電纜過熱故障在線監(jiān)測及火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

電纜溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)—電纜過熱故障在線監(jiān)測及火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)SCAN–2000電纜過熱故障在線監(jiān)測及火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)Superheatedcablefaulton-linemonitoringsystemandfireearlywarningsystem焦作市凱德電力技術(shù)工程有限公司Tel:、3377555.cn前言感謝您使用我公司的電纜故障在線監(jiān)測及火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)。本使用說明書介紹了電纜故障在線監(jiān)測及火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能特點。如果您對本系統(tǒng)有任何疑問，本公司將非常愿意給您提供幫助。請與我們聯(lián)系：公司：焦作市凱德電力技術(shù)工程有限公司地址：焦作市豐收路中段29號郵編：454002電話：傳真：手機：電子信箱：網(wǎng)址:..注意：本文件中的資料如有更改，恕不另行通知。如果本手冊敘述的內(nèi)容與您使用的設(shè)備有所不同，以實際為準。本說明書中所提及的內(nèi)容受法律或內(nèi)部協(xié)議的保護，只有在符合協(xié)議的規(guī)定條款下，才可使用和復(fù)制，未經(jīng)書面許可，不得以任何形式翻印、引用本手冊的內(nèi)容，違者必究。目錄一、系統(tǒng)簡介 5二、電氣設(shè)備過熱的規(guī)律和特征 52－1、外部熱故障 52－2、內(nèi)部熱故障 52—3、電纜故障原因分析 6三、系統(tǒng)功能 63－1系統(tǒng)概述： 63－2連續(xù)的溫度測量及顯示 63－3煙霧檢測 73－4通訊接口標準化 73－5隔離、耐高壓及工作溫度 73－6質(zhì)量認證及鑒定標準 73—7系統(tǒng)連接器的防腐性能 7四、SCAN－2000系統(tǒng)組成 84－1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) 84—2監(jiān)控工作站 94—3光纖現(xiàn)場總線接口 104—4SCAN2100智能網(wǎng)絡(luò)集線器 104—5SCAN2001/T1001智能溫度傳感器 124—6SCAN1412/T1412離子型煙霧傳感器 134—7SCAN2010總線轉(zhuǎn)接器 144—8NetLinkMIS網(wǎng)絡(luò)接口 144—9總線通訊電纜 144—10網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)校驗 15五、系統(tǒng)性能特點 155—1、極強的抗干擾能力 155—2、網(wǎng)絡(luò)通訊覆蓋范圍廣 155—3、多級高壓隔離措施，保護設(shè)備及人身安全 165—4、穩(wěn)定可靠的電纜接頭專用溫度傳感器 165—5、簡便可靠的多種報警方式 165—6、適于電纜溝內(nèi)惡劣環(huán)境下工作 175—7、免維護性能 175—8、標準通訊方式，易于擴展 17六、電纜過熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計說明 186—1設(shè)計圖例 186—2電纜故障在線監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖 18一、系統(tǒng)簡介SCAN-2000電纜故障在線監(jiān)測及火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)是一套先進的基于現(xiàn)場總線的監(jiān)測及分析系統(tǒng)。它能有效地辨識電纜及其接頭的老化和過熱，預(yù)防火災(zāi)的發(fā)生。對電纜過熱引起火災(zāi)的早期預(yù)測能力為現(xiàn)場設(shè)備的安全運行提供了有力保證，同時該系統(tǒng)又是電纜設(shè)備故障的預(yù)知維修系統(tǒng)，它能在電纜設(shè)備故障之前發(fā)出報警及檢修建議，能有效防止電纜火災(zāi)的發(fā)生。SCAN-2000電纜故障在線監(jiān)測及火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)主要應(yīng)用于：電纜溝溫度在線監(jiān)測及火災(zāi)預(yù)警（電纜中間接頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)）高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測電機及其接線盒溫度在線監(jiān)測泵及風機的軸承溫度在線監(jiān)測二、電氣設(shè)備過熱的規(guī)律和特征電氣設(shè)備的過熱故障可分為外部熱故障和內(nèi)部熱故障兩類：2－1、外部熱故障電氣設(shè)備的外部熱故障主要指裸露接頭由于壓接不良等原因，在大電流作用下，接頭溫度升高，接觸電阻增大，惡性循環(huán)造成隱患。此類故障占外部熱故障的90%以上，它們的平均溫升約在30℃2－2、內(nèi)部熱故障高壓電氣設(shè)備內(nèi)部熱故障的特點是故障點密封在絕緣材料或金屬外殼中，如電纜，內(nèi)部熱故障一般都發(fā)熱時間長而且較穩(wěn)定，與故障點周圍導(dǎo)體或絕緣材料發(fā)生熱量傳遞，使局部溫度升高，因此可以通過檢測其周圍材料的溫升來診斷高壓電氣設(shè)備（如電纜）的內(nèi)部故障。2—3、電纜故障原因分析根據(jù)電力事故分析，電纜故障引起的火災(zāi)導(dǎo)致大面積電纜燒損，造成被迫停機，短時間內(nèi)無法恢復(fù)生產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟損失。通過事故的分析，引起電纜溝內(nèi)火災(zāi)發(fā)生的直接原因大多是電纜中間頭制作質(zhì)量不良、壓接頭不緊、接觸電阻過大，長期運行所造成的電纜頭過熱燒穿絕緣，最后導(dǎo)致電纜溝內(nèi)火災(zāi)的發(fā)生。根據(jù)多次事故分析發(fā)現(xiàn)，電纜中間頭的壓接質(zhì)量好壞，只能在運行中發(fā)現(xiàn)，運行時間越長越容易發(fā)生過熱燒穿事故。從電纜頭過熱到事故的發(fā)生，其發(fā)展速度比較緩慢、時間較長，通過電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)完全可以防止、杜絕此類事故的發(fā)生。因此電纜故障在線監(jiān)測系統(tǒng)對電力設(shè)備的安全運行有著非常重要的意義。三、系統(tǒng)功能3－1系統(tǒng)概述：SCAN-2000型電纜在線監(jiān)測系統(tǒng),采用了當今先進的通訊技術(shù)、微處理器技術(shù)、數(shù)字化溫度傳感技術(shù)及離子感煙技術(shù)。獨創(chuàng)設(shè)計的低溫、強電場、潮濕環(huán)境運行技術(shù)。該系統(tǒng)的開發(fā)研制均在發(fā)電廠的電纜溝內(nèi)經(jīng)多次反復(fù)試驗、攻關(guān)才得以完善，避免了電纜溝內(nèi)強大電場的干擾，完整安全地把數(shù)據(jù)傳送至監(jiān)視終端。因此，該系統(tǒng)是一種高可靠性的分布式電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有良好的計算機界面、可顯示電纜溝道模擬圖、顯示傳感器所監(jiān)測的實際位置及所有電纜型號、長度、截面、中間頭位置等參數(shù)，當運行中電纜出現(xiàn)異常時，顯示畫面及報警音響同時出現(xiàn)，可通過計算機的電纜溝道模擬圖上直接查看，并能迅速準確地判斷出發(fā)生故障的實際位置，很大程度地提高了電纜運行的可靠性及技術(shù)管理水平。3－2連續(xù)的溫度測量及顯示通過對電纜頭或電纜本身的連續(xù)溫度測量，能夠預(yù)測電纜頭或電纜本身的故障趨勢，及時提供電纜故障部位和檢修指導(dǎo)，避免發(fā)生重大事故。3－3煙霧檢測作為系統(tǒng)的一種輔助措施，離子型感煙裝置能夠檢測電纜溝道中的煙霧。這種煙霧是由于電纜發(fā)熱燒損絕緣層而產(chǎn)生的。3－4通訊接口標準化為了與其它系統(tǒng)更好地連接，本系統(tǒng)采用標準通訊接口和通訊協(xié)議：RS－485和ETHERNETIEEE802.3規(guī)范，支持IPX及TCP/IP協(xié)議，由于采用ETHERNET標準，系統(tǒng)可與管理網(wǎng)互連。3－5隔離、耐高壓及工作溫度●現(xiàn)場智能集線器與通訊總線采用完全隔離措施，能經(jīng)受的電壓沖擊典型值為1500VRMS/分鐘或2000VRMS/秒.●溫度傳感器可經(jīng)受ESD±10000V高壓，工作溫度為-55℃～125℃，測量誤差是●整個系統(tǒng)可工作在-30℃～853－6質(zhì)量認證及鑒定標準●本系統(tǒng)通過ISO－9001認證.●數(shù)據(jù)通訊校驗標準：□CRC16循環(huán)冗余校驗□CRC8循環(huán)冗余校驗●通信接口及電纜符合下列規(guī)范：□EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）□EIARS-232C□EIARS-485□IEEE(美國電氣和電子工程協(xié)會)ANSIIEEE802.3?！鮑L(美國保險商實驗室)UL44橡膠導(dǎo)線、電纜的安全標準。3—7系統(tǒng)連接器的防腐性能我們認為:若非考慮到經(jīng)濟方面的因素,所有優(yōu)質(zhì)的接線端子的金屬件都不應(yīng)使用鋼.這樣可避免鋼制金屬件和銅導(dǎo)線在潮濕情況下的電池效應(yīng),由此可避免電腐蝕及其后果--不可靠的電連接及螺釘銹死現(xiàn)象的出現(xiàn).因此我們從一開始就決定使用黃銅作為夾線體材料.螺釘由高強度的銅合金構(gòu)成.構(gòu)成壓線塊、升降筒式夾線體及袋狀夾線體的材料均為抗應(yīng)力裂縫腐蝕的銅合金。除了極佳的防腐蝕特性之外,銅制端子還具有如下兩個優(yōu)點：1、由于銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性,所以端子發(fā)熱小。2、由于銅導(dǎo)線和夾線體之間幾乎不存在相對熱膨脹,從而減小了導(dǎo)線連接松動的趨勢。通過鍍鎳或鍍錫可對端子金屬件進行保護。四、SCAN－2000系統(tǒng)組成4－1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SCAN－2000采用完全數(shù)字化的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了整個系統(tǒng)的抗干擾能力。系統(tǒng)為雙層總線結(jié)構(gòu)，上層為模塊級浮動隔離總線，將操作站與分布于電纜溝內(nèi)的集線器連接起來。每個集線器可掛接8個離子感煙探頭和溫度總線，溫度總線可支持24個智能溫度傳感器,并設(shè)有溫度總線中繼器，整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊采用CRC16和CRC8糾錯校驗，以保證系統(tǒng)能在惡劣環(huán)境下可靠運行，SCAN－2000型電纜在線監(jiān)測系統(tǒng)在火電廠具有長期穩(wěn)定運行的經(jīng)驗。下圖為SCAN－2000系統(tǒng)簡化結(jié)構(gòu)圖：圖4-1：SCAN-2000型系統(tǒng)簡化結(jié)構(gòu)圖4—2監(jiān)控工作站顯示測點部位和實時溫度值，并能顯示開關(guān)柜，橋架上電纜名稱及分布情況。當電纜發(fā)生過熱故障時，屏幕上能顯示發(fā)生故障的部位，由于系統(tǒng)能指示出故障發(fā)生的準確部位，因此能有效指導(dǎo)檢修工作。監(jiān)控工作站采用工控機PⅢ1G/256M/40G，主計算機與集線器間通信距離≥10km(在2400bps速率下)，工作溫度：－10℃～監(jiān)控工作站光纖現(xiàn)場總線接口4—3光纖現(xiàn)場總線接口光纖現(xiàn)場總線接口ACCESS模塊總線將操作監(jiān)視站與分布于現(xiàn)場的SCAN-2100集線器連接起來。它采用雙絞線和光纖的混合布線方式，當采用雙絞線布線方式時，系統(tǒng)單一網(wǎng)段的最大通訊距離超過1500m，其隔離方式為雙隔離浮動總線技術(shù)，單級隔離電壓為3500Vdc，總隔離電壓高達7000Vdc，當采用光纖布線方式時，其功能是增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，多模光纖的通訊距離超過3000m，并能夠提供超過1000Kv的隔離電壓。這一設(shè)計主要應(yīng)用于6圖4-2：隔離總線結(jié)構(gòu)SCAN2100集線器4—4SCAN2100智能網(wǎng)絡(luò)集線器SCAN2100集線器集線器主要完成對分布于電纜溝內(nèi)的溫度測點及感煙探頭進行采集，自動校驗和故障檢測，并將結(jié)果通過模塊總線發(fā)布到系統(tǒng)中每個顯示操作站做進一步分析處理。SCAN-2100集線器的ACESS總線具有3.5KV的EDS保護和抗雷擊保護、完全適用于野外安裝的防護措施，先進的容錯能力，即使現(xiàn)場總線短路也不會影響集線器的正常工作。采用電源、ACESS模塊總線和現(xiàn)場總線三重隔離，其隔離電壓達3500V。電源采用交流/直流18～36V的寬電壓范圍供電，供電電壓無需調(diào)整，具有專用涂層,防潮、防塵設(shè)計，集線器可在濕度大于95％RH（不結(jié)露）的環(huán)境下穩(wěn)定工作，使SCAN-2100能夠在極其惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定運行。極高的安全性和故障修復(fù)能力確保了系統(tǒng)的長期可靠運行。圖4－3為SCAN-2100的外形及功能。圖4-3:SCAN-2100的外形及功能圖4—5SCAN2001/T1001智能溫度傳感器溫度傳感器本傳感器是數(shù)字化溫度傳感器與總線接口的集成，具有體積小、抗干擾能力強等優(yōu)點。本傳感器可經(jīng)受ESD10000V的高壓，工作溫度為－55℃～＋125℃，數(shù)字化轉(zhuǎn)換時間為1S，分辨率高達0.01℃，測量誤差為0.5℃。由于采用數(shù)字技術(shù)使傳感器測量精度高、情況穩(wěn)定，長期運行無需調(diào)校，傳感器具有在線自檢功能，自動溫度校準，自動錯誤檢測，全密封絕緣防水防塵，保證了整個系統(tǒng)的高可靠性。圖4－4溫度傳感器圖4-4:SCAN2001/T1001溫度測量誤差曲線

圖4－5：SCAN2001/T1001溫度傳感器內(nèi)部功能框圖4—6SCAN1412/T1412離子型煙霧傳感器離子煙霧傳感器離子型煙霧傳感器用于檢測電纜絕緣受熱及燃燒時產(chǎn)生的化學氣體（有色或無色）。它由兩個電離室組成，內(nèi)電離室是封閉的，外電離室有孔與外界相通。煙霧可進入外電離室，使內(nèi)外兩者離子電流不同，傳感器就輸出與煙霧成正比的傳感信號。離子型煙霧傳感器作為火災(zāi)報警專用傳感器，其傳感靈敏度高，可靠性好，這是采用紅外或非離子型感煙探頭所無法實現(xiàn)的。它的工作溫度范圍：-30℃~49℃，工作濕度范圍：10％~93離子煙霧傳感器右圖為離子傳感器的工作原理圖。電離室內(nèi)有P1和P2一對電極，在這對電極之間放有放射性同位素Am-241的α放射源。由于這個放射源連續(xù)不斷地發(fā)出α射線，使極間空氣電離為正離子和負離子，這樣兩極間之間就具有導(dǎo)電性。如果在這兩電極之間加上電壓，則正離子向負極板P2移動，負離子向正極板P1移動，從而形成離子電流Ip。當電壓高到一定值時，形成飽和離子電流Is。當外電離室進入燃燒生成物或煙霧時，部分正離子和負離子被吸附到燃燒生成物和煙霧顆粒上，它們在電場中的移動速度就比原來慢了下來，并且在移動中還有部分正負離子中和，這樣使離子電流變小。煙霧數(shù)量愈多，離子電流愈小。離子電流的變化及大小反映溝道內(nèi)的煙霧情況。4—7SCAN2010總線轉(zhuǎn)接器SCAN2010總線轉(zhuǎn)接器可將溫度傳感器連接到現(xiàn)場總線，使溫度總線構(gòu)成總線型連接，SCAN2010總線轉(zhuǎn)接器方便溫度傳感器的安裝和維護。4—8NetLinkMIS網(wǎng)絡(luò)接口SCAN-2000系統(tǒng)可與廠內(nèi)的管理網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)信息的共享，連接到網(wǎng)絡(luò)的計算機均可實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的監(jiān)測。下圖為SCAN-2000系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。圖4—6：SCAN2000系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)4—9總線通訊電纜本系統(tǒng)有2種類型的專用電纜：AMP－1用于ACESS模塊總線，內(nèi)含一對電源線。多模光纖：用于遠距離通信和高電壓隔離。AMP－2用于溫度總線。AMP－1和MP－2均為非屏蔽雙絞線，其指標如下：線路電容<30PF/M線路電阻<150Ω／ΚΜ4—10網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)校驗SCAN-2000系統(tǒng)全部采用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式，并工作于惡劣的工業(yè)環(huán)境中，為了工作可靠，系統(tǒng)采用了CRC校驗方式，CRC校驗碼的檢錯能力很強，它除了能檢查出離散錯外，還能檢查出突發(fā)錯。檢錯能力為：（1）能檢查出全部單個錯；（2）能檢查出全部離散的二位錯；（3）能檢查出全部奇數(shù)個數(shù)；（4）能檢查出全部長度小于或等于K位的突出錯；（5）CRC16能以99.997%的概率檢查出長度為17位的突發(fā)錯，漏檢概率為0.003%。五、系統(tǒng)性能特點5—1、極強的抗干擾能力SCAN－2000電纜過熱溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)是一個專門用于測量電纜接頭的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，考慮到電纜溝的實際情況，電磁干擾強，潮濕和電纜接頭分布范圍廣泛的特點。我們采用了目前國際上先進的現(xiàn)場總線技術(shù)和高精度溫度傳感技術(shù)，經(jīng)過近6年的工業(yè)現(xiàn)場考驗，證明系統(tǒng)具有極高的抗干擾性能和運行的穩(wěn)定性。新型的現(xiàn)場總線傳感器，不僅使溫度測量的測量精度和抗干擾性能得到提高，同時也使得整個系統(tǒng)的布線、施工和維護工作量大大減少。沿電纜溝輔設(shè)一條總線電纜即可將所有的溫度傳感器接入系統(tǒng)。5—2、網(wǎng)絡(luò)通訊覆蓋范圍廣本系統(tǒng)的模塊級總線ACESS總線專門用于遠距離通訊，它采用隔離差分收發(fā)方式，這種總線設(shè)計能有效的抵抗電纜溝內(nèi)的強電磁場干擾。無中繼器情況下，可保證在3.0km的距離可靠傳輸數(shù)據(jù)。5—3、多級高壓隔離措施，保護設(shè)備及人身安全為了防止電纜溝內(nèi)的高電壓傳入控制室，造成設(shè)備及人身傷害，系統(tǒng)采用了3級隔離措施。第一級隔離：數(shù)字式溫度傳感器具有工頻10000V絕緣耐壓。第二級隔離：網(wǎng)絡(luò)集線器的通訊接口之間具有7.0kv光電隔離。第三級隔離：在數(shù)據(jù)總線進入控制室之前采用光纖傳輸，光纖電纜能具有3kv／mm的隔離電壓，一條光纖能提供超過1000萬伏以上的電壓隔離。5—4、穩(wěn)定可靠的電纜接頭專用溫度傳感器具有現(xiàn)場總線接口的數(shù)字式溫度傳感器，是專門用于測量電纜接頭溫度的傳感器，它與傳統(tǒng)溫度傳感器的不同在于，該溫度傳感器將溫度檢測、A／D轉(zhuǎn)換、CPU處理和網(wǎng)絡(luò)接口集成于一體，直接的數(shù)字輸出不受電纜溝內(nèi)的強電磁場干擾。另外，由于采用高精度和高穩(wěn)定度的晶體測溫技術(shù)，使得傳感器既使直接安裝到電纜接頭上，也能保證0.04℃的分辨率和穩(wěn)定度。數(shù)字式電纜接頭溫度傳感器解決了傳統(tǒng)測溫傳感器在強電磁場環(huán)境下測量精度差，工作不穩(wěn)定，運行維護量大的缺點。該傳感器內(nèi)置自校準和自檢功能，無需用戶維護。5—5、簡便可靠的多種報警方式系統(tǒng)具有多種報警方式，當發(fā)生報警時，主監(jiān)控計算機能自動彈出報警窗口，顯示出報警時間、報警測點名稱和安裝部位，在畫面上，相應(yīng)的測點會變色。同時發(fā)出聲音報警并打印出報警記錄，提醒運行人員檢查，聯(lián)網(wǎng)的計算機也可同步瀏覽報警信息，所有的報警信息都被記錄到數(shù)據(jù)庫中，以備查閱。本系統(tǒng)的報警接口還提供了與控制室內(nèi)已有的音響報警系統(tǒng)連接功能，可以將報警信號送到控制室的光示牌進行報警。5—6、適于電纜溝內(nèi)惡劣環(huán)境下工作系統(tǒng)為了適應(yīng)電纜溝內(nèi)潮濕多水并存在腐蝕性氣體的環(huán)境，安裝于電纜溝內(nèi)的設(shè)備均作了專門的設(shè)計。電纜接頭溫度傳感器是采用塑封的防水設(shè)計，該傳感器可以在水的浸泡下長期穩(wěn)定工作，網(wǎng)絡(luò)集線器均做了專門的防潮、防塵，防腐的三防處理。5—7、免維護性能本系統(tǒng)是采用可靠的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，系統(tǒng)部件在運行時均能進行在線自檢，溫度傳感器在每次測量時會進行自校準。監(jiān)測計算機上的診斷窗口，可隨時顯示系統(tǒng)中每個部件的運行狀態(tài)。整個測溫網(wǎng)絡(luò)，因采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)而變行非常簡潔和可靠。在系統(tǒng)正常運行時無需人工維護。5—8、標準通訊方式，易于擴展系統(tǒng)采用完全的現(xiàn)場總線測量方式，使系統(tǒng)的擴展和與其它網(wǎng)絡(luò)互連變行很方便，多只數(shù)字式溫度傳感器可直接連接到一條總線電纜上，在擴展測點時不受布線的限制。系統(tǒng)