专利名称：水电站330kv高压电缆温度及绝缘状态智能监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及高压电缆测量装置领域，具体为一种水电站330KV高压电缆温度及绝缘状态智能监测装置。
背景技术：
近几年随着国民经济的高速发展，我国水电装机总容量也得到了很大的发展，尤其是大型水电站的数量及装机容量更是得到前所未有的发展。为了避免“窝电”，使发电机发出的电能足量送出，电站的输出线路容量及电压等级不断提高，330KV、500KV、750KV等高压电缆相继在电站中得到了应用。高压电缆作为水电站电量输出的重要设备，它的安全性也受到了大家的重视，目前对高压电缆安全监测的参数主要有运行温度及定期的绝缘测试。高压电缆在额定负荷运行时，电缆线芯温度是稳定的，如果因为电缆接头故障、金属护套绝缘损伤、绝缘老化等因素产生环电流都会导致电缆温度升高，另外电缆一旦过负荷，线芯温度也将急剧上升，加速绝缘老化，甚至发生热击穿。为了保障高压电缆的安全运行，对高压电缆的线芯导体温度、接头温度、金属护套温度及金属护套绝缘监测至关重要。实际应用中，对电缆的运行温度参数监视主要通过两种方法，一种是手持红外测温仪定期巡回测量或者埋设测温元件监测，另一种方式是通过在电缆中埋设测温元件监测。红外测温只能检测电缆表面温度，而且容易受环境因素影响，所测温度数值与电缆内部差别很大；普通测温元件由于具有导电性，高压电磁感应容易损坏测温元件及二次设备，甚至威胁人身安全。电缆绝缘监测需要定期停电后测试主绝缘电阻、金属护套绝缘电阻及主绝缘耐压交流试验，检查是否有多点接地等现象。绝缘测试项目周期间隔比较长，而且必须停电测试，影响正常发电输出。由于水电站地理位置的特殊性，高压电缆基本都处于狭小的山洞和高电磁环境中，目前还缺乏有效的针对水电站330KV高压电缆温度及绝缘状态在线监测装置。申请日为2009年1月16日、申请号为CN20091004M71. 3的专利文献公开了 “一种高压电缆在线监测系统”，此系统采用无线采集传输模式，测量点数多，范围大，对于城市35KV的用电网络是比较适合的，在水电站的特殊环境，一方面是采用普通测温元件使二次设备容易受到高压损坏，另一方面水电站的地理环境及高电磁环境不适合无线传输系统。综上所述，在水电站高压电缆的安全监测方面，目前还没有一种符合智能化水电站建设需要，适合实时监测水电站330KV电缆温度及绝缘状态，又能保障监测设备安全的智能化装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种水电站330KV高压电缆温度及绝缘状态智能监测装置， 以解决现有高压电缆温度监测装置及技术无法适应水电站特殊环境的问题。为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为
本发明水电站330KV高压电缆温度及绝缘状态智能监测装置的特点是设置有一 CPU中央处理模块单元；一数据采集转换单元，由所述CPU中央处理模块单元控制并向CPU中央处理模块单元传输数字信号；一光发射/接收模块，由所述CPU中央处理模块单元控制并向数据采集转换单元传输电信号；一报警输出模块，由CPU中央处理模块单元控制报警信号输出并与远方监控系统通讯；多个光纤温度传感器，分别安装于待测高压电缆接头处，并将温度检测信号接入所述光发射/接收模块；多个电流传感器，分别安装于待测高压电缆接头金属护套上，并将电流检测信号接入所述数据采集转换单元。本发明水电站330KV高压电缆温度及绝缘状态智能监测装置的特点也在于所述CPU中央处理模块单元是由微处理器、数据存储RAM、锁存器、触发器、地址译码器、晶振和电容通过相应I/O 口组成的最小工作系统，所述微处理器中固化有初始化子程序、数据采集处理子程序、键值处理子程序、显示子程序、报警输出子程序及通讯子程序；所述光发射/接收模块包括多路电子开关、与数据采集转换单元连接的多路光敏管、接入多路电子开关的多路光发射管、通过多路电子开关向光发射管提供电流的恒流源， 所述光纤温度传感器各自具有一个光入射端和一个光出射端，各个光纤温度传感器的光入射端分别与多路光发射管一一对应连接，各个光纤温度传感器的光出射端分别与多路光敏管一一对应连接，与同一个光纤温度传感器连接的光发射管、光敏管配合构成一路光纤温度传感器回路，所述CPU中央处理模块单元的微处理器通过触发器向光发射/接收模块的多路电子开关发送控制信号，多路电子开关由控制信号控制依次选通各路光纤温度传感器回路，被选通的光纤温度传感器回路中光发射管的出射光经过对应光纤温度传感器后被光敏管接收，由光敏管将光信号转换成电信号后传输至数据采集转换单元；所述数据采集转换单元包括多路电子开关、接入多路电子开关的滤波电路、与滤波电路连接的两级放大电路、与两级放大电路连接的A/D转换电路，所述光发射/接收模块输出的多路电信号、多个电流传感器分别输出的电信号传输至数据采集转换单元的多路电子开关，所述CPU中央处理模块单元的微处理器通过触发器向数据采集转换单元的多路电子开关发送控制信号，多路电子开关由控制信号控制依次选通各路电信号后将被选通的电信号传输至滤波电路滤波，再依次经过两级放大电路放大、A/D转换电路转换成相应的数字信号后传输至CPU中央处理模块单元的微处理器；所述报警输出模块包括与远方监控系统连接的总线驱动器，以及控制报警电路通断的继电器、控制继电器工作的三极管，所述CPU中央处理模块单元的微处理器通过触发器向三极管输出控制信号，三极管在控制信号控制下控制继电器工作以连通外部报警电路，所述CPU中央处理模块单元的微处理器与总线驱动器连接构成通讯接口，实现CPU中央处理模块单元与远方监控系统的通讯。本发明水电站330KV高压电缆温度及绝缘状态智能监测装置的特点也在于
设置接入CPU中央处理模块单元的液晶显示/按键模块，所述液晶显示/按键模块包括液晶模块、键盘，所述液晶模块通过数据线和控制线与CPU中央处理模块单元的微处理器连接，所述键盘通过键盘接口电路与CPU中央处理模块单元的微处理器中断I/O 口连接。与已有技术相比，本发明有益效果体现在本发明有效解决了水电站330KV高压电缆的在线实时监测问题。同时本发明可以及时把电缆当前主要运行参数实时汇总到运行管理部门，减少了运行人员的劳动强度，极大地提高了生产效率。本发明装置体积较小，同时具备智能决策机制，具有远程数据交换能力，可以直接安装于现地，符合智能化水电厂对设备的智能化要求。本发明通过采用光纤温度传感器，在准确测量温度数据的前提下，完全隔离了高压感应对二次设备及人员的损害， 特别是电缆停电、送电瞬间对设备的损害。通过设置电流传感器监测记录高压电缆金属护套环电流变化率及变化趋势，了解电缆的绝缘状态，解决了原有方法只能依靠停电后根据绝缘测试数据分析判断的问题。水电站330KV高压电缆温度及绝缘状态智能监测装置可以在综合分析温度、金属护套环电流等运行参数后，根据运行负荷判断电缆温度升高的原因。
图1是本发明的原理框图；图2是本发明的CPU中央处理模块单元电路图；图3a为本发明光发射/接收模块电路中光发射管与多路电子开关电路图；图北为本发明光发射/接收模块电路中光敏管电路图；图4是本发明的数据采集转换单元电路图；图fe为本发明报警输出模块电路中报警部分控制电路图；图恥为本发明报警输出模块电路中总线驱动器电路图；图6是本发明液晶显示/按键模块电路图。
具体实施例方式参见图1，本实施例中水电站330KV高压电缆温度及绝缘状态智能监测装置是由光纤温度传感器、电流传感器、光发射/接收模块、数据采集转换单元、CPU中央处理模块单元、液晶显示/按键模块、报警输出模块及电源模块构成。光纤温度传感器直接测量高压电缆接头的温度，并通过光纤与光发射/接收模块连接。光发射/接收模块光电转换电信号，并与数据采集转换单元连接，光发射/接收模块控制信号由CPU中央处理模块单元发送。电流传感器安装于高压电缆接头金属护套上，直接测量金属护套漏电流，电流传感器输出与数据采集转换单元连接。光发射/接收模块、数据采集转换单元、CPU中央处理模块单元、液晶显示/按键模块、报警输出模块及电源模块集成于一块电路板，并经相应的控制线和数据线相连接。光纤温度传感器首先接收光发射/接收模块发射的光信号，经传感器调制后输出的光信号进入光发射/接收模块转换为电压信号，此电压信号与电流传感器感应的漏电流信号送入数据采集转换单元，数据采集转换单元把采集的电信号依次经过滤波、 放大、A/D转换后转换为数字信号输入CPU中央处理模块单元。参见图2，本实施例中，CPU中央处理模块单元主要用于完成测量点的顺序控制，温度、电压数字信号的标度变换，分析处理，越限报警判断，参数设置、测量值显示及与监控系统的通讯数据交换。CPU中央处理模块单元包括型号为89S8253的微处理器U1，型号为 6116的数据存储RAM芯片U4，型号为74LS373的锁存器U2，型号为74LS377的触发器U5， 型号为74LS138的地址译码器U3，晶振，电容。微处理器Ul通过地址线、数据线及控制线分别与地址译码器U3、数据存储RAM芯片U4、锁存器U2、触发器TO相连接，组成装置最小工作系统。其中触发器U5输出直接控制光发射驱动/接收模块及数据采集转换单元中的多路电子开关，实现多路信号的自动选择切换。参见图3a和图北，本实施例中光发射/接收模块用于完成多路光信号的驱动控制及接收光纤温度传感器光信号。采用恒流源I驱动发光管D1-D3，通过型号为MAX306CPI 的多路电子开关U13切换实现多路发光管D1-D3共用一个恒流源I，保证了各路光源的稳定一致。多路电子开关的控制信号由CPU中央处理模块单元中触发器U5的Q0-Q3引脚提供， 通过控制多路电子开关的控制信号可以实现多路电子开关的依次选通。每一个光纤温度传感器对应的一只光发射管和一只光敏管构成光纤温度传感器回路，光纤温度传感器输出光信号经过各自对应的光敏管转换为电压信号，此电压信号分别与数据采集转换单元中多路电子开关U9相连接。参见图4，本实施例中数据采集转换单元完成光发射/接收模块输出信号及电流传感器信号的采集，信号调理及A/D转换。电路中包括型号为MAX306CPI的多路电子开关U9、滤波电路、两极放大器电路及A/D转换电路。多路电子开关U9控制信号由CPU中央处理模块单元中触发器U5的Q0-Q3引脚提供。A/D转换电路可以采用3位半A/D转换电路MC14433，其数字信号输出引脚Q0-Q3及位信号输出引脚DS1-DS4分别连接CPU的 Pl. 0-P1. 7 引脚。参见图fe和图恥，本实施例中报警输出模块用于完成报警信号的输出，以及通过型号为75176B的RS-485总线驱动器U12与远方监控系统实现通讯数据的交换。CPU中央处理模块单元中微处理器Ul通过触发器U5输出控制信号BJ控制三极管Tl，从而实现对报警继电器J开关接点的控制，微处理器Ul的串行通讯接口与RS-485总线驱动器U12相连接构成通讯接口，可以实现与远方监控系统的数据通讯。参见图6，本实施例中设置液晶显示/按键模块用于完成数据显示及参数设置。显示模块采用192 X 64的液晶晶块，可以同时显示高压电缆三相温度及电流数据，液晶模块通过数据线、控制线与CPU中央处理模块连接。按键设计为1 X 4个键，通过型号为82C79 的键盘接口电路UlO与CPU中央处理模块单元微处理器Ul的中断I/O连接。按键操作为复合功能，参数设置时为设置键，数字移位，数字修改，数字储存键，运行时按键操作分为显示速度调节键，显示关闭键。
权利要求
1.水电站330KV高压电缆温度及绝缘状态智能监测装置，其特征在于设置有一 CPU中央处理模块单元；一数据采集转换单元，由所述CPU中央处理模块单元控制并向CPU中央处理模块单元传输数字信号；一光发射/接收模块，由所述CPU中央处理模块单元控制并向数据采集转换单元传输电信号；一报警输出模块，由CPU中央处理模块单元控制报警信号输出并与远方监控系统通讯；多个光纤温度传感器，分别安装于待测高压电缆接头处，并将温度检测信号接入所述光发射/接收模块；多个电流传感器，分别安装于待测高压电缆接头金属护套上，并将电流检测信号接入所述数据采集转换单元。
2.根据权利要求1所述的水电站330KV高压电缆温度及绝缘状态智能监测装置，其特征在于所述CPU中央处理模块单元是由微处理器、数据存储RAM、锁存器、触发器、地址译码器、晶振和电容通过相应I/O 口组成的最小工作系统，所述微处理器中固化有初始化子程序、数据采集处理子程序、键值处理子程序、显示子程序、报警输出子程序及通讯子程序；所述光发射/接收模块包括多路电子开关、与数据采集转换单元连接的多路光敏管、 接入多路电子开关的多路光发射管、通过多路电子开关向光发射管提供电流的恒流源，所述光纤温度传感器各自具有一个光入射端和一个光出射端，各个光纤温度传感器的光入射端分别与多路光发射管一一对应连接，各个光纤温度传感器的光出射端分别与多路光敏管一一对应连接，与同一个光纤温度传感器连接的光发射管、光敏管配合构成一路光纤温度传感器回路，所述CPU中央处理模块单元的微处理器通过触发器向光发射/接收模块的多路电子开关发送控制信号，多路电子开关由控制信号控制依次选通各路光纤温度传感器回路，被选通的光纤温度传感器回路中光发射管的出射光经过对应光纤温度传感器后被光敏管接收，由光敏管将光信号转换成电信号后传输至数据采集转换单元；所述数据采集转换单元包括多路电子开关、接入多路电子开关的滤波电路、与滤波电路连接的两级放大电路、与两级放大电路连接的A/D转换电路，所述光发射/接收模块输出的多路电信号、多个电流传感器分别输出的电信号传输至数据采集转换单元的多路电子开关，所述CPU中央处理模块单元的微处理器通过触发器向数据采集转换单元的多路电子开关发送控制信号，多路电子开关由控制信号控制依次选通各路电信号后将被选通的电信号传输至滤波电路滤波，再依次经过两级放大电路放大、A/D转换电路转换成相应的数字信号后传输至CPU中央处理模块单元的微处理器；所述报警输出模块包括与远方监控系统连接的总线驱动器，以及控制报警电路通断的继电器、控制继电器工作的三极管，所述CPU中央处理模块单元的微处理器通过触发器向三极管输出控制信号，三极管在控制信号控制下控制继电器工作以连通外部报警电路，所述CPU中央处理模块单元的微处理器与总线驱动器连接构成通讯接口，实现CPU中央处理模块单元与远方监控系统的通讯。
3.根据权利要求2所述的水电站330KV高压电缆温度及绝缘状态智能监测装置，其特征在于设置接入CPU中央处理模块单元的液晶显示/按键模块，所述液晶显示/按键模块包括液晶模块、键盘，所述液晶模块通过数据线和控制线与CPU中央处理模块单元的微处理器连接，所述键盘通过键盘接口电路与CPU中央处理模块单元的微处理器中断I/O 口连接。
全文摘要
本发明公开了一种水电站330KV高压电缆温度及绝缘状态智能监测装置，其特征在于设置有CPU中央处理模块单元；在CPU中央处理模块单元控制下，向CPU中央处理模块单元传输数字信号的数据采集转换单元；向数据采集转换单元传输电信号的光发射/接收模块；可用于远方监控系统通讯及报警输出模块；设置各光纤温度传感器分别安装于待测高压电缆接头处，并将温度检测信号接入所述光发射/接收模块；设置各电流传感器，分别安装于待测高压电缆接头金属护套上，并将电流检测信号接入数据采集转换单元。本发明尤其适于水电站330KV高压电缆的安全监测，既能实现实时监测水电站电缆温度及绝缘状态，又能保障监测设备本身安全。
文档编号G01R31/12GK102411119SQ20111037023
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者刘征宇, 史久根, 张建军, 徐娟, 解新胜, 韩江洪 申请人:合肥工业大学