電纜智能高壓接地箱研究

曾谷元，樊 帆

（廣東 珠海 519000）

0 引言

當(dāng)前時(shí)期各行各業(yè)中都開(kāi)始廣泛應(yīng)用了電纜，因?yàn)樗哂械陌惭b簡(jiǎn)便、質(zhì)量較輕、耐熱能力強(qiáng)以及傳輸量大的顯著優(yōu)勢(shì)，其高壓接地箱所承擔(dān)的功能作用在于連接各個(gè)高壓電纜接地線匯集的重要設(shè)備，若沒(méi)有對(duì)其采取有效的監(jiān)管措施，電力行業(yè)發(fā)生安全事故的概率就會(huì)加大，所以研發(fā)出高質(zhì)量的電纜智能高壓接地箱有助于提升電纜運(yùn)行的安全系數(shù)。

1 電纜智能高壓接地箱研發(fā)的根本意義

從高壓電纜層面來(lái)看它的運(yùn)行方式是以金屬護(hù)層為基礎(chǔ)，通過(guò)單端直接接地以及交叉互聯(lián)雙端接地的方式來(lái)平穩(wěn)運(yùn)行，它所產(chǎn)生的對(duì)地感應(yīng)電壓以及電流都處于較小范圍，再加上電纜的主要材料都采用固體絕緣的方式。電纜高壓接地箱的屏蔽層只能實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地的基礎(chǔ)功能，當(dāng)電纜的護(hù)套出現(xiàn)化學(xué)和電熱劣化以及因失竊所產(chǎn)生的損壞情況就會(huì)出現(xiàn)多點(diǎn)接地的情況，進(jìn)而使得其金屬護(hù)套的對(duì)地環(huán)流值上升到危險(xiǎn)范圍，造成接地系統(tǒng)破壞紊亂，產(chǎn)生懸浮電壓將外護(hù)套擊穿，保護(hù)器出現(xiàn)燒毀情況，電纜的主絕緣也會(huì)受到非常的破壞。雖然用工作人員每間隔一定的時(shí)間期限就對(duì)電纜高壓接電箱進(jìn)行巡視檢查，但是仍無(wú)法完全避免此情況的發(fā)生。其根本原因在于對(duì)電纜高壓接電箱的金屬護(hù)套環(huán)流進(jìn)行日常的運(yùn)營(yíng)維護(hù)檢測(cè)時(shí)，其仍主要依賴于具有一定滯后性特點(diǎn)的持鉗型電流表，無(wú)法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地反饋出接地環(huán)流的實(shí)際狀況，所以難以對(duì)電纜線路的具體運(yùn)行情況以及歷史運(yùn)行狀態(tài)有所了解[1]。從安全系數(shù)提升層面來(lái)說(shuō)，對(duì)電纜智能高壓接地箱的研發(fā)是較為迫切的，需要在其內(nèi)部配置具有在線監(jiān)測(cè)功能的智能系統(tǒng)以及做好防盜設(shè)計(jì)，從源頭上來(lái)妥善解決電纜運(yùn)行溫度過(guò)高、環(huán)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)難以達(dá)成和電纜高壓接電箱的安全問(wèn)題，由此構(gòu)建出性能更加優(yōu)越以及運(yùn)行更加穩(wěn)定的電纜智能高壓接地箱。

2 電纜智能高壓接地箱具體設(shè)計(jì)

2.1 電纜智能高壓接地箱的功能

電纜智能高壓接地箱是以原本普通的接地箱為基礎(chǔ)，在其上方增添了具有更高準(zhǔn)確度的電流傳感器和性能優(yōu)越的電纜在線監(jiān)測(cè)裝置，將電纜智能高壓接地箱的內(nèi)部功能模塊大體劃分成3 個(gè)部分，分別為感應(yīng)取電、傾斜式振動(dòng)防盜裝置以及光伏取電裝置。電纜在線監(jiān)測(cè)裝置所承擔(dān)的功能作用在于可以更加自主化與實(shí)時(shí)化地監(jiān)測(cè)電纜的接頭溫度和接地電流具體數(shù)值，并且獲得更為精準(zhǔn)的接地箱振動(dòng)數(shù)據(jù)，在GPRS 通信技術(shù)的支持下將所采集得到的數(shù)據(jù)信息來(lái)向遠(yuǎn)程的監(jiān)控中心進(jìn)行傳輸，若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況則第一時(shí)間向監(jiān)控中心作出報(bào)警預(yù)警，并且同步向相關(guān)工作人員發(fā)送短信，以便技術(shù)人員可以更加及時(shí)高效解決問(wèn)題。電纜智能高壓接地箱的功能模塊如圖1 所示。

圖1 電纜智能高壓接地箱功能模塊

2.2 電纜在線監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)

電纜智能高壓接地箱通過(guò)配備在線監(jiān)測(cè)裝置做好防盜設(shè)計(jì)，利用GPRS 無(wú)線通信技術(shù)來(lái)保證免布線質(zhì)量。電纜在線監(jiān)測(cè)裝置是電纜智能高壓接地箱最為核心的控制系統(tǒng)，通過(guò)選擇應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)的方式以及同步應(yīng)用BIOS 擴(kuò)展功能，以此保證電纜在線監(jiān)測(cè)裝置具有充足的擴(kuò)展空間，從而更為精準(zhǔn)全面地監(jiān)控外部環(huán)境的溫度以及濕度具體數(shù)值，對(duì)水位和有毒有害氣體實(shí)現(xiàn)全面把控[2]。電纜智能高壓接地箱在設(shè)計(jì)在線監(jiān)測(cè)裝置時(shí)選擇無(wú)接觸的感應(yīng)取電技術(shù)，通過(guò)采用光伏取電的方式來(lái)為供電提供必要的支持。該取電方式是在電纜接地箱內(nèi)部所含有的接地線上方位置來(lái)套接開(kāi)啟式的電流互感器，感應(yīng)電路是由多部分組成，具體涵蓋整流濾波電路、電壓保護(hù)電路、儲(chǔ)能電路和能量泄放電路等。電纜智能高壓接地箱通過(guò)選擇應(yīng)用感應(yīng)取電電源設(shè)計(jì)的方式，將超級(jí)電容SC 的優(yōu)良作用充分發(fā)揮出來(lái)，切實(shí)有效地解決GPRS 模塊數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程中瞬間所提升的大功率供電問(wèn)題。電纜在線監(jiān)測(cè)裝置的自感應(yīng)取電電路如圖2 所示。

圖2 電纜在線監(jiān)測(cè)裝置自感應(yīng)取電電路

2.3 電纜智能高壓接地箱防盜技術(shù)

電纜智能高壓接地箱的科學(xué)研發(fā)離不開(kāi)電纜接地箱防盜技術(shù)的重要支持，在其閉合處以及頂帽處來(lái)安裝必要的傾斜報(bào)警裝置，它的最為核心零部件為振動(dòng)傳感器。振動(dòng)傳感器所發(fā)揮的功能作用在于將所接收得到的機(jī)械總量轉(zhuǎn)化成同比例的電量。當(dāng)電纜智能高壓接地箱因?yàn)橥饨鐥l件因素遭受破壞時(shí)能夠自動(dòng)生成一定的頻率和振動(dòng)幅度，當(dāng)傳感器所接收到振動(dòng)信號(hào)后，將其同步轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，由此得以被監(jiān)測(cè)主機(jī)所采集識(shí)別。電纜智能高壓接地箱在應(yīng)用接地箱防盜技術(shù)時(shí)要優(yōu)先使用具有穩(wěn)定性能的傳感器，由此才能夠更加系統(tǒng)化與全面化地完成振動(dòng)監(jiān)測(cè)、對(duì)位移更為精準(zhǔn)地感知，將其所具有的運(yùn)動(dòng)功能加以喚醒，在原有的基礎(chǔ)上大幅度提升對(duì)外界環(huán)境變化的感知敏感度。當(dāng)傳感器接收到位移和振信號(hào)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生出連續(xù)的有明顯高低變化的波形，對(duì)傳感器靈敏度的調(diào)節(jié)通過(guò)軟件設(shè)置的方式來(lái)完成。振動(dòng)傳感器的信號(hào)波形如圖3所示。

圖3 振動(dòng)傳感器信號(hào)波形

2.4 電纜智能高壓接地箱電流采集

在電纜智能高壓接地箱的內(nèi)部功能模塊中需要在原有的基礎(chǔ)上增添電流比在300:1 的高度精準(zhǔn)化單模電流傳感器，嚴(yán)格遵循電纜接電箱電流采集原理將其產(chǎn)生的大電流轉(zhuǎn)化成小電流，并且在電流傳感器的支持下轉(zhuǎn)化得到的實(shí)際電流能夠與電壓信號(hào)構(gòu)成正相關(guān)關(guān)系。通過(guò)運(yùn)放系統(tǒng)所產(chǎn)生的緊密整流濾波電路來(lái)進(jìn)一步放大濾波，將直流信號(hào)直接傳輸給單片機(jī)，通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換模塊完成轉(zhuǎn)換測(cè)量，通過(guò)更為精準(zhǔn)地判斷電纜的實(shí)際接地電流大小來(lái)對(duì)護(hù)層的接地程度、電纜實(shí)際的老化情況以及線芯負(fù)荷大小變動(dòng)來(lái)做出綜合衡量。當(dāng)電纜智能高壓接地箱的高壓電纜線路處于正常的運(yùn)行狀態(tài)下，其接地環(huán)流值出現(xiàn)較大的變化幅度甚至是銳減到0 時(shí)，則要充分結(jié)合電調(diào)的實(shí)際情況和電纜的具體運(yùn)行狀態(tài)來(lái)構(gòu)建相對(duì)應(yīng)的分析診斷模型，以此為基本前提進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確無(wú)誤地判斷出電纜智能高壓接地箱是否出現(xiàn)被盜或破壞情況。電纜接地箱的電流采集原理如圖4 所示。

圖4 電纜接地箱的電流采集原理

2.5 電纜接頭溫度采集

構(gòu)建電纜智能高壓接地箱要科學(xué)合理地應(yīng)用高壓電纜金屬護(hù)層系統(tǒng)，否則當(dāng)環(huán)流增大時(shí)電纜的金屬護(hù)層會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生巨大的損耗，從而造成電纜溫度陡增，若處于嚴(yán)重高溫狀態(tài)下甚至?xí)斐梢螂娎|溫度過(guò)高而引發(fā)的著火燃燒重大安全事故，對(duì)周圍居民的人身安全造成重大威脅。因此電纜智能高壓接地箱要可以妥善地應(yīng)用電纜接頭溫度采集原理，以便可以實(shí)時(shí)地對(duì)電纜接頭的實(shí)際溫度加以監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確判別出電纜是否出現(xiàn)接地故障問(wèn)題，進(jìn)而將報(bào)警裝置加以啟動(dòng)，將其所具有的優(yōu)良輔助作用充分發(fā)揮出來(lái)[3]。電纜智能高壓接地箱中所包含的電纜接頭測(cè)溫模塊，其之所以能夠保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，因?yàn)樵诮拥仉娎|的外護(hù)套處放置了固定溫度的傳感器探頭，其中PT1000 鉑電阻傳感器探頭性能最為優(yōu)越，它具有防潮防水的顯著優(yōu)勢(shì)，其準(zhǔn)確度也有所保證，對(duì)其進(jìn)行安裝操作時(shí)流程較為簡(jiǎn)便以及可操作性強(qiáng)。通過(guò)橋式電路的方式來(lái)更為準(zhǔn)確地測(cè)量出電阻值，信號(hào)放大工作經(jīng)由運(yùn)放來(lái)完成，此時(shí)的溫度模塊控制器可以高質(zhì)量地完成溫度信號(hào)采樣工作，以無(wú)線通信的方式將收集得到的溫度信號(hào)傳遞給電纜在線監(jiān)測(cè)裝置達(dá)成實(shí)時(shí)監(jiān)控核心目標(biāo)。電纜接頭溫度采集原理如圖5 所示。

圖5 電纜接頭溫度采集原理

2.6 其他技術(shù)

因?yàn)殡娎|接地箱所處的安裝環(huán)境通常來(lái)說(shuō)較為潮濕，所以在構(gòu)建研發(fā)電纜智能高壓接地箱時(shí)必須要充分考慮到這一特點(diǎn)，確保其外殼具有合乎國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的防水等級(jí)和防護(hù)等級(jí)。電纜智能高壓接地箱選擇應(yīng)用了防護(hù)等級(jí)過(guò)關(guān)的IP68 材料，并且同步使用了環(huán)氧樹(shù)脂填充綠色環(huán)保材料，確保電纜智能高壓接地箱的箱體處于高度密封的狀態(tài)下，以此確保當(dāng)其需長(zhǎng)時(shí)間處于潮濕等不良環(huán)境條件下時(shí)也可以最大程度上實(shí)現(xiàn)電纜線路的高度可靠性供電目標(biāo)。電纜智能高壓接地箱在防盜技術(shù)應(yīng)用層面上來(lái)說(shuō)，不僅為其配備了開(kāi)門(mén)報(bào)警的基本功能，還在其內(nèi)部功能模塊中留有了一定空間的視頻監(jiān)控接口，由此可以對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)管，防止電纜智能高壓接地箱出現(xiàn)被盜竊情況，在原有的基礎(chǔ)上大幅度提升其安全系數(shù)[4]。

2.7 模擬應(yīng)用

為了能夠從根本上更為直觀地展示電纜智能高壓接地箱的功能作用及優(yōu)勢(shì)，在合適的施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)其主要的功能模塊進(jìn)行了必要的測(cè)試。從環(huán)流主機(jī)、電流裝置以及電壓裝置層面來(lái)看，其呈現(xiàn)出了十分整齊的焊接外觀，很好地規(guī)避了出現(xiàn)焊接虛聯(lián)以及運(yùn)行斷路的情況，并且它還具有很高的密封性，其所含有的接地零部件都高質(zhì)量地通過(guò)了直流耐壓測(cè)試和沖擊電壓試驗(yàn)，無(wú)論是處于靜電還是放電磁場(chǎng)輻射條件下，電纜智能高壓接地箱都保持在十分良好的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)對(duì)電纜智能高壓接地箱內(nèi)部的電流采集模塊進(jìn)行測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)其電流采樣、轉(zhuǎn)換世界參數(shù)以及分辨率等重要指標(biāo)都呈現(xiàn)出了極高的精確度，其中能夠與接地環(huán)流采集設(shè)計(jì)相配合達(dá)成了實(shí)時(shí)監(jiān)控、精準(zhǔn)測(cè)量以及定時(shí)巡檢的核心目標(biāo)。并且對(duì)接地環(huán)流監(jiān)測(cè)質(zhì)量有所提升，有助于減少不必要的人力成本投入，維護(hù)效率也得以保證，從源頭上來(lái)更好地防控電纜智能高壓接地箱被盜問(wèn)題[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，確保電纜智能高壓接地箱研發(fā)質(zhì)量，科學(xué)應(yīng)用電纜在線監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)實(shí)用技術(shù)和電纜接地箱防盜技術(shù)，明確電纜接地箱電流采集原理和電纜接頭溫度采集原理，進(jìn)而能夠?qū)Ω邏弘娎|實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且電纜智能高壓接地箱所帶有的防盜報(bào)警功能可以不受環(huán)境和距離的局限作用，其應(yīng)用場(chǎng)景更加廣泛，并具有很大的發(fā)展空間。