超导电缆的自动化监测系统

郭仁春， 宗曦华， 张大义

(1.沈阳化工大学 信息工程学院， 辽宁 沈阳 110142； 2.上海电缆研究所， 上海 200093)

超导电缆的自动化监测系统

郭仁春1， 宗曦华2， 张大义2

(1.沈阳化工大学 信息工程学院， 辽宁 沈阳 110142； 2.上海电缆研究所， 上海 200093)

描述了一套2 kA，35 kV，30 m的超导电缆的自动监测系统.主要技术包括采用C/S架构实现数据的现场采集，采用B/S架构实现远程监测.数据采集系统主要硬件设备为ICAN4017.通过现场实践，系统运行状态良好.

超导电缆; 自动监测; ICAN

随着超导材料的发展，超导电缆不论在长度上还是机电性能上，都为超导的工业化提供了基础.目前关于超导电缆的实际应用还处于实验室阶段，世界上许多国家相继建成了超导电缆系统，有的已经挂网试运营.自20世纪90年代以来，美国Southwire公司研究开发出12.4 kV，1.25 kA，30 m的三相超导电缆传输导线.2001年丹麦NKT公司研制出世界第一根并网运行的36 kV，2 kA，30 m超导电缆.美国Ultra，Super Power公司分别研制出了200 m，13.5 kV，3 kA和350 m，34.5 kV，0.8 kA的超导电缆于2006年试验运行[1].2007年美国AMSC公司研制出660 m，13.8 kV，2.4 kA的超导电缆[2].2010年美国长岛地区铺设了600 m直流超导输电系统，可以提供13.8万伏电力[3].

中国北京有色金属研究所和西北有色金属研究所在1998年研制出1 m，2 kA的超导电缆模型[4].2000年又研制出了6 m，2 kA的超导电缆，2002年达到10 m，1.5 kA.2004年4月19日，云电英纳公司研制的35 m，35 kV，2 kA的超导电缆在普吉变电站挂网运行，这是我国第一组实用超导电缆并网运行.2005年4月，中国科学院电工研究所研制的75 m，10.5 kV，1.5 kA的超导电缆应用于甘肃长通电缆公司车间供电[5].2011年，上海电缆研究所建设了一条长30 m，2 kA，35 kV的超导电缆系统.本文针对上海电缆研究所超导电缆系统开发关于超导电缆的自动监测与报警系统.该系统的开发成功为超导电缆的工业化提供技术基础.本系统的开发成功为超导电缆的工业化提供技术基础.

1 超导电缆系统概况

实验用超导电缆系统的主要参数是2 kA，35 kV，30 m.超导电缆系统包括两大部分：一部分是超导电路系统；一部分是制冷系统.其中超导电路系统是核心组成部分，结构如图1所示.

图1 超导电缆系统

高温超导电缆的带材通过绕制技术分层缠绕在衬芯上，带材的缠绕方式一般是一层左旋，另一层右旋，成对缠绕.整个超导带材浸在液氮环境之中.液氮通过制冷系统提供.在超导电缆环路中一部分是电流环路系统，一部分是液氮环路系统.因此需要采集的参数主要有：液氮的流量，入口温度和入口压力、出口温度和出口压力，电缆的电流和电压.制冷系统由专门的制冷机提供，其中共有22个阀门参数，13个制冷参数.所有这些参数都需要从现场进行采集汇总，并需要进行远程监测和报警.

系统可分为4个部分，分别是硬件采集系统、本地服务器系统、远程网络客户端系统和手机短信报警系统.

2 超导电缆本地监测系统

2.1 硬件采集系统

超导电缆硬件采集系统采用总线式采集，如ICAN4017采集模块.这种方式分为主站和从站，一台主站可以连接多个从站，每个从站可以连接8个传感器，如图2所示.采用这样的拓扑结构可以非常方便的进行测试和安装，各种设备可以随意更换接口，可以随意增加和删除设备.当然硬件的改动要反映在服务器界面上.

图2 数据采集系统的设备

2.2 本地服务器系统

服务器系统采用.NET环境进行编程，部分界面如图3所示.

图3 实时采集数据界面

硬件采集系统中的主卡作为系统的主站，安装在计算机上，该主机作为服务器.采集上来的数据通过AD转换形成数字信号，存储在数据库中.数据库采用SQL Server 2008.其中设置了仪器表，实时数据表，网络拓扑表以及其他数据表，主要数据表如图4所示.

如果发生仪器变动，例如新增，去除或者改变仪器接口等，只需要在程序界面上进行简单的鼠标操作，在后台数据库中就改变了网络拓扑表，整个系统非常方便灵活具有很强的拓展性.图5所示为设置ICAN网络拓扑的操作界面.

图5 设置ICAN网络拓扑界面

3 远程客户端系统

采用网页形式，在服务器端设置数据库和网页站点，远程计算机通过网络访问现场数据.实时数据可以采用两种方式进行传输：

(1) 将数据存储到数据库，通过网页调用数据库.这种方式有很多缺点，首先是实时性不够，

其次并不是所有数据都需要存到数据库，其三是网页不能即时更新.本系统不采用这种方式.

(2)通过TCP和Socket协议.界面采用Flash进行编程，Flash很容易实现TCP，Socket等协议的数据传输，而且采用Flash制作画面美观方便.图6所示是采用Flash进行远程TCP，Socket数据传输的部分界面.

在C#中采用下面的代码发送Socket数据：

Socket handler=m_mainSocket.EndAccept(asyn);

string xml=″″;

xml=xml+″″;

xml=xml+″″;

byte[]b=new byte[0]{ };

b=System.Text.Encoding.UTF8.GetBytes(xml.ToCharArray());

handler.Send(b);

在Flash中采用下面的代码接收数据：

var client_socket:Socket=new Socket();

client_socket.connect(ip,8000);

通过以上的设置，在服务器端，系统隔一段时间扫描ICAN4017传过来的数据，时间间隔，如100 ms，这些数据被转化为实时数据，通过Soket传递给远程的网页，网页中的Flash即可以实时接收并显示现场数据.

图6 采用Flash进行数据传输

4 手机短信报警系统

在正常情况下，现场实时数据会运行在安全数值范围内，一旦出现紧急情况，实时数据可能会超过警戒值，这些超出警戒值的数据，要及时反馈给操作人员.若操作人员或管理人员不在现场，还需要将这些数据远程传到他们的手机中，以便及时处理紧急情况.远程传输数据采用GPRS技术.

首先在数据库中为每个设备设置上下限，作为警戒线，再设置管理人员联络电话表.

现场数据采集曲线有红色警报线，如果有数据超过警戒，则发出报警信息.如图7所示是入口压力参数曲线，横轴为时间，纵轴为压力，单位是kPa，图中的粗横线是警报线.在主机上插入一个GPRS卡，安装设备的驱动，每个采集来的数据，如果出现问题，超过警报的数据就要发送短信到系统预置的管理人员电话中.

图7 数据曲线

5 结 论

通过系统的实际运行，本系统基本实现了针对2 kA，35 kV，30 m的超导电缆系统进行数据采集与监测等功能.其中数据采集网络采用ICAN4017进行组网布局，总线式布网使得检测系统灵活可调.

采用.Net编程技术，将系统分为本地信息与监测和远程信息监测两部分.其中本地信息采集采用C/S模式进行开发，而远程信息监测采用B/S进行网站开发，为了实现数据信息的及时性，远程采用了TCP与Socket协议，网页界面采用了Flash嵌入技术.对超过警戒线的数据能够及时传递到管理人员的手机中.通过现场实践本系统运行状态良好.

[1] 林良真,肖立业.超导电力技术[J].科技导报,2008,26(1):53-59.

[2] 林良真,肖立业.高温超导输电电缆的现状与发展[J].电力设备,2007,8(1):1-4.

[3] 林一.浅析高温超导电缆在城市电网的应用前景[J].供用电，2011,4(2):57-60.

[4] 侯波,叶锋，熊志全，等.我国第一组高温超导电缆的运行工况及损耗计算[J].电网技术,2006,30(14):20-23.

[5] 李大庆.75米高温超导电缆完成实用化研究[N].科技日报,2006-06-26(001).

Automatic Monitoring System on the Superconducting Cables

GUO Ren-chun1, ZONG Xi-hua2, ZHANG Da-yi2

(1.Shenyang University of Chemical Technology, Shenyang 110142, China；2.Shanghai Electric Cable Research Institute, Shanghai 200093, China)

An automatic monitoring system on superconducting cables with 2 kA,35 kV,30 m is described.The main technologies include data collection system using C/S architecture and remote monitoring using B/S architecture.The main hardware devices are ICAN4017 in the data collection system.This system works well in the practice.

superconducting cables； automatic monitoring； ICAN

2013-09-26

郭仁春(1971-)，男，辽宁沈阳人，副教授，博士，主要从事电子信息工程方面的研究.

2095-2198(2015)01-0065-04

10.3969/j.issn.2095-2198.2015.01.014

TP277

A