火電廠、變電站電力電纜長期運行在高電壓、大電流環(huán)境下，其接頭容易超溫過熱，引起爆炸，導致火災，建立電力電纜火災在線監(jiān)測系統(tǒng)具有必要性。為此，介紹發(fā)電廠電力電纜火災在線監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計，硬件結構及接口設計。該系統(tǒng)的現場子站設計采用了新型數字式溫度傳感器，不僅功能強、可靠性高，而且兼有耗能低，體積小的優(yōu)點。

國家電力公司發(fā)輸電運營部在《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》第1.1.10條規(guī)定： “應盡量減少電纜中間頭的數量。如需要，應按工藝要求制作安裝電纜頭，經質量驗收合格后，再用耐火防爆槽盒將其封閉”。如何很好地執(zhí)行該要求?雖然一些電廠對電纜接頭施行防爆處理，然而這種方法只是一種事后處理的方法。筆者認為對電力電纜進行在線監(jiān)測是對電纜接頭采取的較有效的事前預防防爆措施，因此，研究和開發(fā)電力電纜火災在線監(jiān)測系統(tǒng)勢在必行。

1 開發(fā)電力電纜火災在線監(jiān)測系統(tǒng)的必要性

各發(fā)電廠和變電站都敷設有距離較長、走向復雜的電力電纜，這些電纜長期運行在高電壓、大電流環(huán)境下，容易引起溫度上升、溫度異常，引起電纜接頭爆炸，造成火災[1]?，F在全國運行的電力電纜故障80%以上是由于電力電纜附件故障引起的，其中電纜接頭引起的事故占一半以上。電纜接頭在溝道或隧道中敷設時相距其他運行電纜較近，因此要防止故障電纜引燃其他運行電纜。電力電纜敷設距離長、走向復雜，而運行人員定期巡視的方法、巡視間隔、巡視的準確性等方面都存在很多問題，因此，研究設計電力電纜火災在線監(jiān)測系統(tǒng)就是為了能夠實時監(jiān)測電力電纜的溫度變化，在溫度越限或溫升速度越限時能及時報警，并指出發(fā)熱點位置(溫度探頭位置)，通知運行人員及時處理，從而保證運行安全，避免經濟損失。

2 電力電纜火災在線監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計

根據生產現場實際，電力電纜火災在線監(jiān)測系統(tǒng)設計成分散測量、集中監(jiān)視的系統(tǒng)結構，它主要 由4部分組成：溫度傳感器、現場工作子站、總線接口以及主機。結構組成見圖1。

系統(tǒng)所用溫度傳感器是美國DALLAS公司產品———DS1820數字式溫度傳感器，測量范圍為-55～125℃，測量精度為±0.5℃，能夠準確測量電纜接頭處溫度或其他安裝地點的溫度。該數字式溫度傳感器采用半雙工數據通信接口，子站向它輸入識別代碼和命令字，它向子站輸出數字溫度值(均通過單總線進行)。

子站的任務是實時采集溫度傳感器的一系列數據，簡單處理后，通過接口電路把傳感器編號以及相應的數據傳送給主機。主機負責管理全部子站，接收各個子站傳來的數據，并在Windows環(huán)境下以良好的用戶界面管理和顯示現場數據。

3 子站的硬件設計

考慮到現場電纜走向復雜、分布范圍大，如果所有溫度傳感器均直接通過接口電路與主機相連，勢必造成系統(tǒng)連接與管理復雜化，同時也加大了維護方面的難度。該系統(tǒng)設計為分層分布式結構，由子站實時采集與其相連的一系列溫度傳感器的數據，經過各個子站的處理后，通過遠程通信接口電路，把代表電纜位置信息的傳感器編號以及相應的溫度數據傳送給主機。該設計簡化了系統(tǒng)結構，便于管理和維護。

子站的結構如圖2所示，其核心是Intel公司的8位單片機89C51。Intel 89C51具有4列化 KBEEPROM作為程序存儲器，128 BRAM作為數據存儲器[2]。復位電路采用上電自動復位、按鈕手動復位和定時器(看門狗)自動復位多重復位設計，以保證子站工作的可靠性。時鐘電路由外接石英晶體振蕩器和電容構成的三點式振蕩電路及內部反向放大器構成，時鐘頻率為12 MHz.

Intel 89C51的16位內部定時/計數器以中斷方式工作，控制子站定時掃描與之相連的傳感器，內部并行口線則用于子站與溫度傳感器之間的單總線數據傳輸?？紤]到一臺子站要連接多個溫度傳感器，且距離較遠，因此增加了驅動接口電路，由光電耦合連接傳感器，從而提高子站的抗干擾能力和可靠性。

4 接口設計

子站負責采集溫度數據并對數據進行簡單的處理，通過接口電路把傳感器編號以及相應的溫度數據傳送給主機。Intel 89C51具有片內串行接口，在串行口控制寄存器SCON的控制下，可以方便地工作在移位寄存器方式、波特率可變的8位異步通信方式、波特率固定的9位異步通信方式和波特率可變的9位異步通信方式中。由于Intel 89C51的串行口為TTL電平，而上位機(主機)的串行口為RS-232電平，因此通常的設計是采用MC1488/MC1489電平轉換接口電路。

RS-232串行通信標準規(guī)定，驅動器允許有2 500 pF的電容負載，因此通信距離受到很大限制，一般通信距離不超過15 m。此外，RS-232串行接口采用單端信號傳輸方式，其抗干擾能力 較差?？紤]到RS-232串行接口的固有缺點以及子站數量多、分布范圍大、距離主機較遠等實際情況，本設計采用RS-485串行總線構成子站與主機的接口。

RS-485串行數據發(fā)送接收器采用平衡發(fā)送和差分接收，具有很強的抑制共模干擾能力，而且接受器具有較高的靈敏度，因此通信距離可達到1 000 m以上。在通信線路安裝方面，RS-485總線比RS-232總線具有很多優(yōu)勢：RS-232總線采用三線共地傳輸，而RS-485總線采用兩線差分傳輸，也就是說，采用RS-485總線可以利用一對雙絞線方便地構
RS-485接口芯片可以采用MAXIM公司的MAX485系列單5 V供電低功耗RS-485及RS-422通信接口芯片(MAX481，MAX483，MAX485，MAX487～MAX491，MAX1487)，其中MAX483，MAX487，MAX488和MAX489的傳輸速率為250 Kbit/s，可以減少由于線路終端阻抗不匹配而引起的反射。MAX481，MAX485，MAX490，MAX491和MAX1487的傳輸速率可高達2.5 Mbit/s。MAX488～MAX491為全雙工數據接口，而MAX481，MAX483，MAX485，

MAX487和MAX1487為半雙工數據接口，這些芯片均具有-7～+12 V的共模輸入電壓。

5 結束語

發(fā)電廠電力電纜火災在線監(jiān)測系統(tǒng)能將電纜溝內各電纜接頭處的溫度傳送到主控室內的主機，當溫度升高或溫升速度超過給定報警值時及時報警，便于運行人員隨時進行處理并及時消除隱患，從而有效防止電力電纜火災的發(fā)生，保證電力系統(tǒng)的安全運行。