[发明专利]一种用于矿井巷道高压电缆接头状态的监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压电缆接头状态的监测装置，包括温度传感器、温湿度传感器、电流互感器、微控制器单元、数据采集单元、数据存储单元、键盘与显示单元、声光报警单元和通讯单元的一种用于矿井巷道高压电缆接头状态的监测系统。

技术背景

矿井巷道因开采煤炭而不断延伸，高压电缆随巷道开采煤炭的掘进设备的前移而不断向前延伸，巷道越深井下用于连接高压电缆的接头越多。在电网中，电压在1KV以下的电网为低压电网，在3～330KV为高压电网。一般情况下，在煤矿井下高压电网中每隔300～500米就需要一个高压电缆接头。由于煤矿井下，高压电缆接头产生的火花容易引起瓦斯或煤尘爆炸，因此高压电缆接头的连接须采用符合煤矿安全标准的矿用隔爆接线装置。矿用隔爆接线装置是一种专门用于矿井高压电缆接头连接的器件。该装置是通过高压电缆接头的一端与另一高压电缆的一端连接后，固定在绝缘底座上，采用密封圈和防爆外壳把高压电缆接头与外界环境完全隔离，以满足巷道开采煤炭掘进设备前移安全用电的需求。在矿井巷道采煤掘进设备的高电压、大电流的运行状态下，高压电缆接头的连接直接影响矿井开采供电的连续性、可靠性和安全性。矿井巷道高压电缆接头的可靠性与电缆接头的温升、电流和湿度有关，与矿井巷道电缆接头的压接质量、承受张力和过负荷程度等因素有关，这些因素都可能使电缆接头条件恶化，接触电阻增加，引起接点温度升高，加剧接触表面的氧化，从而导致局部熔焊或接触松动处产生电弧放电，造成电缆接头故障甚至爆炸等重大事故的发生，目前还缺乏针对矿井巷道高压电缆接头的有效监测装置。

现有矿井巷道高压电缆接头状态监测主要是由人工采用温度仪器定期巡检，这样由人工检测经常出现检测不准确、漏检和巡检时间长等问题，且费时、费力，可靠性差，监测数据单一而不能自动存储和分析，也不能够在线监测和自动化管理。

现有与矿井巷道高压电缆接头状态监测装置相关的文献报道的有华北电力大学任燕和梁明博士发表在《电气应用》2005年第12期题为“矿山高压输电电缆接头温度巡检系统”，该系统仅仅能够简单的监测电缆接头的温度，定期通过温度巡检仪收集数据，然后将采集的数据上传给上位机进行处理。这种监测装置不能实时显示和上传数据，在故障突发是不能及时发出报警信号。在中国矿业大学任慧和孙继平博士发表在《煤炭科学技术》2006年第12期题为“矿用电缆温度在线监测方法的研究”一文中，提出了一种采用微处理技术和总线式数字温度传感技术相结合的在线监测方法。这种方法也是仅仅监测高压电缆接头的温度，没有监测电流和湿度，不能实时反映电流与温度的变化趋势，且不能监测矿用隔爆型高压电缆接线装置的湿度，判断接线装置的密封性的好坏，从而不能够全面的掌握故障发生的状态信息。

因此，要想解决矿井巷道开采煤炭的掘进设备长期、稳定、安全的用电问题，迫切需要一种结构简单、可靠性高、布线方便的分布式网络化监测装置，并能够实时在先监测巷道开采煤炭掘进设备用高压电缆的温度、电流和湿度的变化，实时了解高压电缆接头的输电状态，及时发现高压电缆接头的故障，提前预警，防止事故扩大，避免矿难发生。

发明内容

本发明提供一种用于矿井巷道高压电缆接头状态的监测装置，以解决矿井巷道高压电缆接头的温度、电流和湿度的变化状态在线监测问题。

本发明所采取的技术方案包括温度传感器、温湿度传感器、电流互感器、微控制器单元、数据采集单元、数据存储单元、键盘与显示单元、时钟单元、声光报警单元和通讯单元。其构成在于：温度传感器、温湿度传感器、电流互感器是通过信号线与数据采集单元相连接，数据采集单元、数据存储单元、键盘、显示单元、时钟单元、和声光报警单元是通过I/O口与微控制器单元相连接，微控制器单元是通过串口与通讯单元相连接用于矿井巷道高压电缆接头状态的监测装置，实时监测电缆接头的温度、电流以及湿度；

所述的微控制器单元是晶振(X1/X2)与微控制器(U0)的晶振引脚I/O接口相连接，复位按钮(S1)和微控制器(U0)的复位引脚I/O相连接，以及调试接口(U1)与微控制器(U0)相应的I/O接口相连接。

所述的数据采集单元分为电流采集单元、温度采集单元和环境湿度采集单元。电流采集单元是由运算放大器(U5/U6/U7/U8/U9/U10)组成的信号调理电路一侧与电流互感器(U2/U3/U4)相连接，另一侧与微控制器的A/D转换I/O相连接。

所述的温度数据采集单元是温度传感器(U11/U12/U13)的数据线与微控制器I/O相连接。