10kV電纜中間接頭溫度在線監測報警系統

阮浩潔 姚延軍

（寧波電業局北侖供電局，浙江 寧波 315800）

隨著社會經濟的不斷發展，社會生產以及生活用電量都在急劇攀升，在客觀上加大了電力系統的輸電負擔。由于輸電線路本身存在一定的電流抗阻，在電流通過的時候，不可避免的會由于電能轉換為熱能而導致輸電線路產生一定的熱量。如果熱量過高，則很有可能刀子輸電線路由于過熱而損壞。同時，由于在輸電線路之中存在大量的電纜接頭，由于存在電纜頭接觸不良、壓接頭不緊、絕緣強度損壞等問題都可能導致溫度的異常升高。因此，電纜接頭相較于電纜的其他部位更容易損壞，不僅僅可能導致電纜損毀，同時還必然導致大面積的停電，甚至可能引發火災事故。然而，在當前的技術條件之下，我們還無法避免電纜接頭的發熱問題，只能夠針對這一現象研發電纜溫度實時監控系統，從而及時的發現溫度異常現象，并且有針對性的采取相應的措施，將危險消滅在萌芽狀態。

1 電纜中間接頭溫度在線監測報警系統的方案設計

1.1 系統方案設計

針對電纜中間接頭的溫度過熱現象的物理特征，文章擬采取以溫度檢測為主要檢測手段，同時輔以煙霧檢測作為溫度檢測失靈條件下的補救措施，并且整合電話報警系統。除此之外，為了防止傳感器由于電纜接頭爆燃或者炸裂過程中受損，導致無法向上位機傳輸信號，文章設計的是多主機系統，即每一個傳感器對應的都是一個主機，主機之間可以相互通信，并且通過RS485現場總線向上位機系統設計方案如圖1所示。

圖1 基于單片機的多主機通信系統方案

如圖1所示，基于RS485現場總線實現的單片機多主機通信系統的各個傳感器終端都是主機，在通常狀態之下都處于信息接收狀態，只有在某個終端需要向上位機以及其他主機發送數據的時候，才轉換成發送狀態，向RS485現場總線發送數據。這種系統設計方案的優勢在于改變了過去的主機輪流循環詢問各個從機的操作流程，各個終端設備之間的通信變成了按需發布信息或者接受信息，從而減少了單個主機的負荷，提升了系統的實時性。在終端設備需要報警的時候，能夠及時的報警，并產生其他的一系列的連鎖動作。但是，在該方案之下，需要解決一個重要的問題就是通信協議的解決問題。

1.2 硬件選型

本方案的關鍵硬件為 PLC，文章選擇西門子PLC SP300以及三菱PLC FX2N。上位機采用的是西門子PLC SP300，西門子PLC SP300用于對過程處理能力和響應時間要求很高的應用。通過其工作存儲器，該PLC也適用于中等規模的應用。該PLC的微處理器每條二進制指令執行時間約100ns，每條浮點數運行指令約3μs，具有96KB高速 RAM（相當于大約32K的指令）用于執行相關的程序部分，為用戶程序提供充分的空間；微存儲卡（最大8MB）作為程序的裝載存儲器，也允許在 CPU中保存項目；擁有多達4排結構的32個模塊；內置MPI接口可以最多同時建立12個與S7-300/400或與PG、PC、OP的連接。在這些連接中，始終分別為PG和OP各保留一個連接。通過“全局數據通信”，MPI可以用來建立最多16個CPU組成的簡單網絡。各個設備終端主機采取用的是三菱 PLC FX2N，其具有小型化、高速度以及高性能等特點，編程簡單，除輸入出 16-25點的獨立用途外，還可以適用于在多個基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等。在基本單元上連接擴展單元或擴展模塊，可進行16-256點的靈活輸入輸出組合。可選用 16/32/48/64/80/128點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展。除此之外，還可根據電源及輸出形式，自由選擇程序容量。因此，該PLC組合能夠完全滿足系統功能的需求。

溫度傳感器選用的是 DS1820傳感器，該傳感器是美國達拉斯（DALLAS）公司生產的單線數字溫度傳感器，具有低功耗、高性能、抗干擾能力強以及適配性好等特點，在多點溫度測控系統之中應用較為廣泛，能夠直接將溫度轉化成串行數字信號，從而供PLC處理，除此之外，在每一個傳感器之上都有唯一的產品序列號，并且能夠存儲在其Rom之中，這就使得在構成大型溫度監控系統的時候，在但線上掛接任意多的傳感器都是可行的。除此之外，由于 DS1820傳感器自身的設計較為科學合理，從其中讀取或者寫入信息都只需要一根口線，其讀取溫度或者變換頻率都來源于數據總線，而且總線本身還兼有給芯片供電的功能，不需要額外的電源，因此能夠有效的減少布線的難度和工作量，而且該芯片能夠提供9位數的溫度讀數，不需要任何的其他外圍硬件的檢測就能夠方便的構成溫度監控系統。

2 通信方案的設計

本方案的通信是基于西門子PLC以及三菱PLC自身的通信模塊，依據MODBUS協議，通過主站/主站的模式進行數據通信。該通信是通過現場總線RS485實現的。而各個設備終端主站之間的通信則是利用三菱 PLC FX2N的串口通信模塊，并且在PLC之上增加一個CP340串口通信模塊，運用主站廣播模式，向各個設備終端發布查詢命令通信程序包括了信息的發送、接受、驗證以及校驗計算等幾個部分，其基本結構如表1所示。

表1 串口通信數據結構

文章設計的方案包括了兩個PLC，因此進行通信模塊的設置時也要在兩個通信模塊分別進行設置。首先，在西門子PLC S7-300中，設置工作模式為RS485，然后將串口設置為9600.8.1.None，將通信模式選擇為雙工通信，其余設置采用默認設置，完成組態編輯之后，保存設置，并將其下載到PLC站點之中。完成西門子PLC的通信模塊設置之后，繼續對三菱 PLC FX2N進行設置，由于三菱 PLC FX2N的通信接口型號為FX2N-485-BD，該通信模塊實際上采用的是雙芯屏蔽電纜，屏蔽層介入SG，電纜的雙芯分別接入的是 SDA以及 SDB。可以依據三菱PLC FX2N隨機自帶的通信手冊采用無協議通信方式，利用 MODBUS通信協議原理自行設計具體的通信規則。

3 結論

對電力電纜的中間接頭溫度進行實施檢測，不僅僅能夠及時的發現電纜接頭部分局部過熱問題，及早處理安全隱患，同時也能夠為電力電纜的符合調控或者動態增容提供依據。基于單片機的 10KV電纜中間接頭溫度在線監測報警系統具有低成本、高便捷性的特點。文章提出的一種基于RS485現場總線以及串口通信的多主機通信網絡系統，在上位機與各個溫度、煙霧傳感器之間通過RS485現場總線進行通信，提升了通信效率，而各個設備終端之間則通過串口通信實現相互之間的直接通信，進一步降低了上位機的工作負荷，同時也確保了通信的實時性，在功能性和效率性方面都得到了有效的保障，能夠及時的偵測電纜中間接頭溫度異常現象，因此具有很好的發展前景。

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