專利名稱：一種電纜安全運(yùn)行監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電纜安全運(yùn)行監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及電纜安全運(yùn)行監(jiān)控和電纜安全運(yùn)行評(píng)價(jià)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
高壓電纜在現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)中使用頻繁，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大作用，但隨之而來的是電纜事故的發(fā)生幾率逐年遞增。一旦電纜發(fā)生安全事故，輕者停電、停產(chǎn)檢修，重者將會(huì)引起嚴(yán)重的火災(zāi)事故，后果十分嚴(yán)重，修復(fù)工作也極其困難，其造成的經(jīng)濟(jì)損失不可低估。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，近20年來我國各類電廠發(fā)生電纜熱安全事故140余起，其中1986-1992年7年間竟達(dá)75次，有24個(gè)電廠發(fā)生過二次以上電纜火災(zāi)事故，個(gè)別電廠達(dá)4-6次，其中70％以上的電纜火災(zāi)所造成的損失非常嚴(yán)重，40％的火災(zāi)事故造成特大損失。開展電纜安全監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，對(duì)早期發(fā)現(xiàn)電纜故障隱患，避免火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生，具有非常重大的意義。
電纜事故的主要內(nèi)部原因是動(dòng)力電纜接頭制作不良、壓接不緊、接觸電阻過大以及長期運(yùn)行造成電纜接頭線芯導(dǎo)體過熱燒穿絕緣封套，進(jìn)一步引起電纜短路而導(dǎo)致火災(zāi)。電纜事故的外部原因是由于外部大功率熱源傳熱導(dǎo)致外壁溫度急劇增加而引發(fā)火災(zāi)。無論是內(nèi)部原因還是外部原因，熱損耗過高是導(dǎo)致電纜熱安全事故的最基本的因素。
針對(duì)電纜表面溫度異常是其熱故障的外在表征這一特點(diǎn)，目前已經(jīng)有很多測(cè)溫方法運(yùn)用到電纜安全監(jiān)控系統(tǒng)中。常用的溫度傳感元件主要有紅外傳感器、熱電偶、熱敏電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)、溫控晶閘管和集成電路型溫度傳感器等。紅外傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)是非接觸測(cè)量，因而具有很好的安全性，其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、抗干擾能力差，對(duì)環(huán)境要求高；熱電偶傳輸信號(hào)需用專用補(bǔ)償線，且傳輸距離不宜太長，不適合于電纜溫度監(jiān)控；熱敏電阻通常為鉑電阻，一般需采用三線式傳輸，平衡電橋式輸出，傳輸距離也不宜太長，且抗干擾的能力較差；半導(dǎo)體PN結(jié)型和溫控晶閘管型傳感器也都不適用于電纜溫度的監(jiān)控。
因此，盡管目前已有多種測(cè)溫方法應(yīng)用到電纜外壁溫度測(cè)量上，但是由于電纜過熱現(xiàn)象具有隱蔽性高、早期溫升緩慢、難以檢測(cè)的特點(diǎn)。在通常情況下，從電纜頭過熱到事故發(fā)生，整個(gè)過程發(fā)展緩慢、時(shí)間過長，早期溫升現(xiàn)象不明顯，現(xiàn)有的測(cè)量方法難以進(jìn)行有效地監(jiān)測(cè)。與此同時(shí)，由于電纜外壁具有多層復(fù)合結(jié)構(gòu)和環(huán)境溫度的頻繁波動(dòng)等原因，難以通過經(jīng)典的傳熱模型計(jì)算獲得嚴(yán)格的解析解，基于電纜表面溫度值和環(huán)境溫度值變化趨勢(shì)分析是解決電纜安全監(jiān)控的重要方法，而對(duì)電纜表面溫度和環(huán)境溫度以及電纜電流變化關(guān)系的數(shù)學(xué)回歸分析是解決電纜安全運(yùn)行監(jiān)控和評(píng)價(jià)的核心問題。
本發(fā)明采用了先進(jìn)的感溫傳感器和總線技術(shù)，發(fā)展了一種全數(shù)字化的電纜表面溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，布設(shè)方便、維護(hù)簡單、成本低廉、抗干擾能力強(qiáng)，較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。本發(fā)明采用的基于電纜表面溫度值和環(huán)溫、電纜電流之間影響因素分析是解決電纜安全運(yùn)行監(jiān)控和評(píng)價(jià)的重要手段，通過固定閾值法和趨勢(shì)閾值法實(shí)時(shí)監(jiān)控電纜安全運(yùn)行狀態(tài)；通過長期測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)分析，建立基于環(huán)溫和電纜電流的電纜表溫回歸模型，對(duì)電纜安全運(yùn)行狀態(tài)提出一種科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，采用本發(fā)明溫度監(jiān)控方法和相應(yīng)的算法軟件有效地解決電纜安全運(yùn)行監(jiān)控與評(píng)價(jià)的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電纜安全運(yùn)行監(jiān)控、評(píng)價(jià)方法及其裝置，通過算法軟件的智能判斷對(duì)電纜線芯過熱情況自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜安全運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過對(duì)長期測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)分析，建立基于環(huán)溫和電纜電流的電纜表溫回歸模型，預(yù)測(cè)電纜表面溫度變化趨勢(shì)，通過與實(shí)際測(cè)量值的數(shù)據(jù)比較，對(duì)電纜運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣提出評(píng)價(jià)指標(biāo)，提醒用戶及時(shí)處理電纜異?，F(xiàn)象，確保高壓電纜安全運(yùn)行。
本發(fā)明包括測(cè)溫元件1、數(shù)據(jù)傳輸線2、數(shù)據(jù)采集電路組件3、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路4、計(jì)算機(jī)5、電纜10以及相應(yīng)的控制軟件。
本發(fā)明電纜安全運(yùn)行監(jiān)控、評(píng)價(jià)的裝置，其特征在于它含有測(cè)溫元件1，所述的測(cè)溫元件是半導(dǎo)體感溫探頭，通過導(dǎo)熱膠封裝在金屬外殼內(nèi)，采用塑料扎帶把所述的金屬外殼固定在電纜10的外壁上；數(shù)據(jù)傳輸線2，所述的數(shù)據(jù)傳輸線是三芯鎧裝信號(hào)線，其地線、數(shù)據(jù)線和電源線分別與所述測(cè)溫元件的三個(gè)腳相連；數(shù)據(jù)采集電路組件3，所述的數(shù)據(jù)采集電路組件含有微處理電路6、數(shù)據(jù)采集電路7、通訊電路8和電源電路9，其中微處理電路6含有微處理器由芯片AVRMEGA16-16PI構(gòu)成；REST、DATA、CLK、WP信號(hào)形成電路由芯片24C021構(gòu)成，所述信號(hào)形成電路的REST、DATA、CLK、WP信號(hào)輸出端分別與所述微處理器的相應(yīng)輸入端相連；COMM、EEPROM、ON/OFF、ERR、POWER指示燈電路由分壓電路和與其正串的相應(yīng)LED構(gòu)成，所述指示燈電路的COMM、EEPROM、ON/OFF、ERR、POWER信號(hào)輸出端，即相應(yīng)各指示燈LED的負(fù)極和所述微處理器的相應(yīng)輸入端相連；數(shù)據(jù)采集電路7是總線式的，含有
三極管控制電路，所述控制電路的采集控制信號(hào)即各三極管的柵極與所述微處理器的相應(yīng)控制信號(hào)輸出端相連；采集電路，它由與一條總線相連的二極管箝位電路、電阻分壓式信號(hào)采集電路構(gòu)成，所述的兩個(gè)電路的信號(hào)輸出端都通過所述總線與所述微處理器的采集信號(hào)輸入端相連；通訊電路8含有TX即發(fā)送信號(hào)形成電路、RX即接收信號(hào)形成電路以及OE即允許發(fā)送信號(hào)形成電路，它們分別都由芯片6N136構(gòu)成，它的TX輸入端、RX輸入端、OE輸出端信號(hào)端口分別與所述的微處理器相應(yīng)輸入端相連；TX、RX、OE各信號(hào)的形成控制電路由一塊芯片MAX485構(gòu)成，該MAX485芯片的各控制信號(hào)輸出端分別與所述TX、RX、OE形成電路的控制信號(hào)輸入端相連；電源電路9含有自供電電源由電池及與該電池并聯(lián)的芯片DY05S05構(gòu)成，所述芯片的輸出端為5V直流電源；外接電源，所述外接電源的輸入端經(jīng)過自恢復(fù)保險(xiǎn)絲后與芯片XZER05/24S05輸入端相連，所述芯片的輸出為5V直流電源；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路4，所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路把遠(yuǎn)程傳輸?shù)腞S485信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS232信號(hào)后與計(jì)算機(jī)5相連；所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路中，插件板J52的各端子分別與通訊電路中輸出端插件板J9的各端子一一對(duì)接；U52將RS485信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL電平信號(hào)，經(jīng)U53、U54隔離后送至U55，U55將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232信號(hào)后通過J53送至計(jì)算機(jī)5的RS232接口。
本發(fā)明電纜安全監(jiān)控方法，它根據(jù)固定閾值和趨勢(shì)閾值實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜安全運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控，其特征在于它是由計(jì)算機(jī)按照以下步驟依次實(shí)現(xiàn)的步驟1.系統(tǒng)初始化，分別輸入設(shè)定的固定閾值和設(shè)定的趨勢(shì)閾值；所述的固定閾值分別指環(huán)境溫度報(bào)警固定閾值、電纜電流報(bào)警固定閾值和電纜表溫報(bào)警固定閾值。
所述的趨勢(shì)閾值分別指環(huán)溫升溫趨勢(shì)閾值和電纜表溫升溫趨勢(shì)閾值；對(duì)于環(huán)境溫度來說，第n個(gè)相鄰時(shí)刻內(nèi)環(huán)境溫度變化率εn由下式定義ϵn=tn-tn-1tn-1-tn-2]]>其中，tn、tn-1和tn-2分別是三個(gè)相鄰時(shí)刻n、n-1和n-2環(huán)境溫度測(cè)量值；對(duì)于電纜表溫來說，第n個(gè)相鄰時(shí)刻內(nèi)電纜表溫變化率εn′由下式定義ϵn′=Tn-Tn-1Tn-1-Tn-2]]>
其中，Tn、Tn-1和Tn-2分別是三個(gè)相鄰時(shí)刻n、n-1和n-2電纜表溫測(cè)量值；步驟2.讀入電纜表溫、環(huán)溫和電纜電流值；步驟3.判斷環(huán)溫是否超過設(shè)定的環(huán)境溫度報(bào)警固定閾值；若超過，則環(huán)溫超標(biāo)，報(bào)警并保存記錄，系統(tǒng)重啟；若未超過，則轉(zhuǎn)入下一個(gè)步驟4；步驟4.判斷電纜電流是否超過設(shè)定的電纜電流報(bào)警固定閾值；若超過，則電纜電流超標(biāo)，報(bào)警并保存記錄，系統(tǒng)重啟；若未超過，則轉(zhuǎn)入下一個(gè)步驟5；步驟5.判斷電纜表溫是否超過設(shè)定的電纜表溫報(bào)警固定閾值；若超過，則電纜表溫超標(biāo)，報(bào)警并保存記錄，系統(tǒng)重啟；若未超過，則轉(zhuǎn)入下一個(gè)步驟6；步驟6.從數(shù)據(jù)庫中讀取三個(gè)相鄰時(shí)間段內(nèi)電纜表溫及環(huán)境溫度值；步驟7.按照環(huán)境溫度變化率計(jì)算方法，判斷環(huán)境溫度變化率是否超過設(shè)定的環(huán)境溫度升溫趨勢(shì)閾值；若超標(biāo)，則判斷為環(huán)溫升溫異常，故障報(bào)警、保存記錄，系統(tǒng)重啟；若未超標(biāo)，則轉(zhuǎn)入下一個(gè)步驟8；步驟8.按照電纜表溫變化率計(jì)算方法，判斷電纜表溫變化率是否超過設(shè)定的電纜表溫升溫趨勢(shì)閾值；若超標(biāo)，則判斷為電纜表溫升溫異常，故障報(bào)警、保存記錄，系統(tǒng)重啟；若未超標(biāo)，則轉(zhuǎn)入下一個(gè)步驟9；步驟9.存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)返回步驟2；本發(fā)明電纜安全運(yùn)行評(píng)價(jià)方法，在計(jì)算機(jī)自動(dòng)剔除異常報(bào)警點(diǎn)后，根據(jù)一段時(shí)間內(nèi)自動(dòng)存儲(chǔ)的電纜表面溫度、環(huán)境溫度和電纜電流值，建立基于環(huán)溫和電纜電流的電纜表溫回歸模型，由程序自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)殘差進(jìn)行分析處理，對(duì)電纜的運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，通過與測(cè)量值的比較對(duì)電纜運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣提出評(píng)價(jià)指標(biāo)，由程序自動(dòng)給出隱患診斷報(bào)告，確保電纜安全運(yùn)行。
所述的電路安全運(yùn)行評(píng)價(jià)方法，其特征在于它是由計(jì)算機(jī)按照以下步驟依次實(shí)現(xiàn)的步驟一.系統(tǒng)初始化；步驟二.系統(tǒng)自動(dòng)剔除一年時(shí)間內(nèi)報(bào)警程序記錄的異常測(cè)量值；步驟三.根據(jù)一年時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，按照下式建立回歸模型并計(jì)算相應(yīng)的回歸系數(shù)Ln＝a+btn+cIn2
式中In——第n時(shí)刻的電纜電流值；tn——第n時(shí)刻的環(huán)境溫度值；Ln——通過數(shù)學(xué)回歸模型計(jì)算得到的第n時(shí)刻的電纜表溫；a、b、c——回歸方程待定參數(shù)，通過求解正規(guī)方程的系數(shù)矩陣得出由正規(guī)方程X′XB＝X′Y，求解得到系數(shù)矩陣B＝(X′X)-1X′Y其中X=1t1I12.........1tnIn2,]]>Y=T1...Tn,]]>B為系數(shù)矩陣B=abc]]>步驟四.計(jì)算電纜表溫測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差σσ=1nΣi=1n(Ti-T‾)2]]>式中Ti——第i時(shí)刻電纜表溫測(cè)量值；T——電纜表溫均值，由下式計(jì)算得到T‾=1nΣi=1nTi]]>步驟五.計(jì)算電纜表溫預(yù)測(cè)值Ln與測(cè)量值Tn之間的殘差δn＝Tn-Ln；步驟六.按照3σ原則，99％測(cè)量值應(yīng)該在[-3σ，3σ]區(qū)間內(nèi)。由程序自動(dòng)判斷殘差δn是否在此區(qū)間內(nèi)若在該區(qū)間內(nèi)，則轉(zhuǎn)入步驟七；若超過該區(qū)間，則轉(zhuǎn)入步驟八；步驟七.輸出“此段電纜運(yùn)行狀態(tài)‘優(yōu)’”信息，給出運(yùn)行曲線；步驟八.輸出“此段電纜運(yùn)行狀態(tài)‘劣’”信息，給出隱患報(bào)告；步驟九.電纜故障檢查，系統(tǒng)重啟。
與現(xiàn)有的電纜安全監(jiān)控方法相比較，本發(fā)明具有以下主要優(yōu)點(diǎn)1).感溫探頭靈敏度高，測(cè)溫精度可達(dá)±0.5℃；2).采集速度快，溫度數(shù)據(jù)與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化時(shí)間不大于15ms；3).抗電磁干擾能力強(qiáng)、防腐蝕性好，在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境下工作正常；4).支持網(wǎng)絡(luò)功能，系統(tǒng)容量大，傳輸距離遠(yuǎn)。每個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊可接8路數(shù)據(jù)傳輸線，每根數(shù)據(jù)傳輸線上可串接64個(gè)探頭；5).系統(tǒng)具備自檢報(bào)錯(cuò)能力，性能穩(wěn)定；6).通過數(shù)據(jù)傳輸線供電，布線簡單、成本低、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)簡單；
7).每個(gè)感溫探頭具有64bit唯一編碼，根據(jù)感溫探頭位置與其數(shù)字標(biāo)識(shí)碼的對(duì)應(yīng)關(guān)系，能夠準(zhǔn)確地確定溫度異常點(diǎn)的位置，解決了電纜隱患定位的難題。
8).通過報(bào)警模型對(duì)電纜故障及時(shí)報(bào)警，盡早消除安全隱患；9).通過長期測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)分析建立回歸模型，自動(dòng)評(píng)價(jià)電纜運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣。
本發(fā)明特別適合于高壓電纜和低壓電氣設(shè)備線路的安全監(jiān)控與長期運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)，使用安全方便，可極大地提高電纜安全監(jiān)控的自動(dòng)化水平。


圖1本發(fā)明系統(tǒng)原理圖；圖2微處理電路原理圖；圖3數(shù)據(jù)采集電路原理圖；圖4通訊電路原理圖；圖5電源電路原理圖；圖6(a)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路原理圖；圖6(b)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路的電源電路原理圖；圖7本發(fā)明電纜報(bào)警程序運(yùn)行框圖；圖8本發(fā)明電纜安全評(píng)價(jià)程序運(yùn)行框圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
實(shí)施例1本發(fā)明電纜安全監(jiān)控和運(yùn)行評(píng)價(jià)方法及其裝置由測(cè)溫元件1、數(shù)據(jù)傳輸線2、數(shù)據(jù)采集電路組件3、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路4、計(jì)算機(jī)5、電纜10及其控制軟件組成。
本實(shí)施例中測(cè)溫元件1是指18B20型半導(dǎo)體感溫探頭，通過導(dǎo)熱膠封裝在金屬外殼內(nèi)，采用塑料扎帶將金屬外殼固定在電纜外壁，感溫探頭的三個(gè)腳分別與數(shù)據(jù)傳輸線2的地線、數(shù)據(jù)線和電源線連接，所述的數(shù)據(jù)傳輸線2由三芯電線組成，電線外壁分別包裹鋁箔、銅網(wǎng)、內(nèi)護(hù)套層、鋼鎧和外護(hù)套層。
本實(shí)施例中的數(shù)據(jù)采集電路組件3由微處理電路6、數(shù)據(jù)采集電路7、通訊電路8、電源電路9組成。
所述微處理電路6用于數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)狀態(tài)顯示，由集成電路U1～U2、排阻PR1～PR2、二極管L1～L5、電容C1～C3、電阻R1～R22、晶體振蕩器Y1組成。其中，U1的1腳、2腳、3腳、9腳分別和U2的6腳、5腳、3腳、7腳一一對(duì)應(yīng)相接，U1的4腳、5腳、6腳、7腳、8腳分別和L1、L2、L3、L4和L5的陰極一一對(duì)應(yīng)相接，U1的10腳、11腳分別和電源的VCC、GND一一對(duì)應(yīng)相接，C1的一端、Y1的一端和U1的12腳相接，C2的一端、Y1的另一端和U1的13腳相接，C1的另一端、C2的另一端和GND相接，U1的14腳、15腳、16腳分別和通訊電路8中R32、R33、R31的一端一一對(duì)應(yīng)相接，U1的30腳、31腳分別和電源的VCC、GND一一對(duì)應(yīng)相接，U1的32腳和C3的一端相接，C3的另一端和GND相接，U1的22腳、23腳、24腳、25腳、26 腳、27腳、28腳、29腳、33腳、34腳、35腳、36腳、37腳、38腳、39腳、40腳分別和R5、R7、R9、R11、R13、R15、R17、R19、R18、R16、R14、R12、R10、R8、R6、R4的一端一一對(duì)應(yīng)相接，R5、R7、R9、R11、R13、R15、R17、R19的另一端分別和PR2的9腳、8腳、7腳、6腳、5腳、4腳、3腳、2腳一一對(duì)應(yīng)相接，PR2的1腳和GND相接，R4、R6、R8、R10、R12、R14、R16、R18的另一端分別和數(shù)據(jù)采集電路7中J1的1腳、J2的1腳、J3的1腳、J4的1腳、J5的1腳、J6的1腳、J7的1腳、J8的1腳一一對(duì)應(yīng)相接，U2的2腳和R21的一端相接，R21的另一端和GND相接，U2的4腳和GND相接，U2的8腳和VCC相接，R1、R2、R3的一端分別和U2的5腳、6腳、7腳一一對(duì)應(yīng)相接，R1、R2、R3的另一端和VCC相接，L2、L3、L4、L5的陽極分別和PR1的2腳、3腳、4腳、5腳一一對(duì)應(yīng)相接，PR1的1腳和VCC相接，L1的陽極和R22的一端相接，R22的另一端和VCC相接。
所述數(shù)據(jù)采集電路7由接線端子J1～J8、排阻PR3、二極管D1～D16、三極管Q1～Q8、電容C5～C12、電阻R23～R30組成。其中，D1的陽極、D2的陰極、J1的1腳、PR3的9腳、R23的一端相接。D3的陽極、D4的陰極、J2的1腳、PR3的8腳、R24的一端相接。D5的陽極、D6的陰極、J3的1腳、PR3的7腳、R25的一端相接。D7的陽極、D8的陰極、J4的1腳、PR3的6腳、R26的一端相接。D9的陽極、D10的陰極、J5的1腳、PR3的5腳、R27的一端相接。D11的陽極、D12的陰極、J6的1腳、PR3的4腳、R28的一端相接。D13的陽極、D14的陰極、J7的1腳、PR3的3腳、R29的一端相接。D15的陽極、D16的陰極、J8的1腳、PR3的2腳、R30的一端相接。PR3的1腳和VCC相接，D1、D3、D5、D7、D9、D11、D13、D15的陰極和VCC相接。D2、D4、D6、D8、D10、D12、D14、D16的陽極和GND相接，J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8的2腳和GND相接，J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8的3腳和VCC相接，J1、J2、J3、J4、J5、J6、J7、J8的4腳和大地E相接，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8的柵極分別和C5、C6、C7、C8、C9、10、C11、C12的一端一一對(duì)應(yīng)相接后再分別和微處理電路6中PR2的9腳、8腳、7腳、6腳、5腳、4腳、3腳、2腳一一對(duì)應(yīng)相接，C5、C6、C7、C8、C9、10、C11、C12的另一端分別和R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30的另一端一一對(duì)應(yīng)相接后再分別和Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8的漏極一一對(duì)應(yīng)相接，Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8的源極和GND相接。
所述通訊電路8由接線端子J9、集成電路U3～U6、三極管Q9、電阻R31～R38、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲F1～F2組成。其中，U3、U4、U5的3腳分別和R31、R35、R33的一端一一對(duì)應(yīng)相接，U3的2腳、U4的8腳、U5的2腳、R32的另一端和VCC相接，U3的8腳、U4的2腳、U5的8腳、R34的一端、R36的一端、Q9的射極、U6的8腳和5V相接，U3、U4的6腳分別和R37、R32的另一端一一對(duì)應(yīng)相接，U5的6腳、R34的另一端、U6的4腳相接，U3的5腳、U5的5腳、R38的一端、U6的5腳、J9的5腳和0V相接，U4的5腳和GND相接，R36的另一端、R37的另一端與Q9的基極相接，R38的另一端、Q9的集電極、U6的2腳、U6的3腳相接，R35的另一端、U6的1腳相接，U6的6腳、7腳分別和F1的一端、F2的一端一一對(duì)應(yīng)相接，F(xiàn)2的另一端、J9的1腳、J9的3腳相接，F(xiàn)1的另一端、J9的2腳、J9的4腳相接。
所述電源電路9由接線端子J10、集成電路U7～U8、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲F3、電容E1～E4、電容C16～C22組成。其中，J10的1腳和F3的一端相接，J10的2腳、C19的一端、C20的一端、E3的負(fù)極、U8的2腳相接，J10的3腳、C19的另一端、C18的一端和C22的一端與大地E相接，F(xiàn)3的另一端、C20的另一端、E3的正極、U8的1腳相接，C21的一端、E4的正極、U8的3腳、E1的正極、C16的一端、U7的14腳和VCC相接，C21的另一端、E4的負(fù)極、U8的5腳、C22的另一端、E1的負(fù)極、C16的另一端、U7的1腳和GND相接，C17的一端、E2的正極、U7的8腳和5V相接，C17的另一端、E2的負(fù)極、U7的9腳、C18的另一端和0V相接。
所述數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路4由接線端子J51～J53、集成電路U51～U56、電阻R51～R54、自恢復(fù)保險(xiǎn)絲F51～F52、電容E51～E52、電容C51～C58組成。其中，J51的1腳、E51的正極、C51的一端、U51的14腳和VCC相接，J51的2腳、E51的負(fù)極、C51的另一端、U51的1腳和GND相接，U51的8腳、C52的一端、E52的正極和5V相接，U51的9腳、C52的另一端、E52的負(fù)極和0V相接，J52的1腳、3腳和F52的一端相接，J52的2腳、3腳和F51的一端相接，U52的6腳和F1的另一端相接，U52的7腳和F52的另一端相接，U52的5腳、J52的5腳和GND相接，U52的8腳和VCC相接，U52的1腳和R53的一端相接，U52的2腳、3腳和U56的3腳相接，U52的4腳、U56的1腳、U54的6腳和R52的一端相接，R53的另一端和U53的3腳相接，U54的7腳、U54的8腳、U53的2腳、C53的一端、R52的另一端和VCC相接，C53的另一端和GND相接，U54的2腳、U53的7腳、U53的8腳、C54的一端、R54的一端和5V相接，U53的5腳、C54的另一端和0V相接，U53的6腳、R54的另一端和U55的11腳相接，U54的3腳和R51的一端相接，R51的另一端和U55的12腳相接，U55的1腳、3腳分別和C58的兩端相接，U55的4腳、5腳分別和C57的兩端相接，U55的2腳、6腳分別和C55的一端、C56的一端一一對(duì)應(yīng)相接，C55的另一端、C56的另一端、J53的5腳和0V相接，U55的13腳、14腳分別和J53的2腳、3腳一一對(duì)應(yīng)相接。
所述的電纜安全監(jiān)控方法的控制過程如下系統(tǒng)初始化后由用戶預(yù)先設(shè)定最大允許的環(huán)境溫度報(bào)警固定閾值、電纜電流報(bào)警固定閾值和電纜表溫報(bào)警固定閾值。程序自動(dòng)讀入環(huán)境溫度、電纜電流及電纜表溫值，首先依次判斷環(huán)境溫度、電纜電流和電纜表溫是否超過設(shè)定的固定閾值，如果超過預(yù)先設(shè)定的固定閾值則依次給出“環(huán)溫超標(biāo)”、“電流超標(biāo)”和“表溫超標(biāo)”信息，系統(tǒng)發(fā)出超標(biāo)報(bào)警并自動(dòng)保存記錄，提醒人們及時(shí)檢查處理；如果未超過固定閾值，則從歷史數(shù)據(jù)庫中讀取三個(gè)相鄰時(shí)刻內(nèi)環(huán)溫和電纜表溫?cái)?shù)據(jù)分別計(jì)算環(huán)境溫度變化率和電纜表溫變化率。通過程序計(jì)算，判斷環(huán)境溫度變化率是否超過設(shè)定的環(huán)溫升溫趨勢(shì)閾值。環(huán)境溫度變化率εn表達(dá)出環(huán)境溫度自身變化速率，如果εn變化太快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常氣溫波動(dòng)范圍，則可以判斷出存在外界熱源對(duì)電纜傳熱，從而發(fā)出環(huán)溫升溫異常報(bào)警信息；如果未超過設(shè)定的環(huán)溫升溫趨勢(shì)閾值，則進(jìn)一步計(jì)算電纜表溫變化率εn′是否超過設(shè)定的電纜表溫升溫趨勢(shì)閾值，如果超標(biāo)則發(fā)出電纜表溫升溫異常報(bào)警信息，提醒管理人員及時(shí)處理，并自動(dòng)保存每次報(bào)警記錄，以便查詢；如果未超過設(shè)定的電纜表溫升溫趨勢(shì)閾值，則重新讀入下一組測(cè)量數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
本發(fā)明電纜安全運(yùn)行評(píng)價(jià)方法的過程如下在電纜安全運(yùn)行一年后，由程序?qū)﹄娎|運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估分析。首先在剔除所述年限內(nèi)所有報(bào)警程序記錄的異常測(cè)量值后，將一年內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立回歸模型并計(jì)算相應(yīng)的回歸系數(shù)，由程序自動(dòng)計(jì)算電纜表溫測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差σ和電纜表溫預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值之間的殘差δn，按照概率統(tǒng)計(jì)中3σ原則，即99％的測(cè)量值應(yīng)該在置信區(qū)間[-3σ，+3σ]內(nèi)，自動(dòng)判斷電纜運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣，提醒管理人員及時(shí)檢修或查明安全隱患，確保了電纜安全運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種電纜安全監(jiān)控方法，其特征在于它是由計(jì)算機(jī)按照以下步驟依次實(shí)現(xiàn)的步驟1.系統(tǒng)初始化，分別輸入設(shè)定的固定閾值和設(shè)定的趨勢(shì)閾值；所述的固定閾值分別指環(huán)境溫度報(bào)警固定閾值、電纜電流報(bào)警固定閾值和電纜表溫報(bào)警固定閾值；所述的趨勢(shì)閾值分別指環(huán)溫升溫趨勢(shì)閾值和電纜表溫升溫趨勢(shì)閾值；對(duì)于環(huán)境溫度來說，第n個(gè)相鄰時(shí)刻內(nèi)環(huán)境溫度變化率εn由下式定義ϵn=tn-tn-1tn-1-tn-2]]>其中，tn、tn-1和tn-2分別是三個(gè)相鄰時(shí)刻n、n-1和n-2環(huán)境溫度測(cè)量值；對(duì)于電纜表溫來說，第n個(gè)相鄰時(shí)刻內(nèi)電纜表溫變化率εn′由下式定義ϵn′=Tn-Tn-1Tn-1-Tn-2]]>其中，Tn、Tn-1和Tn-2分別是三個(gè)相鄰時(shí)刻n、n-1和n-2電纜表溫測(cè)量值；步驟2.讀入電纜表溫、環(huán)溫和電纜電流值；步驟3.判斷環(huán)溫是否超過設(shè)定的環(huán)境溫度報(bào)警固定閾值；若超過，則環(huán)溫超標(biāo)，報(bào)警并保存記錄，系統(tǒng)重啟；若未超過，則轉(zhuǎn)入下一個(gè)步驟4；步驟4.判斷電纜電流是否超過設(shè)定的電纜電流報(bào)警固定閾值；若超過，則電纜電流超標(biāo)，報(bào)警并保存記錄，系統(tǒng)重啟；若未超過，則轉(zhuǎn)入下一個(gè)步驟5；步驟5.判斷電纜表溫是否超過設(shè)定的電纜表溫報(bào)警固定閾值；若超過，則電纜表溫超標(biāo)，報(bào)警并保存記錄，系統(tǒng)重啟；若未超過，則轉(zhuǎn)入下一個(gè)步驟6；步驟6.從數(shù)據(jù)庫中讀取三個(gè)相鄰時(shí)間段內(nèi)電纜表溫及環(huán)境溫度值；步驟7.按照環(huán)境溫度變化率計(jì)算方法，判斷環(huán)境溫度變化率是否超過設(shè)定的環(huán)溫升溫趨勢(shì)閾值；若超標(biāo)，則判斷為環(huán)溫升溫異常，故障報(bào)警、保存記錄，系統(tǒng)重啟；若未超標(biāo)，則轉(zhuǎn)入下一個(gè)步驟8；步驟8.按照電纜表溫變化率計(jì)算方法，判斷電纜表溫變化率是否超過設(shè)定的電纜表溫升溫趨勢(shì)閾值；若超標(biāo)，則判斷為電纜表溫升溫異常，故障報(bào)警、保存記錄，系統(tǒng)重啟；若未超標(biāo)，則轉(zhuǎn)入下一個(gè)步驟9；步驟9.存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)返回步驟2。
全文摘要
一種電纜安全運(yùn)行的監(jiān)控、評(píng)價(jià)方法及其裝置屬于電纜安全運(yùn)行監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于所述的監(jiān)控方法通過預(yù)先設(shè)定的固定閾值和趨勢(shì)閾值對(duì)電纜線芯過熱情況及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息；所述的電纜運(yùn)行評(píng)價(jià)方法是根據(jù)一定時(shí)間間隔內(nèi)自動(dòng)存儲(chǔ)的電纜表溫、環(huán)溫和電纜電流值，建立電纜表溫回歸模型，預(yù)測(cè)電纜表溫運(yùn)行趨勢(shì)，通過對(duì)預(yù)測(cè)值與測(cè)量值殘差的數(shù)學(xué)分析，對(duì)電纜運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)劣提出評(píng)價(jià)。本發(fā)明相應(yīng)的提出了一個(gè)由測(cè)溫元件、數(shù)據(jù)傳輸線、數(shù)據(jù)采集電路組件、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路和計(jì)算機(jī)組成的裝置。本發(fā)明的測(cè)溫精度為±0.5℃，同時(shí)具有快速存儲(chǔ)、抗干擾、支持網(wǎng)絡(luò)通訊功能以及電纜及時(shí)監(jiān)控和安全運(yùn)行評(píng)價(jià)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G08C17/02GK101046501SQ200710086669
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者疏學(xué)明, 袁宏永, 申世飛, 蘇國鋒, 梁光華, 吳健宏, 孫占輝 申請(qǐng)人:清華大學(xué)