电力电缆接头温度监控系统的研究

电力电缆接头温度监控系统的研究

邓春苗   萧伟云 陈志锐  王锦庆  吴华锋

（广东电网有限责任公司东莞供电局，广东 东莞 ）

摘要：电力电缆是输送电能的关键设施，而电缆接头的制作则是电力施工中一个重要且常见的工序。由于场地障碍，不同厂家、设备之间，以及电缆长度等诸多因素限制，电缆接头的实施方式在现有技术下难以取代。电缆接头因其结构特点、制作工艺等原因，无法完全与预制的原装电缆的性能完全媲美；在机械强度、电阻值方面都要相对薄弱。因此，在历年发生的事故中，电缆头发生燃烧、爆炸的概率占比较大。而通过分析，在事故发生前最重要的一个指标就是温度升高，一旦温度升高，达到了一定的临界值，就会发生进一步得更加重要的事故。基于这些问题，本文针对电力电缆接头温度监控系统开展了研究，希望为相关的研究学者和电力人员提供参考。

关键词：电力电缆；接头温度；监控系统

前言

在输电线路中，电力电缆是重要的组成部分，电缆温度的变化直接关系到电力系统的稳定性与安全性。为了保证电力正常运行，需研发一种高效的电力电缆接头温度监控系统。接头在电力电缆长期使用的过程中易出现过热的现象，从而导致绝缘老化、接触电阻增加等问题，从而引发安全事故。因此，实时监测电缆接头的温度变化，及时发现并处理潜在问题，已经成为电力系统中的一项重要任务。通过引入先进的温度传感器技术，将传感器预埋在电缆接头内，可实现精准测量接头温度的目的。这种测温方法具备了良好的精准性、实时性及可靠性，可以有效避免俅测温方式的不足。电力电缆接头温度监控系统的研发与应用，不但可提升电力系统的运行效率与安全性，还可降低维护成本与强度。因此，该系统在电力行业中的应用具备了重要的现实意义。

一、电力电缆接头温度监控系统概述

（一）电力电缆接头温度监控系统的应用前景

随着电力系统的不断发展及电力需求的逐渐增长。电力电缆作为电能输送中的重要载体，运行的安全性与稳定性具备重要价值。电力电缆接头由于其结构特点与制作工艺等原因，在运行过程中易出现温度异常升高的现象，如此可能致使电缆头出现燃烧、爆炸等重大事故，从而给电力系统的稳定运行带来巨大的威胁。因此，电力电缆接头温度监控系统具有广阔的应用前景[1]。

（二）电力电缆接头温度监控系统的技术原理

1.采用感应电磁感应原理进行取电。感应电磁感应原理是一种常见的非接触式取电方式。在电力电缆周围存在交变磁场，当在电缆附近设置适合的感应线圈后，可根据电磁感应定律，线圈中会产生感应电动势，从而实现取电。这种取电方式无需直接连接电缆，防止对电缆的电气连接与绝缘性能的影响。而且还可提升电力系统运行的可靠性与安全性。

2.根据电流与温度的正相关关系找出并确定阈值。电力电缆在运行的过程中，电流通过电缆时会产生热量，致使电缆温度上升。以焦耳定律为依据，电流产生的热量与平方成正比。因而，可通过监测电缆中的电流量，根据电缆的散热条件与热阻特性等因素，构建电流和温度之间的数学模型，从而提出并确定温度的阈值。当电缆接头的温度超出阈值时，表明电缆接头可能存在异常或故障等，电力人员就需要进行及时处理。

3.通过多级稳压技术进行宽电压范围下的电压控制。在电力系统中，电压波动是一种常见现象。为了保证电力电缆接头温度监控系统的温度正常，电力人员需对系统的电源进行稳压处理。多级稳压技术能够经过多个稳压电路级联的方式，对输入电压进行逐步稳定，实现宽电压范围下的电压控制。如此能够确保系统在不同电压条件下均可稳定工作，提高系统的可靠性与适应性。4.无线通信技术。无线通讯技术在电力电缆接头温度管控系统中是重要组成部分，通过无线通讯技术能把采集到的温度数据及时传输到后台监控系统，实现远程监控与数据共享。无线通讯技术具有传输距离远、传输速率快、抗干扰能力强等优势，能够满足电力电缆接头温度监控系统的需求。

（三）技术关键点及创新点

1.开口式霍尔传感器感应电能的应用。开口式的霍尔传感器属于一种新的传感器，其具备非接触式测量、高灵敏度与高精度等优点。在电力电缆接头温度监控系统中，开口式霍尔传感器能够对电缆周围的磁场强度进行感应，实现取电与电流测量的功能。这种传感器的应用不但可提升系统的取电效率与测量精度，同时还可系统结构，降低系统运行的成本。

2.温敏材料在温度检测中的应用及相关的电路设计。温敏材料属于一种对温度敏感的材料，其电阻值可随温度变化而变化。在电力电缆接头温度监控系统中，温敏材料可用温度传感器的制作，对温敏材料的电阻值变化进行测量，能够有效检测电缆接头的温度。而且，为了提高温度测量的精准度与真实性，还需对电路进行设计，实现对温敏材料的电阻值变化进行放大、滤波及模数转换等处理。

3.低功耗下无线通讯方式的待机与唤醒设计。在接头温度监控系统中，无线通讯模块 需长期处于待机状态，以便随时接收与发送数据。要降低系统功耗，就需对无线通讯方式进行待机、唤醒的设计。通过合理的电路设计与软件算法，能实现无线通讯模块在低功耗下的待机与唤醒，使系统的电池寿命延长，提升系统的能源利用率。4.通过直接热传导的方式检测温度的方法。在接头温度监控系统内，除运用温敏材料进行温度监测外，还可运用直接热传导方式检测温度。该方法是通过把温度传感器接触电缆接头的表面，应用热传导原理把电缆接头的热量传递给温度传感器，从而实现温度测量的目的。这种方法具有检测的精度高、响应速度快等优势，能够作为温敏材料测温的补充方法，可提升系统的温度测量水平

[2]。

二、电力电缆接头温度监控与预警机制的构建

（一）温度监控机制

1.传感器设置。在电力电缆的接头处需合理设置温度传感器，其他接头温度监控的前提。根据电缆接头的热分布、结构特点，可应用多点设置的方式，保证能全面准确地获取温度数据。比如，在接头的重要位置，如导体连接点、绝缘层及护套交接处等，间隔一定距离（ 5 - 10 cm）设置一个传感器。2.数据的采集与传输。通过传感器可采集接头的温度数据，并经过处理后传输到监控中心。可将传感器采集频率调整为 1 - 5 次/min，保证数据的准确性与实时性，采集的数据可借助无线通讯技术进行传输，如利用ZigBee协议，其传输速率可达 250 kbps，可以满足数据传输的需求。

（二）预警机制

1.阈值设置。基于对电缆接头温度的特性研究，可合理设定系统的预警阈值。结合电缆的材质、载流量与环境温度等因素，利用热平稳方程：Q=I2Rt，其中，“Q”为热量，“I”为电流，“R”为电阻，“t”为时间。可计算出在正常运行条件下电缆接头的温度范围。通常将预警阈值设定为正常运行温度的 1.2 - 1.5 倍。比如，某电缆在正常运行时的接头温度为 50 ℃，则预警阈值可设定为： 60 - 75 ℃。2.预警方式。当监测到温度超过了预警阈值时，接头温度监控系统可立即触发预警。预警方式包括：违章报警、短信通知相关的维护人员及在监控中心的界面上突出显示报警信息等，保证可及时采取措施应对潜在的安全隐患[3]。

结论

总之，针对电力电缆接头温度监控系统开展研究具有重要价值。通过对其技术大批量、关键点及创新点的深层探讨，以及监控与预警机制的构建，可保证电力电缆的安全运行。该系统的应用能及时发现电缆接头温度的异常，降低事故的发生率，提高电力系统的运行可靠性，从而为电力行业的高质量发展奠定坚实基础。

参考文献：

[1] 李岩,刘玉娇,胡凡,等.电力电缆接头温度异常故障远程在线监测系统设计[J].自动化技术与应用, 2024(6).

[2] 杨柳林,谢振林.基于窄带物联网的电缆接头温度监测系统[J].科学技术与工程, 2022, 22(6):9.

[3] 丁莉莉.基于现代信息技术的电缆接头温度在线监控系统研究[J].中国战略新兴产业, 2023:83-85.

项目支撑：本论文来源于广东电网有限责任公司职工技术创新项目；项目名称：一种电缆头温度监控装置；项目编号：031900KZ24040060