基于单片机的电缆在线监测研究基于C8051单片机的电力电缆故障在线检测.docx

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基于单片机的电缆在线监测研究基于C8051单片机的电力电缆故障在线检测

网络教育学院

本科生毕业论文（设计）

题目：

基于C8051单片机的电力电缆故障在线检测

学习中心：

江苏宜兴奥鹏中心

层次：

专升本

专业：

电气工程与自动化

年级：

07年春季

学号：

077E50336001

学生：

李继洲

指导教师：

周长亮

完成日期：

2009年2月11日

摘要

电力电缆在运行过程中，必然要出现绝缘老化现象，甚至发生绝缘击穿，引起供电线路的突发停电事故。

绝缘老化的本质是材料性能发生不可逆转的改变，影响老化的因素一般涉及热、电、机械与环境等方面。

然后介绍常用的电缆故障的测试方法.采取在线监测电缆接头温度，沿电缆多测点分布之间无线连网，全系统联合多测点数据分析计算电缆绝缘状况，综合确定漏电或绝缘降低的情况和故障点位置具有很多优点。

测试设备接入时，不用断开现场任何回路和接点，也不影响电缆网络输电运行；增加的测试点常常选择电缆接头处，而且只在监测时接通，不测时仍断开，不改变原系统的运行环境和运行性能；对于长电缆可沿电缆线路增加多个测点，使故障点查找更为准确。

本文主要介绍下基于C8051单片机电缆在线检测装备，检测的项目主要包括电缆通，短，断及电缆接头温度等，最后，对论文进行总结，并对未来研究进行展望。

希望为电力系统安全、方便、迅捷的检测电缆状态及环境，温度信息提供有利的理论与实践依据。

关键词：

电力电缆检测故障诊断

Abstract

Powercablerunningprocess,isboundtooccurinsulationaging,oreveninsulationbreakdown,causedbysuddenpowerlinespoweroutages.Insulatingnatureoftheagingofmaterialpropertiesareirreversiblechangesinthefactorsthataffecttheaginggenerallyinvolveheat,electricity,machineryandenvironment.Andintroducecommonlyusedcablefaulttestingmethods.Takethecable-linemonitoringoftemperature,manymeasurementpointsalongthecablebetweenthedistributionofwirelessnetworking,system-wideUnitedmanypointsofdataanalysisandcalculationcableinsulationsituation,theCompositeinsulationtoreduceleakageortodeterminethecircumstancesandlocationofthepointoffailurehasmanyadvantages.Accesstotestequipmentdonotneedtodisconnectanycircuitatthesceneandcontact,nordoesitaffecttheoperationofthetransmissioncablenetwork;theincreaseintestpointselectionusuallycableconnector,andthatonlywhenconnectedtomonitor,whensomethingbadhappensisstilldisconnected,donotchangetheoriginalsystemoperatingenvironmentandoperationalperformance;forlongcablesalongthecablelinescanincreasethenumberofmeasuringpoints,sothatthepointoffailureandmoreaccuratesearch.ThispapermainlyintroducesC8051single-chipbasedoncableonlinedetectionequipment,testitemsincludecablespass,short,andthecableconnectorofftemperature,etc.Finally,thepapersummedupthefutureProspectofthestudy.Hopeforthepowersystemsafe,convenientandrapiddetectionofcableconditionandenvironment,thetemperatureinformationtoprovideafavorablebasisforthetheoryandpractice.

Keywords:

PowercableDetectedFaultDiagnosis

目录

引言：

1

1前沿-电缆故障的现状与特点2

2电缆故障在线监测方法及比较2

2.1直流叠加法2

2.2直流成分法3

2.3局部放电法3

2.4低频重叠法3

3基于单片机的电力电缆故障在线监测的原理3

3.1断路测试3

3.2断路点测试3

4基于单片机的电力电缆故障在线监测系统的组成3

4.0微处理器电路…….…….……………………………….3

4.1硬件系统3

4.2软件系统4

5数据分析5

5.1电缆在线绝缘信息分析5

5.2电缆运行绝缘故障信息分析5

6结论5

参考文献：

5

引言：

随着经济的发展、城市规划的要求以及对更高供电可靠性的要求，电力电缆在电力系统中的使用越来越多，实时监测电缆的绝缘状态，确保电缆安全运行的任务越来越重。

但是在实际的电力传输过程中,长距离的电缆线每1000米左右就有一个接头,由于电缆接头众多,并且容易发生内部故障和外部故障,引发的电缆火灾在整个电缆事故中约占一半以上。

事实上,电缆接头故障的发展是一个渐进的过程,为了有效地避免隐患事故的发生,采用对电缆接头进行实时的温度监测,全面准确地了解各个接头点的工作状况,确定维修计划,可确保送电安全。

因此，电缆绝缘在线监测技术日益受到人们的关注，国内外也进行了大量的研究，提出了许多在线监测的方法，并且在实际中也有了相应的应用，但是这些方法都或多或少地存在着不完善之处。

本文为此提出一套基于单片机的电缆在线监测研究方案，希望对于电缆在线监测有所帮助。

1前沿-电缆故障的现状与特点

众所周知，电力电缆在运行过程中，必然要出现绝缘老化现象，甚至发生绝缘击穿，引起供电线路的突发停电事故。

绝缘老化的本质是材料性能发生不可逆转的改变，影响老化的因素一般涉及热、电、机械与环境等方面。

电力电缆的故障不是一下发展起来的，而是由于长期运行造成绝缘老化而最终导致击穿。

有调查显示，现在全国运行的电力电缆故障80%以上是由于电力电缆附件故障引起的，其中电缆接头引起的事故占一半以上。

电缆接头故障也可分为外部热故障和内部热故障两类：

第一类是外部热故障。

电缆接头的外部热故障主要指裸露接头由于压接不良等原因，在大电流作用下，接头温度升高，接触电阻增大，恶性循环而造成火灾隐患。

第二类是内部热故障。

电缆接头内部热故障的特点是故障点密封在绝缘材料或金属外壳中。

内部热故障一般都表现为发热时间长而且较稳定，与故障点周围导体或绝缘材料发生热量传递，使局部温度升高而引发火灾。

电缆接头处过热造成的电缆短路放炮所引起的火灾，将导致大面积电缆烧坏，设备停机，短时间内无法恢复生产，造成重大经济损失。

电缆接头在沟道或隧道中敷设时相距其他运行电缆较近，因此要防止故障电缆引燃其他运行电缆。

电力电缆敷设距离长、走向复杂，而运行人员定期巡视的方法、巡视间隔、巡视的准确性等方面都存在很多问题，因此，研究设计电力电缆火灾在线监测系统就是为了能够实时监测电力电缆的温度变化，在温度越限或温升速度越限时能及时报警，并指出发热点位置，通知运行人员及时处理，从而保证运行安全，避免经济损失。

2电缆故障在线监测方法及比较

在线检测是一种对运行中电缆绝缘状况的有效检测手段。

了解电缆绝缘老化的机理，根据电缆运行环境分析可能造成电缆绝缘老化的因素，并积极开展电缆绝缘的在线监测，掌握运行中的交联电力电缆的绝缘状况，及早发现电缆存在的缺陷，并采取相应的对策，消除事故根源，对提高电网供电可靠性有着重要的作用。

该方法的优点：

①测试设备接入时，不用断开现场任何回路和接点，也不影响电缆网络输电运行；②增加的测试接地点常常选择电缆接头处，而且只在监测时接通，不测时仍断开，不改变原系统的运行环境和运行性能；③对于长电缆可沿电缆线路增加多个测点，使故障点查找更为准确；本系统无须另外布设测试电缆，全系统使用无线通信，被测电缆线路长度不限。

传统的电缆故障在线监测方法有以下几种。

2.1直流叠加法

直流叠加法的基本原理是在变电站变压器的中性接地点处或者是母线处，通过电压互感器将低压直流电源叠加在电缆绝缘己施加的交流相电压上，并通过并联-高压电容来免除交流高压对直流电源的影响。

通过测量流过电缆绝缘的直流电流来求出电缆的绝缘电阻，从而实现电缆的在线诊断。

为了防止直流电压影响GPT二次线圈开口三角的输出电压，所以，直流电压不能很高，大约为10-15V。

由于电缆绝缘处于交流高压的作用之下，尽管所加电压不高，仍能真实反应绝缘的实际状况。

由于现场干扰在短时间内的量是一定的，所以通过直流电压的正反叠加，获得两次测量的差值既为实际值的两倍，这样就有效地抑制了各种干扰，如杂散电流的影响。

该方法已经成功的应用在10kV及以下的中压电缆上，但对于变压器的中性点直接接地的110kW220kV高压电缆却无法加载上去。

因为中性点直接接地电阻很小，直流电压很难加上去，而PT上的开口三角也无法加载直流电压。

所以，直流叠加法适用于低压电缆而不能用在高压电缆的绝缘监测。

除此之外，线路对地电晕放电对在线诊断的影响也非常大。

电晕是一种极不均匀电场的空气局部击穿现象，电晕对地放电具有非常宽广的放电频谱。

严重时完全可以将有用信号淹没，致使直流法在线诊断无法进行。

另外，额定工频运行电压下水树的整流效应电流非线性变化对直流叠加法的影响也不容忽略。

2.2直流成分法

已发现，当运行中的电缆绝缘含有水树枝时，小直流成分存在于导体芯和铜屏蔽之间，并且该直流成分是绝缘中水树引起的裂化特征。

通过测量直流成分，诊断绝缘老化作为水树结果是可能的。

直流成分法主要原理是利用电缆中有水树存在时的整流效应。

在外施电压的负半周期时，水树枝由尖端向绝缘中注入较多的负电荷，而在正半周期时注入的正电荷较少，以至仅中和了～部分电荷。

在电缆运行工频电压作用下，水树枝前端的负电荷逐渐对方漂移，就像整流作用那样出现了直流成分但数值很小，仅有几到几十纳安。

水树枝的发展促使泄漏电流的增加，这样的劣化过程导致交流击穿电压的下降。

直流电压叠加法的原理是当对运行中绝缘逐渐劣化的电缆施加低直流电压时，将产生与劣化程度相应的直流电流