电缆过热故障在线监测及火灾预警系统

电缆温度监测预警系统—电缆过热故障在线监测及火灾预警系统SCAN–2000电缆过热故障在线监测及火灾预警系统Superheatedcablefaulton-linemonitoringsystemandfireearlywarningsystem焦作市凯德电力技术工程有限公司Tel:、3377555.cn前言感谢您使用我公司的电缆故障在线监测及火灾预警系统。本使用说明书介绍了电缆故障在线监测及火灾预警系统的结构和性能特点。如果您对本系统有任何疑问，本公司将非常愿意给您提供帮助。请与我们联系：公司：焦作市凯德电力技术工程有限公司地址：焦作市丰收路中段29号邮编：454002电话：传真：手机：电子信箱：网址:..注意：本文件中的资料如有更改，恕不另行通知。如果本手册叙述的内容与您使用的设备有所不同，以实际为准。本说明书中所提及的内容受法律或内部协议的保护，只有在符合协议的规定条款下，才可使用和复制，未经书面许可，不得以任何形式翻印、引用本手册的内容，违者必究。目录一、系统简介 5二、电气设备过热的规律和特征 52－1、外部热故障 52－2、内部热故障 52—3、电缆故障原因分析 6三、系统功能 63－1系统概述： 63－2连续的温度测量及显示 63－3烟雾检测 73－4通讯接口标准化 73－5隔离、耐高压及工作温度 73－6质量认证及鉴定标准 73—7系统连接器的防腐性能 7四、SCAN－2000系统组成 84－1系统网络体系结构 84—2监控工作站 94—3光纤现场总线接口 104—4SCAN2100智能网络集线器 104—5SCAN2001/T1001智能温度传感器 124—6SCAN1412/T1412离子型烟雾传感器 134—7SCAN2010总线转接器 144—8NetLinkMIS网络接口 144—9总线通讯电缆 144—10网络数据校验 15五、系统性能特点 155—1、极强的抗干扰能力 155—2、网络通讯覆盖范围广 155—3、多级高压隔离措施，保护设备及人身安全 165—4、稳定可靠的电缆接头专用温度传感器 165—5、简便可靠的多种报警方式 165—6、适于电缆沟内恶劣环境下工作 175—7、免维护性能 175—8、标准通讯方式，易于扩展 17六、电缆过热故障在线监测系统设计说明 186—1设计图例 186—2电缆故障在线监测系统产品结构图 18一、系统简介SCAN-2000电缆故障在线监测及火灾预警系统是一套先进的基于现场总线的监测及分析系统。它能有效地辨识电缆及其接头的老化和过热，预防火灾的发生。对电缆过热引起火灾的早期预测能力为现场设备的安全运行提供了有力保证，同时该系统又是电缆设备故障的预知维修系统，它能在电缆设备故障之前发出报警及检修建议，能有效防止电缆火灾的发生。SCAN-2000电缆故障在线监测及火灾预警系统主要应用于：电缆沟温度在线监测及火灾预警（电缆中间接头温度监测系统）高压开关柜温度在线监测电机及其接线盒温度在线监测泵及风机的轴承温度在线监测二、电气设备过热的规律和特征电气设备的过热故障可分为外部热故障和内部热故障两类：2－1、外部热故障电气设备的外部热故障主要指裸露接头由于压接不良等原因，在大电流作用下，接头温度升高，接触电阻增大，恶性循环造成隐患。此类故障占外部热故障的90%以上，它们的平均温升约在30℃2－2、内部热故障高压电气设备内部热故障的特点是故障点密封在绝缘材料或金属外壳中，如电缆，内部热故障一般都发热时间长而且较稳定，与故障点周围导体或绝缘材料发生热量传递，使局部温度升高，因此可以通过检测其周围材料的温升来诊断高压电气设备（如电缆）的内部故障。2—3、电缆故障原因分析根据电力事故分析，电缆故障引起的火灾导致大面积电缆烧损，造成被迫停机，短时间内无法恢复生产，造成重大经济损失。通过事故的分析，引起电缆沟内火灾发生的直接原因大多是电缆中间头制作质量不良、压接头不紧、接触电阻过大，长期运行所造成的电缆头过热烧穿绝缘，最后导致电缆沟内火灾的发生。根据多次事故分析发现，电缆中间头的压接质量好坏，只能在运行中发现，运行时间越长越容易发生过热烧穿事故。从电缆头过热到事故的发生，其发展速度比较缓慢、时间较长，通过电缆在线监测系统完全可以防止、杜绝此类事故的发生。因此电缆故障在线监测系统对电力设备的安全运行有着非常重要的意义。三、系统功能3－1系统概述：SCAN-2000型电缆在线监测系统,采用了当今先进的通讯技术、微处理器技术、数字化温度传感技术及离子感烟技术。独创设计的低温、强电场、潮湿环境运行技术。该系统的开发研制均在发电厂的电缆沟内经多次反复试验、攻关才得以完善，避免了电缆沟内强大电场的干扰，完整安全地把数据传送至监视终端。因此，该系统是一种高可靠性的分布式电缆在线监测系统。该系统具有良好的计算机界面、可显示电缆沟道模拟图、显示传感器所监测的实际位置及所有电缆型号、长度、截面、中间头位置等参数，当运行中电缆出现异常时，显示画面及报警音响同时出现，可通过计算机的电缆沟道模拟图上直接查看，并能迅速准确地判断出发生故障的实际位置，很大程度地提高了电缆运行的可靠性及技术管理水平。3－2连续的温度测量及显示通过对电缆头或电缆本身的连续温度测量，能够预测电缆头或电缆本身的故障趋势，及时提供电缆故障部位和检修指导，避免发生重大事故。3－3烟雾检测作为系统的一种辅助措施，离子型感烟装置能够检测电缆沟道中的烟雾。这种烟雾是由于电缆发热烧损绝缘层而产生的。3－4通讯接口标准化为了与其它系统更好地连接，本系统采用标准通讯接口和通讯协议：RS－485和ETHERNETIEEE802.3规范，支持IPX及TCP/IP协议，由于采用ETHERNET标准，系统可与管理网互连。3－5隔离、耐高压及工作温度●现场智能集线器与通讯总线采用完全隔离措施，能经受的电压冲击典型值为1500VRMS/分钟或2000VRMS/秒.●温度传感器可经受ESD±10000V高压，工作温度为-55℃～125℃，测量误差是●整个系统可工作在-30℃～853－6质量认证及鉴定标准●本系统通过ISO－9001认证.●数据通讯校验标准：□CRC16循环冗余校验□CRC8循环冗余校验●通信接口及电缆符合下列规范：□EIA（美国电子工业协会）□EIARS-232C□EIARS-485□IEEE(美国电气和电子工程协会)ANSIIEEE802.3。□UL(美国保险商实验室)UL44橡胶导线、电缆的安全标准。3—7系统连接器的防腐性能我们认为:若非考虑到经济方面的因素,所有优质的接线端子的金属件都不应使用钢.这样可避免钢制金属件和铜导线在潮湿情况下的电池效应,由此可避免电腐蚀及其后果--不可靠的电连接及螺钉锈死现象的出现.因此我们从一开始就决定使用黄铜作为夹线体材料.螺钉由高强度的铜合金构成.构成压线块、升降筒式夹线体及袋状夹线体的材料均为抗应力裂缝腐蚀的铜合金。除了极佳的防腐蚀特性之外,铜制端子还具有如下两个优点：1、由于铜具有优良的导电性,所以端子发热小。2、由于铜导线和夹线体之间几乎不存在相对热膨胀,从而减小了导线连接松动的趋势。通过镀镍或镀锡可对端子金属件进行保护。四、SCAN－2000系统组成4－1系统网络体系结构SCAN－2000采用完全数字化的现场总线网络结构，提高了整个系统的抗干扰能力。系统为双层总线结构，上层为模块级浮动隔离总线，将操作站与分布于电缆沟内的集线器连接起来。每个集线器可挂接8个离子感烟探头和温度总线，温度总线可支持24个智能温度传感器,并设有温度总线中继器，整个系统的数据通讯采用CRC16和CRC8纠错校验，以保证系统能在恶劣环境下可靠运行，SCAN－2000型电缆在线监测系统在火电厂具有长期稳定运行的经验。下图为SCAN－2000系统简化结构图：图4-1：SCAN-2000型系统简化结构图4—2监控工作站显示测点部位和实时温度值，并能显示开关柜，桥架上电缆名称及分布情况。当电缆发生过热故障时，屏幕上能显示发生故障的部位，由于系统能指示出故障发生的准确部位，因此能有效指导检修工作。监控工作站采用工控机PⅢ1G/256M/40G，主计算机与集线器间通信距离≥10km(在2400bps速率下)，工作温度：－10℃～监控工作站光纤现场总线接口4—3光纤现场总线接口光纤现场总线接口ACCESS模块总线将操作监视站与分布于现场的SCAN-2100集线器连接起来。它采用双绞线和光纤的混合布线方式，当采用双绞线布线方式时，系统单一网段的最大通讯距离超过1500m，其隔离方式为双隔离浮动总线技术，单级隔离电压为3500Vdc，总隔离电压高达7000Vdc，当采用光纤布线方式时，其功能是增加网络覆盖范围，多模光纤的通讯距离超过3000m，并能够提供超过1000Kv的隔离电压。这一设计主要应用于6图4-2：隔离总线结构SCAN2100集线器4—4SCAN2100智能网络集线器SCAN2100集线器集线器主要完成对分布于电缆沟内的温度测点及感烟探头进行采集，自动校验和故障检测，并将结果通过模块总线发布到系统中每个显示操作站做进一步分析处理。SCAN-2100集线器的ACESS总线具有3.5KV的EDS保护和抗雷击保护、完全适用于野外安装的防护措施，先进的容错能力，即使现场总线短路也不会影响集线器的正常工作。采用电源、ACESS模块总线和现场总线三重隔离，其隔离电压达3500V。电源采用交流/直流18～36V的宽电压范围供电，供电电压无需调整，具有专用涂层,防潮、防尘设计，集线器可在湿度大于95％RH（不结露）的环境下稳定工作，使SCAN-2100能够在极其恶劣的环境下稳定运行。极高的安全性和故障修复能力确保了系统的长期可靠运行。图4－3为SCAN-2100的外形及功能。图4-3:SCAN-2100的外形及功能图4—5SCAN2001/T1001智能温度传感器温度传感器本传感器是数字化温度传感器与总线接口的集成，具有体积小、抗干扰能力强等优点。本传感器可经受ESD10000V的高压，工作温度为－55℃～＋125℃，数字化转换时间为1S，分辨率高达0.01℃，测量误差为0.5℃。由于采用数字技术使传感器测量精度高、情况稳定，长期运行无需调校，传感器具有在线自检功能，自动温度校准，自动错误检测，全密封绝缘防水防尘，保证了整个系统的高可靠性。图4－4温度传感器图4-4:SCAN2001/T1001温度测量误差曲线

图4－5：SCAN2001/T1001温度传感器内部功能框图4—6SCAN1412/T1412离子型烟雾传感器离子烟雾传感器离子型烟雾传感器用于检测电缆绝缘受热及燃烧时产生的化学气体（有色或无色）。它由两个电离室组成，内电离室是封闭的，外电离室有孔与外界相通。烟雾可进入外电离室，使内外两者离子电流不同，传感器就输出与烟雾成正比的传感信号。离子型烟雾传感器作为火灾报警专用传感器，其传感灵敏度高，可靠性好，这是采用红外或非离子型感烟探头所无法实现的。它的工作温度范围：-30℃~49℃，工作湿度范围：10％~93离子烟雾传感器右图为离子传感器的工作原理图。电离室内有P1和P2一对电极，在这对电极之间放有放射性同位素Am-241的α放射源。由于这个放射源连续不断地发出α射线，使极间空气电离为正离子和负离子，这样两极间之间就具有导电性。如果在这两电极之间加上电压，则正离子向负极板P2移动，负离子向正极板P1移动，从而形成离子电流Ip。当电压高到一定值时，形成饱和离子电流Is。当外电离室进入燃烧生成物或烟雾时，部分正离子和负离子被吸附到燃烧生成物和烟雾颗粒上，它们在电场中的移动速度就比原来慢了下来，并且在移动中还有部分正负离子中和，这样使离子电流变小。烟雾数量愈多，离子电流愈小。离子电流的变化及大小反映沟道内的烟雾情况。4—7SCAN2010总线转接器SCAN2010总线转接器可将温度传感器连接到现场总线，使温度总线构成总线型连接，SCAN2010总线转接器方便温度传感器的安装和维护。4—8NetLinkMIS网络接口SCAN-2000系统可与厂内的管理网络相连，实现信息的共享，连接到网络的计算机均可实现现场数据的监测。下图为SCAN-2000系统的网络结构图。图4—6：SCAN2000系统网络结构4—9总线通讯电缆本系统有2种类型的专用电缆：AMP－1用于ACESS模块总线，内含一对电源线。多模光纤：用于远距离通信和高电压隔离。AMP－2用于温度总线。AMP－1和MP－2均为非屏蔽双绞线，其指标如下：线路电容<30PF/M线路电阻<150Ω／ΚΜ4—10网络数据校验SCAN-2000系统全部采用网络数据传输方式，并工作于恶劣的工业环境中，为了工作可靠，系统采用了CRC校验方式，CRC校验码的检错能力很强，它除了能检查出离散错外，还能检查出突发错。检错能力为：（1）能检查出全部单个错；（2）能检查出全部离散的二位错；（3）能检查出全部奇数个数；（4）能检查出全部长度小于或等于K位的突出错；（5）CRC16能以99.997%的概率检查出长度为17位的突发错，漏检概率为0.003%。五、系统性能特点5—1、极强的抗干扰能力SCAN－2000电缆过热温度在线监测系统是一个专门用于测量电缆接头的温度监测系统，考虑到电缆沟的实际情况，电磁干扰强，潮湿和电缆接头分布范围广泛的特点。我们采用了目前国际上先进的现场总线技术和高精度温度传感技术，经过近6年的工业现场考验，证明系统具有极高的抗干扰性能和运行的稳定性。新型的现场总线传感器，不仅使温度测量的测量精度和抗干扰性能得到提高，同时也使得整个系统的布线、施工和维护工作量大大减少。沿电缆沟辅设一条总线电缆即可将所有的温度传感器接入系统。5—2、网络通讯覆盖范围广本系统的模块级总线ACESS总线专门用于远距离通讯，它采用隔离差分收发方式，这种总线设计能有效的抵抗电缆沟内的强电磁场干扰。无中继器情况下，可保证在3.0km的距离可靠传输数据。5—3、多级高压隔离措施，保护设备及人身安全为了防止电缆沟内的高电压传入控制室，造成设备及人身伤害，系统采用了3级隔离措施。第一级隔离：数字式温度传感器具有工频10000V绝缘耐压。第二级隔离：网络集线器的通讯接口之间具有7.0kv光电隔离。第三级隔离：在数据总线进入控制室之前采用光纤传输，光纤电缆能具有3kv／mm的隔离电压，一条光纤能提供超过1000万伏以上的电压隔离。5—4、稳定可靠的电缆接头专用温度传感器具有现场总线接口的数字式温度传感器，是专门用于测量电缆接头温度的传感器，它与传统温度传感器的不同在于，该温度传感器将温度检测、A／D转换、CPU处理和网络接口集成于一体，直接的数字输出不受电缆沟内的强电磁场干扰。另外，由于采用高精度和高稳定度的晶体测温技术，使得传感器既使直接安装到电缆接头上，也能保证0.04℃的分辨率和稳定度。数字式电缆接头温度传感器解决了传统测温传感器在强电磁场环境下测量精度差，工作不稳定，运行维护量大的缺点。该传感器内置自校准和自检功能，无需用户维护。5—5、简便可靠的多种报警方式系统具有多种报警方式，当发生报警时，主监控计算机能自动弹出报警窗口，显示出报警时间、报警测点名称和安装部位，在画面上，相应的测点会变色。同时发出声音报警并打印出报警记录，提醒运行人员检查，联网的计算机也可同步浏览报警信息，所有的报警信息都被记录到数据库中，以备查阅。本系统的报警接口还提供了与控制室内已有的音响报警系统连接功能，可以将报警信号送到控制室的光示牌进行报警。5—6、适于电缆沟内恶劣环境下工作系统为了适应电缆沟内潮湿多水并存在腐蚀性气体的环境，安装于电缆沟内的设备均作了专门的设计。电缆接头温度传感器是采用塑封的防水设计，该传感器可以在水的浸泡下长期稳定工作，网络集线器均做了专门的防潮、防尘，防腐的三防处理。5—7、免维护性能本系统是采用可靠的现场总线网络通讯技术，系统部件在运行时均能进行在线自检，温度传感器在每次测量时会进行自校准。监测计算机上的诊断窗口，可随时显示系统中每个部件的运行状态。整个测温网络，因采用总线型网络拓扑结构而变行非常简洁和可靠。在系统正常运行时无需人工维护。5—8、标准通讯方式，易于扩展系统采用完全的现场总线测量方式，使系统的扩展和与其它网络互连变行很方便，多只数字式温度传感器可直接连接到一条总线电缆上，在扩展测点时不受布线的限制。系统