力電纜長(cháng)期運行在高電壓、大電流環(huán)境下，其接頭容易超溫過(guò)熱，引起爆炸，導致火災，建立電力電纜火災在線(xiàn)監測系統具有必要性。為此，介紹發(fā)電廠(chǎng)電力電纜火災在線(xiàn)監測系統的總體設計，硬件結構及接口設計。該系統的現場(chǎng)子站設計采用了新型數字式溫度傳感器，不僅功能強、可靠性高，而且兼有耗能低，體積小的優(yōu)點(diǎn)。

    國家電力公司發(fā)輸電運營(yíng)部在《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點(diǎn)要求》第1.1.10條規定： “應盡量減少電纜中間頭的數量。如需要，應按工藝要求制作安裝電纜頭，經(jīng)質(zhì)量驗收合格后，再用耐火防爆槽盒將其封閉”。如何很好地執行該要求?雖然一些電廠(chǎng)對電纜接頭施行防爆處理，然而這種方法只是一種事后處理的方法。筆者認為對電力電纜進(jìn)行在線(xiàn)監測是對電纜接頭采取的較有效的事前預防防爆措施，因此，研究和開(kāi)發(fā)電力電纜火災在線(xiàn)監測系統勢在必行。

    1 開(kāi)發(fā)電力電纜火災在線(xiàn)監測系統的必要性

    各發(fā)電廠(chǎng)和變電站都敷設有距離較長(cháng)、走向復雜的電力電纜，這些電纜長(cháng)期運行在高電壓、大電流環(huán)境下，容易引起溫度上升、溫度異常，引起電纜接頭爆炸，造成火災[1]?，F在全國運行的電力電纜故障80%以上是由于電力電纜附件故障引起的，其中電纜接頭引起的事故占一半以上。電纜接頭在溝道或隧道中敷設時(shí)相距其他運行電纜較近，因此要防止故障電纜引燃其他運行電纜。電力電纜敷設距離長(cháng)、走向復雜，而運行人員定期巡視的方法、巡視間隔、巡視的準確性等方面都存在很多問(wèn)題，因此，研究設計電力電纜火災在線(xiàn)監測系統就是為了能夠實(shí)時(shí)監測電力電纜的溫度變化，在溫度越限或溫升速度越限時(shí)能及時(shí)報警，并指出發(fā)熱點(diǎn)位置(溫度探頭位置)，通知運行人員及時(shí)處理，從而保證運行安全，避免經(jīng)濟損失。

    2 電力電纜火災在線(xiàn)監測系統的總體設計

    根據生產(chǎn)現場(chǎng)實(shí)際，電力電纜火災在線(xiàn)監測系統設計成分散測量、集中監視的系統結構，它主要 由4部分組成：溫度傳感器、現場(chǎng)工作子站、總線(xiàn)接口以及主機。結構組成見(jiàn)圖1。

    系統所用溫度傳感器是美國DALLAS公司產(chǎn)品———DS1820數字式溫度傳感器，測量范圍為-55～125℃，測量精度為±0.5℃，能夠準確測量電纜接頭處溫度或其他安裝地點(diǎn)的溫度。該數字式溫度傳感器采用半雙工數據通信接口，子站向它輸入識別代碼和命令字，它向子站輸出數字溫度值(均通過(guò)單總線(xiàn)進(jìn)行)。

    子站的任務(wù)是實(shí)時(shí)采集溫度傳感器的一系列數據，簡(jiǎn)單處理后，通過(guò)接口電路把傳感器編號以及相應的數據傳送給主機。主機負責管理全部子站，接收各個(gè)子站傳來(lái)的數據，并在Windows環(huán)境下以良好的用戶(hù)界面管理和顯示現場(chǎng)數據。

    3 子站的硬件設計

    考慮到現場(chǎng)電纜走向復雜、分布范圍大，如果所有溫度傳感器均直接通過(guò)接口電路與主機相連，勢必造成系統連接與管理復雜化，同時(shí)也加大了維護方面的難度。該系統設計為分層分布式結構，由子站實(shí)時(shí)采集與其相連的一系列溫度傳感器的數據，經(jīng)過(guò)各個(gè)子站的處理后，通過(guò)遠程通信接口電路，把代表電纜位置信息的傳感器編號以及相應的溫度數據傳送給主機。該設計簡(jiǎn)化了系統結構，便于管理和維護。

    子站的結構如圖2所示，其核心是Intel公司的8位單片機89C51。Intel 89C51具有4列化              KBEEPROM作為程序存儲器，128 BRAM作為數據存儲器[2]。復位電路采用上電自動(dòng)復位、按鈕手動(dòng)復位和定時(shí)器(看門(mén)狗)自動(dòng)復位多重復位設計，以保證子站工作的可靠性。時(shí)鐘電路由外接石英晶體振蕩器和電容構成的三點(diǎn)式振蕩電路及內部反向放大器構成，時(shí)鐘頻率為12 MHz.

Intel 89C51的16位內部定時(shí)/計數器以中斷方式工作，控制子站定時(shí)掃描與之相連的傳感器，內部并行口線(xiàn)則用于子站與溫度傳感器之間的單總線(xiàn)數據傳輸?？紤]到一臺子站要連接多個(gè)溫度傳感器，且距離較遠，因此增加了驅動(dòng)接口電路，由光電耦合連接傳感器，從而提高子站的抗干擾能力和可靠性。

    4 接口設計

    子站負責采集溫度數據并對數據進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，通過(guò)接口電路把傳感器編號以及相應的溫度數據傳送給主機。Intel 89C51具有片內串行接口，在串行口控制寄存器SCON的控制下，可以方便地工作在移位寄存器方式、波特率可變的8位異步通信方式、波特率固定的9位異步通信方式和波特率可變的9位異步通信方式中。由于Intel 89C51的串行口為T(mén)TL電平，而上位機(主機)的串行口為RS-232電平，因此通常的設計是采用MC1488/MC1489電平轉換接口電路。

    RS-232串行通信標準規定，驅動(dòng)器允許有2 500 pF的電容負載，因此通信距離受到很大限制，一般通信距離不超過(guò)15 m。此外，RS-232串行接口采用單端信號傳輸方式，其抗干擾能力 較差?？紤]到RS-232串行接口的固有缺點(diǎn)以及子站數量多、分布范圍大、距離主機較遠等實(shí)際情況，本設計采用RS-485串行總線(xiàn)構成子站與主機的接口。

    RS-485串行數據發(fā)送接收器采用平衡發(fā)送和差分接收，具有很強的抑制共模干擾能力，而且接受器具有較高的靈敏度，因此通信距離可達到1 000 m以上。在通信線(xiàn)路安裝方面，RS-485總線(xiàn)比RS-232總線(xiàn)具有很多優(yōu)勢：RS-232總線(xiàn)采用三線(xiàn)共地傳輸，而RS-485總線(xiàn)采用兩線(xiàn)差分傳輸，也就是說(shuō)，采用RS-485總線(xiàn)可以利用一對雙絞線(xiàn)方便地構
    RS-485接口芯片可以采用MAXIM公司的MAX485系列單5 V供電低功耗RS-485及RS-422通信接口芯片(MAX481，MAX483，MAX485，MAX487～MAX491，MAX1487)，其中MAX483，MAX487，MAX488和MAX489的傳輸速率為250 Kbit/s，可以減少由于線(xiàn)路終端阻抗不匹配而引起的反射。MAX481，MAX485，MAX490，MAX491和MAX1487的傳輸速率可高達2.5 Mbit/s。MAX488～MAX491為全雙工數據接口，而MAX481，MAX483，MAX485，

MAX487和MAX1487為半雙工數據接口，這些芯片均具有-7～+12 V的共模輸入電壓。

    5 結束語(yǔ)

    發(fā)電廠(chǎng)電力電纜火災在線(xiàn)監測系統能將電纜溝內各電纜接頭處的溫度傳送到主控室內的主機，當溫度升高或溫升速度超過(guò)給定報警值時(shí)及時(shí)報警，便于運行人員隨時(shí)進(jìn)行處理并及時(shí)消除隱患，從而有效防止電力電纜火災的發(fā)生，保證電力系統的安全運行。