核心詞：NH-KVV-450 耐火 控制 電纜 
　　柳州110kV高壓電纜已達(dá)60km,預(yù)計(jì)今后每年以15～20km的速度增長(zhǎng),高壓電纜的運(yùn)行維護(hù)將成為今后重點(diǎn)工作。在電纜檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用中,紅外成像檢測(cè)與局部放電檢測(cè)技術(shù)較為成熟。紅外成像檢測(cè)形成了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)用導(dǎo)則,《帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》要求對(duì)電纜終端每年進(jìn)行紅外熱像儀成像檢測(cè),以發(fā)現(xiàn)電纜終端或接頭的發(fā)熱故障。除了紅外檢測(cè)外,局部放電檢測(cè)也是一種有效的手段,可檢測(cè)電纜絕緣狀態(tài)并評(píng)估。但由于電磁信號(hào)干擾,該方法還在不斷嘗試和研究中。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)被廣泛應(yīng)用到食品安全、藥物分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、毒物分析、質(zhì)量控制、生物化工以及醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。但色譜-質(zhì)譜聯(lián)裝置過于笨重,不適合現(xiàn)場(chǎng)巡檢。本文首先根據(jù)不同溫度下電纜的氣體成分選取特征氣體與合適傳感器,設(shè)計(jì)傳感電路并研制檢測(cè)裝置。然后搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),測(cè)試電纜在80℃、120℃、150℃與180℃等溫度下儀器的反應(yīng)時(shí)間與氣體濃度。
　　1、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制電纜:選取實(shí)際運(yùn)行的電纜在電纜溝中進(jìn)行測(cè)試
　　最后選取實(shí)際運(yùn)行電纜,在電纜溝中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,驗(yàn)證檢測(cè)系統(tǒng)的性能。選取交聯(lián)聚乙烯高壓電纜試樣,在實(shí)驗(yàn)室中采用色譜-質(zhì)譜儀分析高壓交聯(lián)聚乙烯電纜在不同溫度下產(chǎn)生的氣體,結(jié)果如表1所示。從表中可見,交聯(lián)聚乙烯成分很復(fù)雜,其中Benzenemethanol與.alpha.,.alpha.-dimethyl-類氣體隨著溫度升高其濃度降低,此類氣體不適合作為特征氣體。Methylstyrene(甲基苯乙烯)類氣體成分的濃度隨溫度成正向關(guān)系,即溫度越高氣體濃度越大,保留時(shí)間超過了18分鐘,氣體濃度在80℃時(shí)為0.9%,在180℃時(shí)超過20%,是理想的特征氣體。以Methylstyrene作為特征氣體選擇傳感器,但目前并沒有檢測(cè)該類氣體的傳感器。于是只能尋找其他氣體成分,從表中可知,環(huán)氧乙烷類氣體Acetaldehyde(乙醛)與Acetone(丙酮)也具有正向溫度特性,Acetone在80℃、120℃、150℃與180℃溫度下的濃度分別為0.19%、0.64%、2.69%與3.02%,保留時(shí)間為6.14分鐘;Acetaldehyde在80℃時(shí)不存在,120℃、150℃與180℃溫度下的濃度分別為0.12%、0.79%與1.12%,保留時(shí)間為7.9分鐘。經(jīng)查,英國(guó)CityTechnology公司4ETO傳感器可檢測(cè)Acetaldehyde與Acetone氣體,該傳感器使用方便,性能優(yōu)良。
　　2、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制電纜:最后選擇乙醛和丙酮作為特征氣體
　　本文最終選定Acetaldehyde與Acetone為特征氣體,選用4ETO為傳感器。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,包括以下幾個(gè)部分:電化學(xué)傳感器:采用英國(guó)City公司4ETO,將特征氣體濃度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的微弱電流信號(hào);信號(hào)調(diào)理單元:由恒電位電路及微電流檢測(cè)單元構(gòu)成傳感器信號(hào)調(diào)理單元,恒電位電路為電化學(xué)傳感器提供恒定的工作電壓,微電流檢測(cè)單元將電化學(xué)傳感器產(chǎn)生的微弱電流信號(hào)進(jìn)行I/V轉(zhuǎn)換后放大;主控制器模塊:包括ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換單元,實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)理后的傳感器信號(hào)、溫度補(bǔ)償輸出信號(hào)以及電池電壓的采樣;按鍵、顯示和聲光報(bào)警控制;PWM信號(hào)占空比控制氣泵流率。氣體便攜式檢測(cè)系統(tǒng)一般在野外使用,因此需要滿足體積小、功耗低、易便攜以及待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)等需求。因此,檢測(cè)系統(tǒng)采用低功耗單片機(jī)作為主控制器,負(fù)責(zé)A/D采集、數(shù)據(jù)處理、PWM控制輸出、顯示及按鍵、蜂鳴器、串口通信等功能模塊。采用可充電鋰電池作為能源供給,軟件還考慮了休眠功能,以提高電池待機(jī)時(shí)間。主程序流程圖如圖1所示。從圖中可見,在初始化AD采樣模塊、存儲(chǔ)模塊、電量讀取模塊、通信模塊后,軟件讀取電池電量,若電量不足,則提示需要充電。在電量充足的情況下,啟動(dòng)微型泵。
　　3、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制電纜:所以軟件設(shè)計(jì)的等待時(shí)間是半小時(shí)
　　傳感器需要預(yù)熱15分鐘到半個(gè)小時(shí),因此,軟件設(shè)計(jì)等待時(shí)間為半個(gè)小時(shí)。若等待時(shí)間到,則關(guān)閉微型泵,以降低系統(tǒng)功耗,同時(shí)開啟氣體傳感器讀取流程。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,軟件提供了濃度報(bào)警閾值修改功能,當(dāng)檢測(cè)濃度超過報(bào)警閾值,則系統(tǒng)進(jìn)行聲、光報(bào)警。為了能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)氣體濃度值,儀器先進(jìn)行標(biāo)定操作,標(biāo)定的工作點(diǎn)數(shù)據(jù)以及不同溫度下補(bǔ)償值存儲(chǔ)在EEPROM中供計(jì)算使用。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖2所示,圖中,玻璃罩尺寸1.2m*0.6m*0.45m,玻璃罩上方開出氣小孔,小孔直徑為20cm,方便測(cè)試時(shí)將氣體傳感器探入。在下方開兩個(gè)孔,將長(zhǎng)度為1米的單芯交聯(lián)聚乙烯電纜通過套管固定。
　　4、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制電纜:用于實(shí)時(shí)檢測(cè)電纜接頭處的溫度
　　在玻璃罩左方開小孔,將光纖測(cè)溫探頭通過小孔固定在電纜接頭的金屬處,測(cè)溫裝置在玻璃罩外,以方便查看電纜接頭處的實(shí)時(shí)溫度。

　　5、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制電纜:可在給定時(shí)間自動(dòng)開啟
　　電纜兩端套管通過電纜與大電流發(fā)生器連接,大電流發(fā)生器參數(shù)如表2所示,最大輸出電流2000A,大電流發(fā)生器有電流指示屏與時(shí)間自動(dòng)控制按鈕,給定時(shí)間到可自動(dòng)分閘。實(shí)驗(yàn)時(shí),升流器、調(diào)壓器以及電纜樣品之間的連接需緊固,礦用電纜以盡量減少接觸電阻,避免發(fā)熱。開始實(shí)驗(yàn),逐步增加通電電流,穩(wěn)定在320A通電2分鐘,電纜接頭溫度為80℃,檢測(cè)儀讀取的氣體濃度為0。維持此電流2分鐘后,溫度為90℃,氣體濃度為0。增加電流到500A,通電時(shí)間1分鐘,電纜接頭溫度達(dá)到120℃,檢測(cè)儀讀取的氣體濃度為311PPM。電流維持在500A,繼續(xù)通電1分鐘,電纜接頭溫度達(dá)到150℃,氣體濃度為1350PPM。
　　6、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制電纜:電纜接頭溫度達(dá)到180℃
　　電流維持在500A,再繼續(xù)通電1分鐘,電纜接頭溫度達(dá)到180℃,氣體濃度為2333PPM。數(shù)據(jù)如表3所示,可見,溫度越高,氣體濃度越大,檢測(cè)結(jié)論與采用質(zhì)譜-色譜儀檢測(cè)的結(jié)論相符。調(diào)節(jié)氣體傳感探頭與出氣小孔的距離,在不同距離下觀察檢測(cè)系統(tǒng)的讀數(shù),如表4所示,以查看檢測(cè)儀的靈敏度,可見,系統(tǒng)靈敏度足夠高。該結(jié)論為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試提供了指導(dǎo),即傳感器與氣體源有一定距離也不影響檢測(cè)濃度。停止大電流發(fā)生器,輸出電流變成0。20分鐘后,氣體濃度下降到1900PPM,3小時(shí)后,氣體濃度為5PPM,幾乎降低為0,測(cè)試數(shù)據(jù)如表5所示,從表中可知,當(dāng)氣體達(dá)到一定濃度后,其消散時(shí)間比較長(zhǎng),說明電纜一旦發(fā)生溫度過熱,產(chǎn)生了特征氣體,可有足夠的時(shí)間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。作者選取了一條運(yùn)行中電纜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,測(cè)試信息如表6所示,天氣晴朗,有微風(fēng),現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試照片如圖3所示。電纜線路電壓等級(jí)為10kV,電纜沿著電纜溝溝敷設(shè)。
　　7、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制電纜:選取5個(gè)測(cè)試點(diǎn)
　　作者選取了5處測(cè)試點(diǎn),每個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間距離約200米。在每處測(cè)試點(diǎn),先讀取距離電纜蓋板周圍1米處的濃度,作為背景值。在電纜蓋板上方縫隙處讀取濃度數(shù)據(jù),并記錄,為了對(duì)比,同時(shí)撬起蓋板,將傳感探頭探入電纜溝內(nèi),再次讀取數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)如表7所示,從表中可見,5個(gè)測(cè)試點(diǎn)處的背景氣體濃度均為0,蓋板上方縫隙處的濃度均為1PPM,電纜溝內(nèi)的氣體濃度與縫隙處的濃度相同。測(cè)試過程中,在測(cè)試點(diǎn)2#與測(cè)試點(diǎn)5#,作者可明顯聞到電纜溝內(nèi)有腐爛的氣味,但檢測(cè)儀器測(cè)試的數(shù)據(jù)依然不變,說明了檢測(cè)儀器對(duì)特征氣體以外的組分不敏感。根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果,可以得出如下結(jié)論:測(cè)試位置不影響測(cè)試結(jié)果,在今后的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過程中,可以不必撬開電纜溝蓋板,從而提高檢測(cè)效率;檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)特征氣體之外的氣體不敏感,具有很好的抗干擾能力;測(cè)試時(shí)間很短,每個(gè)測(cè)試點(diǎn)處只需等待1分鐘,即可讀取穩(wěn)定的氣體濃度值。本文采用低功耗單片機(jī)與4ETO傳感器研制特征氣體檢測(cè)系統(tǒng),檢測(cè)高壓電纜絕緣揮發(fā)物中特征氣體的濃度。設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中測(cè)試不同溫度下特征氣體的濃度與檢測(cè)時(shí)間,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的正確性。進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明,檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)特征氣體之外的氣體不敏感,具有很好的抗干擾性能檢測(cè)距離不影響檢測(cè)結(jié)論,說明檢測(cè)系統(tǒng)具有很好的靈敏度。
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