礦用電纜溫度安全監(jiān)測的應(yīng)用

礦用電纜溫度安全監(jiān)測的應(yīng)用

1煤礦井下電纜火災(zāi)的主要原因煤礦火災(zāi)是煤礦生產(chǎn)中的主要災(zāi)害之一?！睹禾堪踩?guī)則》對監(jiān)測和預(yù)防地下火災(zāi)提出了嚴(yán)格的要求。同時，國家安全生產(chǎn)科技發(fā)展計(jì)劃《煤礦領(lǐng)域研究報告》（2004-2010）明確規(guī)定了30項(xiàng)重點(diǎn)科學(xué)研究任務(wù)，包括對煤礦災(zāi)害的監(jiān)測和報警。監(jiān)測、預(yù)測、預(yù)測和報警是貫徹“安全第一、預(yù)防為主”政策的前提和保障。礦井火災(zāi)發(fā)生的原因,按其熱源可分為內(nèi)因火災(zāi)和外因火災(zāi)。內(nèi)因火災(zāi)是由煤炭自燃而引起的火災(zāi)。外因火災(zāi)是指由外部火源,如明火、電纜著火、電氣設(shè)備產(chǎn)生的電弧火花,瓦斯或煤塵爆炸,以及放炮等而引起的火災(zāi)。其中,煤礦井下電纜著火是引起井下火災(zāi)的一個重要原因。通過多起事故分析發(fā)現(xiàn),礦用電纜火災(zāi)發(fā)生的主要原因是電纜連接處質(zhì)量不良,而從電纜接頭過熱到事故的發(fā)生,其發(fā)展速度比較緩慢,不易發(fā)現(xiàn)。過去,煤礦井下對電纜溫度檢測的方法,主要是工作人員定期巡檢,這種方法可靠性太差,不能在線監(jiān)測。目前,對礦用電纜火災(zāi)的監(jiān)測基本上沒有新方法的提出或研究。為此,本文提出了一種新的監(jiān)測礦用電纜溫度的方法,這種方法克服了過去監(jiān)測方法的弊端,采用先進(jìn)的微處理技術(shù)和數(shù)字溫度傳感技術(shù),對礦用電纜溫度變化實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測,電纜溫度一旦超溫,提前預(yù)警,切斷電源,不會引起電纜火災(zāi)事故發(fā)生。2合理使用儀器注意事項(xiàng)電纜連接處的壓接質(zhì)量好壞,直接影響電纜的溫升。這類問題只能在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn),運(yùn)行時間越長越容易發(fā)生過熱燒穿事故,引起電纜著火。據(jù)統(tǒng)計(jì),地面電纜著火的原因70%屬于這一種。目前,地面電纜監(jiān)測方法有以下幾種:一是采用人工方法。使用溫度檢測儀器,進(jìn)行定期巡檢。這種方法可靠性太差,費(fèi)時、費(fèi)力。二是采用感溫電纜式測溫方法。將感溫電纜與被測電纜平行放置,當(dāng)電纜溫度超過固定溫度值時,感溫電纜被短路。系統(tǒng)僅能監(jiān)測出一個故障點(diǎn),不能測出電纜的實(shí)際溫度值。由于電纜數(shù)量多,系統(tǒng)安裝及維護(hù)工作不夠方便,不能進(jìn)行早期故障預(yù)測,不能實(shí)時顯示測量值,無溫度趨勢分析。三是采用熱敏電阻式測溫方法?？梢燥@示溫度值,但由于每個熱敏電阻都需要獨(dú)立的接線,布線復(fù)雜且熱敏電阻易損壞、維護(hù)量大,傳感器不具備自檢功能,需要經(jīng)常校驗(yàn)。在煤礦井下對礦用電纜溫度的監(jiān)測,使用人工方法進(jìn)行定期巡檢。調(diào)查結(jié)果表明,這種方法,經(jīng)常出現(xiàn)漏檢、巡檢時間長等問題,費(fèi)時、費(fèi)力,可靠性差。更主要的問題是不能在線監(jiān)測,監(jiān)測數(shù)據(jù)不能自動存儲、分析。針對上述情況,需要研制一種可靠性高、布線簡單的分布式網(wǎng)絡(luò)化測溫系統(tǒng),可對礦用電纜溫度進(jìn)行在線監(jiān)測,隨時了解電纜的溫度變化,及時發(fā)現(xiàn)電纜超溫故障點(diǎn)并進(jìn)行報警,防止事故擴(kuò)大,避免火災(zāi)的發(fā)生。3電纜主控制器系統(tǒng)由主控制器、上位機(jī)、通信線路(通信線、溫度傳感器信號總線)、溫度傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等5部分組成。整個系統(tǒng)的組成如圖1所示。該系統(tǒng)主要是對礦用電纜連接處的溫度進(jìn)行監(jiān)測,主控制器安裝于監(jiān)測電纜總控制開關(guān)內(nèi),溫度傳感器放置于電纜接線盒內(nèi),整個系統(tǒng)接線簡單、方便。主控制器是該系統(tǒng)的核心部分,通過信號總線對溫度傳感器進(jìn)行采樣,并對采集的數(shù)據(jù)分析處理,根據(jù)處理的結(jié)果進(jìn)行分析判斷,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有超溫故障點(diǎn),將立即切斷電源,進(jìn)行檢查、維修;同時將采集的數(shù)據(jù)通過通信線傳送到上位機(jī),上位機(jī)管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、存檔。3.1主控制器與上位機(jī)的連接主控制器的原理如圖2所示。主控制器是采用AT89C52單片機(jī)作中央處理器,為了防止單片機(jī)系統(tǒng)死機(jī),采用MAX705作看門狗,保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。主控制器與溫度傳感器之間的連接,由光電隔離及驅(qū)動電路組成,防止外界對單片機(jī)系統(tǒng)的干擾。主控制器與上位機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)信息,是采用RS485通信接口實(shí)現(xiàn)。主控制器的鍵盤及顯示系統(tǒng)是由專用芯片及驅(qū)動電路組成,來完成主控制器的設(shè)置和顯示。主控制器安裝在監(jiān)測電纜的總控制開關(guān)內(nèi),在線監(jiān)測電纜各點(diǎn)的溫度變化,監(jiān)測的溫度值由數(shù)碼管將各點(diǎn)值輪流顯示出來。如發(fā)現(xiàn)有超溫故障點(diǎn),將報警并由執(zhí)行機(jī)構(gòu)切斷電源,實(shí)現(xiàn)保護(hù),阻止事故擴(kuò)大。3.2通信連接通信線路包括兩種,一是主控制器與上位機(jī)間的通信,采用三芯屏蔽電纜;另一是主控制器與溫度傳感器間的傳輸信號總線,采用四芯屏蔽電纜。3.3ds18b20片機(jī)系統(tǒng)采用單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20芯片,可把溫度信號直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號供單片機(jī)系統(tǒng)處理。單片機(jī)從DS18B20讀出信息或?qū)懭胄畔?均在一條總線上完成,并且一條總線上可掛接多個DS18B20芯片,實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測。DS18B20的主要特點(diǎn)是:體積小,安裝方便;可聯(lián)網(wǎng),方便分散點(diǎn)測量;測量范圍廣;測量精度高(±0.5℃)等。4功能模塊和子程序系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩部分,一部分是主程序的設(shè)計(jì),它是由系統(tǒng)初始化程序及調(diào)用各個功能模塊程序組成;另一部分是子程序的設(shè)計(jì),包括溫度傳感器的讀寫子程序、超溫報警子程序、與上位機(jī)通信子程序、各種設(shè)置子程序、鍵值以及顯示子程序等子程序。主控制器的主程序及部分子程序流程如圖3、圖4、圖5所示。5模擬實(shí)驗(yàn)測試該方法是針對目前礦用電纜連接處溫度監(jiān)測存在的問題,設(shè)計(jì)的一種新型礦用電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用新型單總線式數(shù)字溫度傳感器,具有多點(diǎn)溫度監(jiān)測、巡檢、報警等功能,并且軟硬件采用多種抗干擾措施,適應(yīng)在惡劣條件下的運(yùn)行。該系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)電纜采用MY-0.38/0.66kV礦用移動橡套軟電纜,電纜長度為30m,共設(shè)有5個連接頭,這5個連接頭壓接的結(jié)實(shí)程度各不相同。線路串入大功率可調(diào)電阻,由380V交流電源供電。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,壓接越松