蒋 超，徐 妍，王江彬

（江苏方天电力技术有限公司，江苏南京 210036）

电力电缆实际运行时负荷电流很大，由于导线电阻的存在，导线的热量W=I2Rt，随着时间的推移，电缆线芯逐渐发热。如果电缆长期处在温度过高的使用状态，将会加速电缆绝缘层的老化，最终导致火灾、短路、爆炸等电力事故[1-4]。目前，针对电力电缆运行状态的评估，主要是监测电缆运行时的工作温度。在电缆运行温度在线监测中，主要有两种方法：1）接触式温度监测；2）非接触式温度监测。其中，接触式温度监测方法按温度传感器的分布情况又可分为点分布式温度监测和线分布式温度监测[5-6]。点分布式温度监测采用热电偶，热敏电阻、数字式温度传感器等传统温度传感器对电缆进行局部测温，一般安装在电力运行线路的重点监测区域，例如：电缆接头等处[7-9]。这种方法测温精度高，成本低，安装简单。不足之处在于只能点测量温度不能长距离进行温度监测。线分布式温度监测主要采用分布式光纤传感器、光纤光栅传感器，有着其他所有测温技术所没有的优势[10-11]。传感器安装方式有两种：一种是沿着电缆线路敷设在电缆表面。这种方式可以测量电缆全线的温度数据[12]，但是由于需要长距离敷设，成本较高，工程量大。另一种是将光纤温度传感器安装在电缆的内部，和电缆形成一个整体。这种方法在电缆制作、电缆铺设中光纤传感器受挤压或者弯曲较严重时会影响系统测量精度[13]，而内置光纤一旦损伤无法修复。同时，相关研究表明分布式光纤温度传感器虽有较大的优越性，但离工业实用化还有很长的一段距离。非接触式温度监测主要采用红外热成像技术，测量方便，响应时间短[14-15]。目前，电力公司一般在巡线的时候采用红外热像仪对电缆设备进行测温。这种方法也只能进行点式测量，不能全线在线监测。文中结合点式、线式以及非接触式测温的方法，提出一种基于热传导梯温度导热传感器的点式测温方法，可大大提高点分布式测温的范围。

1 系统设计

ΔQ为从导线一端传到另一端的热量，Δt为热传递的时间，λ为导热系数，S为导体的截面积，l为导体的长度。T1为发热原点的温度，T2为测量点的温度，T1-T2为发热原点到测量点的温差。从式（1）可以看出，导体的温差和导体的传热长度成反比。同时，电力电缆的绝缘层、护套层等都是均质的，其热传导率也是均值的。由于电缆散热很快，电缆运行时发热点的热量沿导线传输的距离很短。该系统设计了一种基于热传导的导热传感器，可将发热点的温度长距离传至温度监测点。简化式（1）为：

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由（1）可看出，温差越大，传输的距离就越远。文中做了相关试验，试验条件为：将线径为2.5 mm2放在塑料线槽内，用隔热泡剂做好隔热处理。导线一端剥开后放置在恒加热的开水中作为发热源点，导线另一点接在K值电阻热传感器上，为了减少热量散失，将温度测试处也用隔热泡剂隔热。试验结果如表1 所示。

表1 导热传感器热传导测试

温度采集点监测温度信号，并把温度模拟值转成数字值，通过无线的方式传至汇聚节点。每个采集点具有一个唯一的地址码。汇聚节点为无线通信主机，温度采集点为从机。该系统需要精确测量温度，需要较高的A/D 转换精度。温度采集点主控芯片采用HOLTEK 公司的HT67F5640，该芯片内置多通道20 位A/D 转换器，1 路测量电缆温度，1 路测量环境温度。HT67F5640 串行接口模块实现与NRF24L01 无线通信模块的SPI 通信。温度采集点地址编码采用16 位拨码开关设置，最多可布置65 536 个采集点。温度采集点数量可依据实际情况增减。为了供电方便，温度采集点设计锂电池充电电路，电路设计如图5 所示。

图1 系统设计框图

1.1 温度采集点

汇聚节点[16-18]无线接收温度采集点传输来的电缆温度数据、环境温度数据和地址编码。每个汇聚节点根据温度采集点布置的距离确定控制温度采集点的数量。为了避免同频道多点通信的碰撞问题，该系统设计了令牌环网式防碰撞算法。汇聚节点定时查询所在范围内的温度采集点的温度值，整理打包后发送至上级集中控制器。

1.2.2 汇聚节点软件设计

图2 导热传感器示意图

温度采集点传感器采用精度为一级的K 型热电偶，利用金属的“热电效应”，把热信号转变为电信号。即当金属两端温度不同时，金属两端产生电位差，电位差的大小取决于温度差的大小与金属材料的自身属性。热电阻前端放大器采用AD8495 高增益高精度精密放大器，具有内建的冷接点补偿，可以针对环境温度变化自动调整热电偶输出。J1接热电偶，AIN1 接A/D 转换电路的模拟输入端。电路设计如图4所示。

图3 测温度点布置示意图

集中控制器通过RS485 通信方式与汇聚节点进行数据交互，读取汇聚节点中的温度数据以及其他相关信息。集中控制器与控制中心上位机采用USB通信。集中控制器采用STM32F103 系列芯片为主控芯片。设计电路包括：1）RS485 通信电路；2）USB 通信电路；3）RS232串行通信电路。电路图如图8所示。

试验结果表明，经隔热以后，热量延导线轴向传输距离显著增加了。为实现电缆长距离温度监测，该系统设计了电缆多点点式温度采集，通过传导传感器延伸了温度测量的距离，克服了点分布电缆温度采集不足，从而为实现长距离电缆温度的在线检测提供一种方法。系统框图如图1 所示。

该系统采用点式温度采集方式，即在监测电缆上依据一定距离布置导热传感器，传导并采集本段电缆的运行温度。导热传感器示意图如图2 所示。导热传感器中心为导热系数很高的金属线芯，在线芯外围是隔热层，确保导热线芯的热量不散出去。隔热层厚度和材料以热传导距离而定。在导热传感器的A、B、C 点处有热传导点与导热线芯相连。温度测量时，将导热传感器与电缆附在电缆表层，使测热点与电缆表层良好接触。为防止测热点与电缆表层气隙，可在测热点处涂上少量导热硅胶。B 点为温度测量接口。发热点如果在A 点附近，热量就会沿着导热传感器传至测量点，B、C 点同理。这样温度测量点就可以测量AC 段所覆盖的电缆长度，扩大了温度测量的距离。

图4 热电偶放大电路

局部情况：伤口敷料渗出，呈淡红色血渍印，更换敷料加压包扎后短时间内仍出现上述症状。有些患者伤口敷料虽清洁干燥，但伤口周围皮肤出现隆起，触及有波动感，提示皮下有脑脊液渗出。脊柱手术后24 h伤口引流量增多，有时多至1 000 ml以上，颜色呈淡红色或清亮液体（正常＜300 ml，呈血清样混浊液）。

图5 温度采集点控制电路图

1.2 汇聚节点

软件系统主要包括两部分：1）与温度采集点无线通信，汇聚节点为主机模式，温度传感器为从机模式；2）与集中控制器总线通信，汇聚节点为从机模式，集中控制器为主机模式。多点通信软件较为复杂，文中仅给出了单点通信时的软件流程图，如图7所示。

结合实际实验，最终优化后的微波烘干凤尾鱼片的工艺参数是：烘干质量120 g，烘干时间12 min，微波功率3 kW，最后采用该优化参数进行剪切力和感官评价试验，感官评价分为94.5分，同时感官评价最佳风味鱼片的硬度值为1538.45 g，2.03%的硬度误差和1.24%的感官评价误差，说明经过响应曲面优化后的Y1，Y2 模型应用于实践中是非常可行的。

图6 汇聚节点控制电路

综上所述，河道整治工程要保护河道的生态环境，以维护物种的多样化作为首要前提条件[3]。要摒弃过去防洪为主、利于航行以及稳定河流演变的观念，单一的、维稳的观念造成今天自然灾害频发、人类与自然不能和谐相处的境遇。因此，河道整治工作要意识到河流生态环境的平衡与生态平衡发展的重要性，要认识到河道性质及河道演变的适度性，从而真正使河道整治工程产生益处。

2 集中控制器

测量电缆温度时，如图3 布置导热传感器。发热点在X处，则M 点温度高于N、Q。忽略电缆本身的轴向热量传输，测试盲区为导热传感器的间隙。

从四川省申报全国特色小镇的类型分析，主要为自然风光、农业、古镇三大特色，基本以文旅小镇为主，整体处于向融合、跨界、共享的新时期转变。四川省将利用特有的文化、历史资源，将文旅小镇营造为生产、生活、生态的“三生融合”，产业、文化、旅游“三位一体”，一二三产业联动的“三产联动”于一身的小镇［6］。

图7 单点通信时的软件流程图

图8 集中控制器电路图

表2 集中控制器与上位机通信数据定义

3 结束语

该系统提出了一种基于热传导梯度的导热传感器电缆温度在线监测方法，并设计了基于该方法的电缆温度在线监测系统。实际使用中，在电缆相应节点上布置一定长度的导热传感器形成带状温度采集点，多个温度采集点组成无线传感网络。系统根据温度采集点的地址编码和汇聚节点地址编码，精确采集温度采集点的温度，确定电缆发热点的区域，为电缆运行状况监测和故障点判断提供数据支持。文中在小功率短距离电缆上做了相关测试，取得了较为理想的效果。该系统采用在电缆表层粘连导热传感器的方式，增加了电缆温度在线监测的距离，导热传感器安装方便，更换快捷，产品成本低廉。忽略电缆本身的轴向热传导特性，导热传感器的间隙还是该系统的检测盲区。目前系统只能确定发热点基于导热传感器的位置，随着导热传感器长度的增加，不能精确确定发热点的位置。因此，还需在以下两方面做进一步研究：1）研究导热传感器及制作工艺，增大导热传感器的检测距离，得出温度梯度下降的数学模型；2）依据导热传感器的传导长度，适当增加温度测量点数，通过不同温度测量点的温度梯度精确确定发热点的位置。