摘要:本文对电缆运行黑匣子记录仪的研制应用进行了介绍，叙述了该记录仪的设计方案及实现的方法。并阐述了该记录仪对电缆沟电缆火灾进行早期预警的重要意义。

　　关键词：　电缆沟电缆火灾 黑匣子记录仪 电缆运行环境监测方式 计算机电缆沟道后台分析软件

　　一、 引 言

　　在电力传输系统中，通常将大量的电缆集中在电缆沟中，以方便布线和维护。在电缆沟中，电缆存在覆盖面大、数量多、敷设密集，同时，动力电缆在运行状态下还处于自身发热的状态,当在电缆沟中一条电缆发生故障后, 由于电缆沟内电缆的特殊结构和相对集中，往往会使周围其他电缆产生重大火灾事故。而此时电缆沟道内的电缆由于在地面以下,当电缆发生故障而引起火灾时,较难被工作人员发现,这就使得电缆沟火灾事故一旦发生将会造成非常严重的后果，会给人民生命财产造成巨大损失。

　　以下为几起重大电缆沟火灾的实际案例

　　1. 1999年牡丹江第二发电厂因电缆沟火灾，导致全厂停电事故，直接、间接损失达近千万元。

　　2. 2000年北京高能物理所的正负电子对撞机监视机房就因电缆沟起火被迫停机，严重影响了科研工作的进行。

　　3. 2001年上海供电局因电缆中间头过热引起电缆隧道火灾，大面积电缆被烧损，导致市区大面积停电事故。

　　为了防止电缆沟火灾事故的发生，能够做到对电缆沟电缆火灾进行早期预警已成为电力企业当前急需解决的一项难题。

　　二、电缆沟火灾原因分析：

　　引发电缆沟火灾的原因有以下几点：

　　1. 电缆发生接地和短路事故引起电缆过电流致使电缆过热而自燃。

　　2. 电缆接头盒的中间接头因制作工艺不良造成绝缘损坏或绝缘性能降低而击穿，形成短路，引发火灾。

　　3. 电缆多次经长时间短路电流冲击，导致绝缘水平下降而引发短路失火。

　　4. 在敷设地下电缆时，电缆的保护铅皮受到机械伤害，或运行中绝缘体损伤，均会导致电缆相间或相与铅皮间的绝缘击穿而产生电弧，使电缆内的绝缘材料和电缆外的麻包发生燃烧。

　　5. 电缆长期过负荷运行或保护(开关)装置不能及时切除负载短路电流，致使绝缘过热损坏，造成电缆短路起火。

　　6. 电缆本身质量不过关(如绝缘强度达不到要求，内部绝缘制造缺陷等)引起电缆着火。

　　三、 黑匣子记录仪的研制：

　　目前，国内电力电缆运行的监测主要以监测火灾为主。大致采用以下几种监测方式:线型感温火灾探测器、热敏电阻式测温系统、点型感烟式火灾探测器、点型感温式火灾探测器等。

　　但是，经过大量电缆运行中发生的火灾案例我们不难发现，以上传统的火灾探测方式在这几十年来进行电缆电缆沟火灾监测时,有着极大的局限性和不确定性，已经完全不能适应现代电力企业安全运营的要求。为了适应市场需求，针对电力企业对电缆电缆沟安全运行的的迫切需要，我们研制开发了预防电缆沟电缆火灾的黑匣子记录仪。

　　系 统 框 图

　　黑匣子1

　　后台管理计算机

　　无线数据接收器

　　黑匣子2

　　黑匣子N

　　无线中继

　　电池

　　离子型烟雾传感器

　　温度传感器

　　A/D

　　火花放电传感器

　　湿度传感器

　　CPU

　　SW

　　+VDD

　　Zigbee

　　Clock

　　其它安防系统

　　手动

　　1.黑匣子记录仪组成：黑匣子记录仪的体积小巧便于安装固定。整个装置要组装在一密闭绝热的壳体内, 外壳颜色为橙色由高强度、耐高温抗耐冲击力的特殊金属材料制成，因此，它不怕摔、不怕火、不怕水保证在外部恶劣环境能连续工作且存贮的数据不丢失。黑匣子记录仪主要由电缆运行黑匣子和后台分析软件两部分组成。

　　(1)黑匣子：黑匣子的核心技术主要是应用低功耗CPU定时检测数字温度传感器、离子型烟雾传感器、水位传感器、湿度传感器和火花放电传感器的所获得的数据进行动态分析，并利用无线通讯技术构成全数字的无线网络，实时传回后台，通过后台分析软件进行分析。

　　黑匣子的整个系统施工时免布线，具有非常强的实用性和施工便利性，最大限度地提高了电缆运行的可靠性，提升了电力企业的现代化的管理水平。.

　　(2)后台分析软件：该软件具有良好的计算机交互界面，它可显示电缆沟的模拟图，显示各个传感器所监测的实际位置及主要参照物，显示电缆沟内所有电缆的型号、长度、截面、中间头位置等参数。当电力在运行中电缆出现异常时，显示画面及音响同时出现报警。此时，工作人员可通过计算机的电缆沟道模拟图直接点击查看，并能迅速准确地判断出发生故障的实际位置，有效指导抢修工作。

　　2. 黑匣子记录仪所运用的关键技术

　　(1)多传感器综合测量技术

　　采用多种传感器监测电缆的运行环境，全方位多角度进行现场监控，主要有数字温度传感器、离子型烟雾传感器、水位传感器、湿度传感器和火花放电传感器等。

　　(2)功耗控制技术

　　每个黑匣子可以监测温度、湿度、烟雾、火花放电等参数。系统通常处于休眠状态，默认5分钟或按后台指定时间间隔唤醒一次进行数据采集、传输。系统默认每天一次或按后台指定时间间隔通过zigbee网络向后台发送当天采集的数据，并进行时钟同步。系统建立紧急情况模式，如果发生超限或后台分析数据有问题时系统启动紧急情况模式，如果接收到命令需实时通讯则不进入休眠状态。系统全部选用低功耗、低电压传感器，保证电池使用寿命，一般电池在默认工作模式下可以连续工作3-5年。

　　(4) 数据存储技术

　　黑匣子可以独立运行，通过存储事故前后多种数据来分析事故状况，为了在发生事故后能长期保存存储的数据，黑匣子一般使用大容量Flash存储器。而且要求黑匣子具有抗高温、抗溺水的性能。

　　(5) 数据分析技术

　　发生事故以后，为了通过存储在黑匣子中的各种记录数据再现事故状况或分析电缆运行状态，需要建立以PC为基础的数据分析系统。为了分析数据并恢复数据，黑匣子有三种方式提取数据，通过黑匣子自带无线收发模块组网回传，人工定期巡检时读取黑匣子数据到巡检器然后再上传，事故后或黑匣子电池失效后直接读取存储器数据。

　　3. 黑匣子硬件的设计方案

　　< >单片机系统温度传感器湿度传感器烟雾传感器通讯方式 RFM12收发模块，内部使用RF12芯片，工作电压2.2-5.4V，调制方式FSK，工作频率433MHz，接收工作电流11mA，发射工作电流22mA，睡眠模式工作电流不大于0.3uA,内部采用SPI接口和单片机连接。

　　RF12是一款低成本高集成的FSK收发一体IC,其内部集成了所有的RF功能模块电路,外围只须一个MCU,一个晶振,一个旁路电容和一个外置天线就可组成一个带有PLL技术的高可靠性的收发系统,具有设计简单,生产无需调试的特点.可工作在315/433/868/915MHZ四个频段. 两个RF12即可组成一个完整的双向收发系统.在无需外加功放电路的情况下，距离可达到200米以上。

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