0　引言

　　随着计算机技术的发展，控制系统在线监测更加易于实现。通过对电力系统各种电缆沟火灾事故的分析表明，电缆故障引起火灾导致大面积电缆烧损占很大比例，造成被迫停机，短时间内无法恢复生产，经济损失重大。根据事故分析，引起电缆沟内火灾的直接原因是电缆中间头制作质量不良、压接头不紧，长期运行造成电缆头过热而烧穿绝缘，导致沟内火灾发生。为了防止电缆沟内火灾发生，首先要提高电缆头的制作质量，这是从根本上杜绝事故发生的办法；其次在运行中加强电缆头温度监测，进行实时监控，及时判断出故障点，进行报警及相关处理。针对电缆沟火灾故障的特点(电缆头温度升高、产生烟雾)，北京理工大学与北京韦安搏电力技术开发公司共同研制开发出电缆在线监测系统。

1　工作原理

　　故障在线监测系统，采用当今先进的通信技术、微处理器技术、数字化温度传感技术及离子感烟技术。独创设计的低温、强电场、潮湿环境运行总线系统。本系统适用于发电厂电缆的故障预测，可提高电缆运行的安全性及可靠性。
　　该系统具有良好的人机界面、电缆沟道图，可显示传感器所监测的实际位置及所有电缆型号、长度、截面、中间头位置等参数。运行中电缆沟内出现异常时，故障光示牌及事故音响同时出现，可通过计算机的电缆沟道图直接查看，并能准确判断故障的实际位置，使电缆沟故障预测及技术管理有很大程度的提高。
　　系统工作过程为：根据现场要求在电缆沟内布置传感器，通过集线器使其与系统总线相连，直接与操作站联系起来，这样操作站可实时处理各点数据，起到故障监测的作用。

2　硬件系统

　　故障在线监测系统采用全数字化网络总线结构，提高了整个系统的抗干扰能力。系统为双层总线结构，上层为模块级总线，将操作站与分布于电缆沟内的集线器连接起来。每个集线器下可挂接10个离子感烟探头和温度总线，温度总线可支持48个智能温度传感器，系统结构图如图1所示。

图1　系统结构图
Fig.1　Configuration of system

　　集线器主要完成对分布于电缆沟内的温度测点及感烟探头进行实时采集、自动校验和故障监测，并将结果通过模块总线传到操作站做进一步处理。Collection2000系列集线器采用微处理器结构，具有极高的安全性和故障自修复能力，并采用电源及模块总线的双重隔离，其隔离电压达10 kV。其电源采用直流18 V～36 V的宽电压范围，确保Collection2000能够在极恶劣的环境下运行。
　　温度转接器可将温度总线延长300 m，使温度总线可构成网状连接，一般可用转接器将温度总线分成多个段。这样实际的布线距离将远远大于标准规定尺寸。智能温度传感器是温度传感器、数字化和总线接口的集成，具有体积小、抗干扰能力强等优点。本传感器可经受ESD±10 kV的高压，工作温度为-55 ℃～+125 ℃，数字化转换时间为1 s，测量误差为0.5级 。普通型传输距离达150 m，加强型可达1 km。
　　离子型烟雾传感器用于监测电缆绝缘皮燃烧时产生的化学气体（有色或无色）及所有烟雾。这是那些采用红外或非离子型感烟探头所无法实现的。本感烟探头具有自检功能，保证其可靠工作。
　　现场总现接口及操作监视站：模块总线将操作监视站与分布于现场的Collection2000集线器连接起来。它采用双隔离浮动总线技术，隔离电压高达10 kV直流。这一设计，有效防止了电缆沟内的高电压串入操作监视站，并造成人员和设备的损伤，这种情况往往在电缆沟发生火灾时可能发生。

3　软件系统

　　软件系统在Windows NT环境下利用Visual C++开发，采用了多线程多进程、动态链接和异步串行通信等技术,配合硬件完成系统功能要求。
　　本软件系统可进行系统离线的配置组态工作，并具有在线的系统监测维护和良好的人机界面。
　　显示画面的生成：在CRT屏幕上以人机交互方式直接作图的方法生成各种总貌图和现场图等显示画面，进行系统配置组态，全部定义工作直观具体，实现了“所见即所得”的定义方法。还具有实时动态点显示功能，实时画面由两部分组成：一部分是静态画面，常称为工作现场背景图；另一部分是动态点，设计时系统为电力系统在线监测的实际现场提供动态描述，可准确显示各种感温传感器和感烟传感器的具体位置，用户只需点击相应的图标即可启动其定义窗口，并以对话框的形式输入相应的参数。运行时显示实时更新的状态和监测值。
　　系统的监控功能：可对系统的运行状态进行监视，包括各集线器的运行状态和网络通信情况等，一旦发现异常，系统必须及时采取措施，进行维修或调整。另外对组态的在线修改功能，如上限设定值的改变，对某个监测点或若干个监测点的离线直接操作。
　　良好的人机界面：可在线监测系统运行状态，进行故障报警、报警画面切换、历史数据分析、数据存储、报表生成打印和在线修改集线器参数等功能。
　　通过对电缆头或电缆本身的连续温度测量，能够预测电缆头或电缆本身的故障趋势及电缆运行环境温度，及时提供电缆故障位置和检修指导，避免发生严重事故。作为系统的一种辅助措施，离子型感烟装置能够监测电缆发热烧坏绝缘层而产生的气体及电缆沟道中的烟雾。软件功能结构图如图2所示。

图2　软件功能结构图
Fig.2　The diagram of software function

4　结语

　　该系统在珲春发电厂、长春热电二厂安装使用3年来，运行可靠，经历了严寒、酷署、低温的考验，曾多次发现异常并及时报警，实践证明该系统适合发电厂电缆故障早期预测的要求