一种矿用低压电缆绝缘监测装置的制作方法

本实用新型属于矿井低压电缆绝缘状态监测技术领域，尤其是涉及一种矿用低压电缆绝缘监测装置。

背景技术：

煤矿井下动力用电均由电缆供电，井下巷道狭小、阴暗潮湿，会发生落顶和岩石塌陷事故使得电缆在运行中易发生短路、绝缘状态，进而引发瓦斯煤尘爆炸、设备烧毁给井下供电以及生产安全带来极大威胁。目前井下电缆检修依旧采用计划检修方式，即定期对电缆进行预防性试验以及日常的维护、巡视。在井下，对于最常发生的机械损伤故障，检修人员可通过日常巡检发现。对于绝缘受潮与绝缘老化，因其是绝缘内部发生的物理、化学变化一般用肉眼无法观察，特别是绝缘老化的过程持续较久不易被发现，针对此类故障可通过监测电缆绝缘老化过程中某一个状态参量的变化来反映其绝缘劣化的程度。

常用的状态参量有介质损耗角tanδ、直流成分、绝缘电阻、电缆表面温度、局部放电量。其中直流成分、局部放电量普遍应用于高压电缆绝缘的监测。目前采用数字式绝缘测试器检测电缆对地绝缘电阻时，必须切断电缆的电源，不能实时检测；市场还存在数字式介损测量仪，通过电缆的介质损耗角tanδ反映其绝缘介质性能，但是其成本较高；另外，目前一般仅对电缆的表面温度进行检测或者仅对电缆的接地电流进行检测，这样检测方式单一，一旦检测装置发生故障，则不能及时反映电缆绝缘状态。因此，现如今缺少一种结构简单、设计合理的矿用低压电缆绝缘监测装置，通过接地电流和电缆表面温度综合判断矿用低压电缆的绝缘状态，成本低，且安全、可靠、实时检测。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种矿用低压电缆绝缘监测装置，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，通过接地电流和电缆表面温度综合判断矿用低压电缆的绝缘状态，成本低，且安全、可靠、实时检测，避免矿用低压电缆绝缘状态而造成的安全事故，提高煤矿安全性，实用性强。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种矿用低压电缆绝缘监测装置，其特征在于：包括多个分别对多个矿井低压电缆的绝缘状态进行监测的电流温度监测模块和与多个所述电流温度监测模块相接的数据处理监控模块，所述电流温度监测模块包括对矿井低压电缆的接地电流进行检测的电流采集单元和对矿井低压电缆表面温度进行检测的温度采集单元，所述电流采集单元包括电流传感器和与电流传感器输出端相接的信号调理电路，所述温度采集单元包括温度传感器和与温度传感器输出端相接的滤波电路；

所述数据处理监控模块包括第一数据处理模块、第二数据处理模块和远程监控终端，所述第一数据处理模块包括第一微控制器以及与第一微控制器相接的第一SRAM存储器和第一Flash存储器，所述第二数据处理模块包括第二微控制器以及与第二微控制器相接的第二SRAM存储器和第二Flash存储器，所述远程监控终端为计算机，所述第一微控制器与第二微控制器相接且进行数据通信，所述第二微控制器与计算机进行数据通信，所述信号调理电路和滤波电路的输出端均与第一微控制器相接。

上述的矿用低压电缆绝缘监测装置，其特征在于：所述计算机的输出端接有报警器和显示屏，所述第二微控制器通过串口通信模块与计算机相接。

上述的矿用低压电缆绝缘监测装置，其特征在于：所述信号调理电路包括芯片LM2902DR，所述芯片LM2902DR的第1引脚分三路，一路与电容C8的一端相接，另一路经电阻R15接地，第三路与电容C11的一端相接；所述芯片LM2902DR的第2引脚经电阻R16接地，所述芯片LM2902DR的第3引脚分两路，一路经电容C13接地，另一路与电阻R24的一端相接；所述电阻R24的另一端分两路，一路与电容C8的另一端相接，另一路与电阻R23的一端相接；所述电阻R23的另一端分两路，一路经电阻R21与电流传感器的输出端相接，另一路经电阻R28接地；所述芯片LM2902DR的第4引脚接+12V电源输出端，所述芯片LM2902DR的第5引脚分三路，第一路与电容C11的另一端相接，第二路电阻R22接地，第三路与所述芯片LM2902DR的第10引脚相接；所述芯片LM2902DR的第6引脚分三路，第一路经电阻R26接地，第二路与双二极管BAV99的第2引脚相接，第三路与电阻R29的一端相接；所述芯片LM2902DR的第7引脚与双二极管BAV99的第3引脚相接，所述芯片LM2902DR的第8引脚分两路，一路与电阻R31的一端相接，另一路与电阻R19的一端相接；所述芯片LM2902DR的第9引脚分两路，一路与电阻R30的一端相接，另一路与电阻R31的另一端相接；所述电阻R30的另一端分两路，一路与电阻R29的另一端相接，另一路与双二极管BAV99的第1引脚相接；所述芯片LM2902DR的第11引脚接-12V电源输出端，所述芯片LM2902DR的第12引脚与电阻R20的一端相接，所述芯片LM2902DR的第13引脚和第14引脚的连接端分两路，一路经电阻R14与第一微控制器相接，另一路与电容C10的一端相接；所述电容C10的另一端分三路，一路与电阻R19的另一端相接，另一路与电阻R20的另一端相接，第三路经电容C14接地。

上述的矿用低压电缆绝缘监测装置，其特征在于：所述滤波电路包括芯片LM358，所述芯片LM358的正相输入端分为两路，一路经电容C12接地，另一路与电阻R18的一端相接；所述电阻R18的另一端分两路，一路经电阻R17与温度传感器的输出端相接，另一路与电容C9的一端相接；所述芯片LM358的反相输入端与电阻R25的一端相接，所述电阻R25的另一端分两路，一路接地，另一路与电阻R27的一端相接；所述芯片LM358的输出端分三路，一路与电容C9的另一端相接，另一端与电阻R27的另一端相接，第三路与第一微控制器相接。

上述的矿用低压电缆绝缘监测装置，其特征在于：所述矿井低压电缆为MY-0.38/0.66矿用移动橡套软电缆或者MYP-0.66/1.14矿用移动屏蔽橡套软电缆。

上述的矿用低压电缆绝缘监测装置，其特征在于：所述矿井低压电缆包括护套层、设置在护套层内的动力线芯导体和设置在护套层内的地线芯导体，所述动力线芯导体包括A相线芯导体、B相线芯导体和C相线芯导体，所述A相线芯导体、B相线芯导体、C相线芯导体和地线芯导体外部均设置有绝缘层，且所述A相线芯导体、B相线芯导体、C相线芯导体和地线芯导体之间填充有绝缘填充层，所述电流传感器安装在地线芯导体上，所述温度传感器3-2安装在护套层上。

上述的矿用低压电缆绝缘监测装置，其特征在于：第一微控制器为TMS320VC5509的DSP微控制器，第二微控制器为AT91RM9200的ARM9微控制器。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的电流监测装置结构简单、设计合理且操作简便，投入成本较低。

2、所采用的电流采集单元包括电流传感器和信号调理电路，电流传感器对矿用低压电缆的接地电流进行采集，并将检测到的矿用低压电缆的接地电流发送至信号调理电路，信号调理电路将检测到的矿用低压电缆的接地电流发送至第一微控制器，从而得到接地电流，便于后续矿用低压电缆绝缘状态的分析。

3、所采用的温度采集单元包括温度传感器和滤波电路，温度传感器对矿用低压电缆表面温度进行采集，并将检测到的矿用低压电缆表面温度发送至滤波电路，滤波电路将检测到的矿用低压电缆表面温度信号进行滤波去噪处理后发送至第一微控制器，从而得到矿用低压电缆表面温度，便于后续矿用低压电缆绝缘状态的分析。

4、所采用的电流传感器和温度传感器共同检测电缆的绝缘状态，是因为温度传感器布设在电缆的护套层外，这样鉴于井下电缆运行过程中移动较频繁，损害温度传感器而无法检测电缆的绝缘状态；另外是因为电网中存在三相不平衡电流会造成电流传感器检测到的接地电流增大，从而误判电缆的绝缘状态，因此综合电缆表面温度和接地电流，提高检测装置的可靠性和准确性。

综上所述，本实用新型设计合理且使用操作简便、使用效果好，通过接地电流和电缆表面温度综合判断矿用低压电缆的绝缘状态，成本低，且安全、可靠、实时检测，避免矿用低压电缆绝缘状态而造成的安全事故，提高煤矿安全性，实用性强。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型信号调理电路的电路原理图。

图3为本实用新型滤波电路的电路原理图。

图4为本实用新型矿用低压电缆的结构示意图。

附图标记说明:

1-1—护套层； 1-2—A相线芯导体； 1-3—B相线芯导体；

1-4—C相线芯导体； 1-5—地线芯导体； 1-6—绝缘层；

1-7—绝缘填充层； 2—显示屏； 3—温度采集单元；

3-1—温度传感器； 3-2—滤波电路； 4—报警器；

5—电流采集单元； 5-1—电流传感器； 5-2—信号调理电路；

6—第一微控制器； 7—第二微控制器； 8—第一SRAM存储器；

9—第一Flash存储器； 10—第二SRAM存储器；

11—第二Flash存储器； 12—串口通信模块； 13—计算机。

具体实施方式

如图1所示，一种矿用低压电缆绝缘监测装置，包括多个分别对多个矿井低压电缆的绝缘状态进行监测的电流温度监测模块和与多个所述电流温度监测模块相接的数据处理监控模块，所述电流温度监测模块包括对矿井低压电缆的接地电流进行检测的电流采集单元5和对矿井低压电缆表面温度进行检测的温度采集单元3，所述电流采集单元5包括电流传感器5-1和与电流传感器5-1输出端相接的信号调理电路5-2，所述温度采集单元3包括温度传感器3-1和与温度传感器3-1输出端相接的滤波电路3-2；

所述数据处理监控模块包括第一数据处理模块、第二数据处理模块和远程监控终端，所述第一数据处理模块包括第一微控制器6以及与第一微控制器6相接的第一SRAM存储器8和第一Flash存储器9，所述第二数据处理模块包括第二微控制器7以及与第二微控制器7相接的第二SRAM存储器10和第二Flash存储器11，所述远程监控终端为计算机13，所述第一微控制器6与第二微控制器7相接且进行数据通信，所述第二微控制器7与计算机13进行数据通信，所述信号调理电路5-2和滤波电路3-2的输出端均与第一微控制器6相接。

本实施例中，所述计算机13的输出端接有报警器4和显示屏2，所述第二微控制器7通过串口通信模块12与计算机13相接。

如图2所示，本实施例中，所述信号调理电路5-2包括芯片LM2902DR，所述芯片LM2902DR的第1引脚分三路，一路与电容C8的一端相接，另一路经电阻R15接地，第三路与电容C11的一端相接；所述芯片LM2902DR的第2引脚经电阻R16接地，所述芯片LM2902DR的第3引脚分两路，一路经电容C13接地，另一路与电阻R24的一端相接；所述电阻R24的另一端分两路，一路与电容C8的另一端相接，另一路与电阻R23的一端相接；所述电阻R23的另一端分两路，一路经电阻R21与电流传感器5-1的输出端相接，另一路经电阻R28接地；所述芯片LM2902DR的第4引脚接+12V电源输出端，所述芯片LM2902DR的第5引脚分三路，第一路与电容C11的另一端相接，第二路电阻R22接地，第三路与所述芯片LM2902DR的第10引脚相接；所述芯片LM2902DR的第6引脚分三路，第一路经电阻R26接地，第二路与双二极管BAV99的第2引脚相接，第三路与电阻R29的一端相接；所述芯片LM2902DR的第7引脚与双二极管BAV99的第3引脚相接，所述芯片LM2902DR的第8引脚分两路，一路与电阻R31的一端相接，另一路与电阻R19的一端相接；所述芯片LM2902DR的第9引脚分两路，一路与电阻R30的一端相接，另一路与电阻R31的另一端相接；所述电阻R30的另一端分两路，一路与电阻R29的另一端相接，另一路与双二极管BAV99的第1引脚相接；所述芯片LM2902DR的第11引脚接-12V电源输出端，所述芯片LM2902DR的第12引脚与电阻R20的一端相接，所述芯片LM2902DR的第13引脚和第14引脚的连接端分两路，一路经电阻R14与第一微控制器6相接，另一路与电容C10的一端相接；所述电容C10的另一端分三路，一路与电阻R19的另一端相接，另一路与电阻R20的另一端相接，第三路经电容C14接地。

如图3所示，本实施例中，所述滤波电路3-2包括芯片LM358，所述芯片LM358的正相输入端分为两路，一路经电容C12接地，另一路与电阻R18的一端相接；所述电阻R18的另一端分两路，一路经电阻R17与温度传感器3-1的输出端相接，另一路与电容C9的一端相接；所述芯片LM358的反相输入端与电阻R25的一端相接，所述电阻R25的另一端分两路，一路接地，另一路与电阻R27的一端相接；所述芯片LM358的输出端分三路，一路与电容C9的另一端相接，另一端与电阻R27的另一端相接，第三路与第一微控制器6相接。

本实施例中，所述矿井低压电缆为MY-0.38/0.66矿用移动橡套软电缆或者MYP-0.66/1.14矿用移动屏蔽橡套软电缆。

如图4所示，本实施例中，所述矿井低压电缆包括护套层1-1、设置在护套层1-1内的动力线芯导体和设置在护套层1-1内的地线芯导体1-5，所述动力线芯导体包括A相线芯导体1-2、B相线芯导体1-3和C相线芯导体1-4，所述A相线芯导体1-2、B相线芯导体1-3、C相线芯导体1-4和地线芯导体1-5外部均设置有绝缘层1-6，且所述A相线芯导体1-2、B相线芯导体1-3、C相线芯导体1-4和地线芯导体1-5之间填充有绝缘填充层1-7，所述电流传感器5-1安装在地线芯导体1-5上，所述温度传感器3-2安装在护套层1-1上。

本实施例中，第一微控制器6为TMS320VC5509的DSP微控制器，第二微控制器7为AT91RM9200的ARM9微控制器。

本实施例中，需要说明的是，所述芯片LM2902DR的第13引脚和第14引脚的连接端分两路，一路经电阻R14与第一微控制器6的A/D转换接口AIN0相接，所述芯片LM358的输出端的第三路与第一微控制器6的A/D转换接口AIN1相接。

本实施例中，第一微控制器6为TMS320VC5509的DSP微控制器，其是TI公司推出的高性能、低功耗的16为定点DSP芯片，成本较低，且内部含有一个10位逐次逼近A/D转换器。

本实施例中，设置外部的第一SRAM存储器8和第一Flash存储器9来扩展存储器，一方面是为了提高处理速度，另一方面避免采集接地电流数据的丢失。

本实施例中，设置第一SRAM存储器8，是为了提供第一微控制器6提供运算数据的暂时存放空间。

本实施例中，第一Flash存储器9的设置，是为了将各个采样时刻多个矿用低压电缆的接地电流值和矿用电压电缆表面温度值存储，且第一Flash存储器9能够在掉电情况下实现数据的保存，保证电流和温度检测数据的不丢失，提高电缆检测准确性。

本实施例中，第一SRAM存储器8为Hynix公司的HY57V161610D的SRAM存储器。

本实施例中，第一Flash存储器9为SST39VF3201的Flash存储器。

本实施例中，第一微控制器6和第二微控制器7之间通过HPI接口进行通信，不需要增加外围的电路，简单方便，通信过程中有效地规避硬件之间的冲突，提高了第一微控制器6和第二微控制器7各自的运行速度，较适应于实时性高、数据传输量较多。

本实施例中，第二微控制器7为AT91RM9200的ARM9微控制器，其是一款基于ARM920T核的32位微控制器，其主频为180MHz,处理速度快,功能强,性价比高,它能配置其他芯片的功能寄存器,在正常工作状态下调度控制整个系统工作。

本实施例中，设置第二微控制器7，一方面实现对各个采样时刻多个矿用低压电缆的接地电流值和矿用电压电缆表面温度值存储，便于数据查看；另一方面是为了对矿用低压电缆的接地电流值和矿用电压电缆表面温度值存储进行判断分析，判断各条矿用低压电缆绝缘状况，且当某条矿用低压电缆绝缘绝缘下降时，发出预警信号给计算机13提醒矿井机电人员及时对该条线路进行检修，第二微控制器7和第一微控制器6分工，是为了保证两者可靠稳定运行，提高监测装置的监测时间。

本实施例中，因为AT91RM9200的ARM9微控制器的内部仅有16KB DARAM，因此需要设置外部的第二SRAM存储器10和第二Flash存储器11来扩展存储器，一方面是为了提高运算速度，另一方面避免接收到接地电流数据的丢失。

本实施例中，设置第二SRAM存储器10，是为了提供第二微控制器7提供处理数据的暂时存放空间。

本实施例中，第二Flash存储器11的设置，是为了将接收到各个采样时刻多个矿用低压电缆的接地电流值和矿用电压电缆表面温度值存储，且第二Flash存储器11能够在掉电情况下实现数据的保存，保证电流检测数据的历史数据不丢失，便于查看。

本实施例中，第二SRAM存储器8为ISSI公司的CMOS静态随机存储器IS63LV1024。

本实施例中，第二Flash存储器9为K9F2808U0B 16M×8位存储Flash存储器。

本实施例中，设置电流传感器5-1和温度传感器3-1共同检测电缆的绝缘状态，是因为温度传感器3-2布设在电缆的护套层或者或金属套内，这样鉴于井下电缆运行过程中移动较频繁，损害温度传感器而无法检测电缆的绝缘状态；另外是因为电网中存在三相不平衡电流会造成电流传感器5-1检测到的接地电流增大，从而误判电缆的绝缘状态，因此综合电缆表面温度和接地电流，提高检测装置的可靠性和准确性。

本实施例中，通过设置电流传感器5-1对电缆的接地电流进行检测以判断电缆的绝缘状态，是因为当井下低压电缆老化或受潮时，电缆的绝缘状态下降，接地线电流会增大。

本实施例中，设置温度传感器3-2对电缆表面的温度进行检测以判断电缆的绝缘状态，是因为电缆绝缘电阻的数值随着电缆的温度变化，因此通过测量温度能检测到电缆的绝缘电阻，进而通过电缆的绝缘电阻判断电缆绝缘状态；另外，电缆表面的温度过大，容易使电缆绝缘加速老化,甚至造成绝缘介质热击穿；且温度过大，不能保证电缆不漏电或者正常工作。

本实施例中，电流传感器5-1为DL-CT03C1.0精密电流互感器5A/5mA穿心测量。

本实施例中，所述温度传感器3-1为FBT-T02光纤光栅温度传感器。

本实用新型具体使用时，电流传感器5-1对矿用低压电缆的接地电流信号进行检测，并将检测到的矿用低压电缆的接地电流信号发送至信号调理电路5-2，信号调理电路5-2对矿用低压电缆的接地电流信号进行滤波调理，并将多个滤波调理后的矿用低压电缆的接地电流信号发送至第一微控制器6，第一微控制器6对滤波调理后的矿用低压电缆的接地电流信号进行处理，并得到矿用低压电缆的接地电流值；同时，温度传感器3-1对矿用低压电缆表面温度信号进行检测，并将检测到的矿用低压电缆温度信号发送至滤波电路3-2，滤波电路3-2对矿用低压电缆温度信号进行滤波调理，并将多个滤波后的矿用低压电缆温度信号发送至第一微控制器6，第一微控制器6对滤波调理后的矿用低压电缆温度信号进行处理，并得到矿用低压电缆表面温度值，第一微控制器6将得到的矿用低压电缆的接地电流值和矿用低压电缆表面温度值存储在第一Flash存储器9中，且第一微控制器6将得到的矿用低压电缆的接地电流值和矿用低压电缆表面温度值发送至第二微控制器7，第二微控制器7接收到矿用低压电缆的接地电流值和矿用低压电缆表面温度值并存储在第二Flash存储器11中，第二微控制器7将接收到矿用低压电缆的接地电流值与接地电流阈值进行判断，同时，第二微控制器7将接收到的矿用低压电缆表面温度值与温度阈值进行比较，当第二微控制器7接收到矿用低压电缆的接地电流值小于接地电流阈值且第二微控制器7接收到的矿用低压电缆表面温度值小于温度阈值，则矿用低压电缆绝缘状态良好；当第二微控制器7接收到矿用低压电缆的接地电流值大于接地电流阈值或者第二微控制器7接收到的矿用低压电缆表面温度值大于温度阈值，则矿用低压电缆绝缘状态绝缘下降，第二微控制器7发送预警命令至计算机13，计算机13控制报警器4报警，且计算机13控制显示屏2显示矿用低压电缆绝缘下降，通过接地电流和电缆表面温度综合判断矿用低压电缆的绝缘状态，成本低，且安全、可靠、实时检测，避免矿用低压电缆绝缘状态而造成的安全事故，提高煤矿安全性，实用性强。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。