核心词：
NH-KVV-450 耐火 控制 电缆 柳州110kV高压电缆已达60km,预计今后每年以15～20km的速度增长,高压电缆的运行维护将成为今后重点工作。在电缆检测技术的应用中,红外成像检测与局部放电检测技术较为成熟。红外成像检测形成了国家标准与应用导则,《带电设备红外诊断技术应用导则》要求对电缆终端每年进行红外热像仪成像检测,以发现电缆终端或接头的发热故障。除了红外检测外,局部放电检测也是一种有效的手段,可检测电缆绝缘状态并评估。但由于电磁信号干扰,该方法还在不断尝试和研究中。气相色谱-质谱联用技术被广泛应用到食品安全、药物分析、环境监测、毒物分析、质量控制、生物化工以及医疗卫生等领域。但色谱-质谱联装置过于笨重,不适合现场巡检。本文首先根据不同温度下电缆的气体成分选取特征气体与合适传感器,设计传感电路并研制检测装置。然后搭建实验平台,测试电缆在80℃、120℃、150℃与180℃等温度下仪器的反应时间与气体浓度。
1、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制电缆:选取实际运行的电缆在电缆沟中进行测试 最后选取实际运行电缆,在电缆沟中进行现场测试,验证检测系统的性能。选取交联聚乙烯高压电缆试样,在实验室中采用色谱-质谱仪分析高压交联聚乙烯电缆在不同温度下产生的气体,结果如表1所示。从表中可见,交联聚乙烯成分很复杂,其中Benzenemethanol与.alpha.,.alpha.-dimethyl-类气体随着温度升高其浓度降低,此类气体不适合作为特征气体。Methylstyrene(甲基苯乙烯)类气体成分的浓度随温度成正向关系,即温度越高气体浓度越大,保留时间超过了18分钟,气体浓度在80℃时为0.9%,在180℃时超过20%,是理想的特征气体。以Methylstyrene作为特征气体选择传感器,但目前并没有检测该类气体的传感器。于是只能寻找其他气体成分,从表中可知,环氧乙烷类气体Acetaldehyde(乙醛)与Acetone(丙酮)也具有正向温度特性,Acetone在80℃、120℃、150℃与180℃温度下的浓度分别为0.19%、0.64%、2.69%与3.02%,保留时间为6.14分钟;Acetaldehyde在80℃时不存在,120℃、150℃与180℃温度下的浓度分别为0.12%、0.79%与1.12%,保留时间为7.9分钟。经查,英国CityTechnology公司4ETO传感器可检测Acetaldehyde与Acetone气体,该传感器使用方便,性能优良。
2、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制电缆:最后选择乙醛和丙酮作为特征气体 本文最终选定Acetaldehyde与Acetone为特征气体,选用4ETO为传感器。系统硬件结构框图如图1所示,包括以下几个部分:电化学传感器:采用英国City公司4ETO,将特征气体浓度转换成对应的微弱电流信号;信号调理单元:由恒电位电路及微电流检测单元构成传感器信号调理单元,恒电位电路为电化学传感器提供恒定的工作电压,微电流检测单元将电化学传感器产生的微弱电流信号进行I/V转换后放大;主控制器模块:包括ADC模数转换单元,实现对调理后的传感器信号、温度补偿输出信号以及电池电压的采样;按键、显示和声光报警控制;PWM信号占空比控制气泵流率。气体便携式检测系统一般在野外使用,因此需要满足体积小、功耗低、易便携以及待机时间长等需求。因此,检测系统采用低功耗单片机作为主控制器,负责A/D采集、数据处理、PWM控制输出、显示及按键、蜂鸣器、串口通信等功能模块。采用可充电锂电池作为能源供给,软件还考虑了休眠功能,以提高电池待机时间。主程序流程图如图1所示。从图中可见,在初始化AD采样模块、存储模块、电量读取模块、通信模块后,软件读取电池电量,若电量不足,则提示需要充电。在电量充足的情况下,启动微型泵。
3、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制电缆:所以软件设计的等待时间是半小时 传感器需要预热15分钟到半个小时,因此,软件设计等待时间为半个小时。若等待时间到,则关闭微型泵,以降低系统功耗,同时开启气体传感器读取流程。根据现场情况,软件提供了浓度报警阈值修改功能,当检测浓度超过报警阈值,则系统进行声、光报警。为了能够准确的检测气体浓度值,仪器先进行标定操作,标定的工作点数据以及不同温度下补偿值存储在EEPROM中供计算使用。实验平台如图2所示,图中,玻璃罩尺寸1.2m*0.6m*0.45m,玻璃罩上方开出气小孔,小孔直径为20cm,方便测试时将气体传感器探入。在下方开两个孔,将长度为1米的单芯交联聚乙烯电缆通过套管固定。
4、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制电缆:用于实时检测电缆接头处的温度 在玻璃罩左方开小孔,将光纤测温探头通过小孔固定在电缆接头的金属处,测温装置在玻璃罩外,以方便查看电缆接头处的实时温度。
5、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制电缆:可在给定时间自动开启 电缆两端套管通过电缆与大电流发生器连接,大电流发生器参数如表2所示,最大输出电流2000A,大电流发生器有电流指示屏与时间自动控制按钮,给定时间到可自动分闸。实验时,升流器、调压器以及电缆样品之间的连接需紧固,
矿用电缆以尽量减少接触电阻,避免发热。开始实验,逐步增加通电电流,稳定在320A通电2分钟,电缆接头温度为80℃,检测仪读取的气体浓度为0。维持此电流2分钟后,温度为90℃,气体浓度为0。增加电流到500A,通电时间1分钟,电缆接头温度达到120℃,检测仪读取的气体浓度为311PPM。电流维持在500A,继续通电1分钟,电缆接头温度达到150℃,气体浓度为1350PPM。
6、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制电缆:电缆接头温度达到180℃ 电流维持在500A,再继续通电1分钟,电缆接头温度达到180℃,气体浓度为2333PPM。数据如表3所示,可见,温度越高,气体浓度越大,检测结论与采用质谱-色谱仪检测的结论相符。调节气体传感探头与出气小孔的距离,在不同距离下观察检测系统的读数,如表4所示,以查看检测仪的灵敏度,可见,系统灵敏度足够高。该结论为现场测试提供了指导,即传感器与气体源有一定距离也不影响检测浓度。停止大电流发生器,输出电流变成0。20分钟后,气体浓度下降到1900PPM,3小时后,气体浓度为5PPM,几乎降低为0,测试数据如表5所示,从表中可知,当气体达到一定浓度后,其消散时间比较长,说明电缆一旦发生温度过热,产生了特征气体,可有足够的时间进行现场检测。作者选取了一条运行中电缆进行现场测试,测试信息如表6所示,天气晴朗,有微风,现场测试照片如图3所示。电缆线路电压等级为10kV,电缆沿着电缆沟沟敷设。
7、NH-KVV-450/750V-30*1.5耐火控制电缆:选取5个测试点 作者选取了5处测试点,每个测试点之间距离约200米。在每处测试点,先读取距离电缆盖板周围1米处的浓度,作为背景值。在电缆盖板上方缝隙处读取浓度数据,并记录,为了对比,同时撬起盖板,将传感探头探入电缆沟内,再次读取数据。现场测试数据如表7所示,从表中可见,5个测试点处的背景气体浓度均为0,盖板上方缝隙处的浓度均为1PPM,电缆沟内的气体浓度与缝隙处的浓度相同。测试过程中,在测试点2#与测试点5#,作者可明显闻到电缆沟内有腐烂的气味,但检测仪器测试的数据依然不变,说明了检测仪器对特征气体以外的组分不敏感。根据以上测试结果,可以得出如下结论:测试位置不影响测试结果,在今后的现场测试过程中,可以不必撬开电缆沟盖板,从而提高检测效率;检测系统对特征气体之外的气体不敏感,具有很好的抗干扰能力;测试时间很短,每个测试点处只需等待1分钟,即可读取稳定的气体浓度值。本文采用低功耗单片机与4ETO传感器研制特征气体检测系统,检测高压电缆绝缘挥发物中特征气体的浓度。设计了实验平台,在实验平台中测试不同温度下特征气体的浓度与检测时间,实验数据验证了设计方案的正确性。进行了现场测试,测试结果表明,检测系统对特征气体之外的气体不敏感,具有很好的抗干扰性能检测距离不影响检测结论,说明检测系统具有很好的灵敏度。
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