郭仁春， 宗曦華， 張大義

(1.沈陽(yáng)化工大學(xué) 信息工程學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110142； 2.上海電纜研究所， 上海 200093)

超導(dǎo)電纜的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

郭仁春1， 宗曦華2， 張大義2

(1.沈陽(yáng)化工大學(xué) 信息工程學(xué)院， 遼寧 沈陽(yáng) 110142； 2.上海電纜研究所， 上海 200093)

描述了一套2 kA，35 kV，30 m的超導(dǎo)電纜的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng).主要技術(shù)包括采用C/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的現(xiàn)場(chǎng)采集，采用B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè).數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要硬件設(shè)備為ICAN4017.通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好.

超導(dǎo)電纜; 自動(dòng)監(jiān)測(cè); ICAN

隨著超導(dǎo)材料的發(fā)展，超導(dǎo)電纜不論在長(zhǎng)度上還是機(jī)電性能上，都為超導(dǎo)的工業(yè)化提供了基礎(chǔ).目前關(guān)于超導(dǎo)電纜的實(shí)際應(yīng)用還處于實(shí)驗(yàn)室階段，世界上許多國(guó)家相繼建成了超導(dǎo)電纜系統(tǒng)，有的已經(jīng)掛網(wǎng)試運(yùn)營(yíng).自20世紀(jì)90年代以來(lái)，美國(guó)Southwire公司研究開(kāi)發(fā)出12.4 kV，1.25 kA，30 m的三相超導(dǎo)電纜傳輸導(dǎo)線(xiàn).2001年丹麥NKT公司研制出世界第一根并網(wǎng)運(yùn)行的36 kV，2 kA，30 m超導(dǎo)電纜.美國(guó)Ultra，Super Power公司分別研制出了200 m，13.5 kV，3 kA和350 m，34.5 kV，0.8 kA的超導(dǎo)電纜于2006年試驗(yàn)運(yùn)行[1].2007年美國(guó)AMSC公司研制出660 m，13.8 kV，2.4 kA的超導(dǎo)電纜[2].2010年美國(guó)長(zhǎng)島地區(qū)鋪設(shè)了600 m直流超導(dǎo)輸電系統(tǒng)，可以提供13.8萬(wàn)伏電力[3].

中國(guó)北京有色金屬研究所和西北有色金屬研究所在1998年研制出1 m，2 kA的超導(dǎo)電纜模型[4].2000年又研制出了6 m，2 kA的超導(dǎo)電纜，2002年達(dá)到10 m，1.5 kA.2004年4月19日，云電英納公司研制的35 m，35 kV，2 kA的超導(dǎo)電纜在普吉變電站掛網(wǎng)運(yùn)行，這是我國(guó)第一組實(shí)用超導(dǎo)電纜并網(wǎng)運(yùn)行.2005年4月，中國(guó)科學(xué)院電工研究所研制的75 m，10.5 kV，1.5 kA的超導(dǎo)電纜應(yīng)用于甘肅長(zhǎng)通電纜公司車(chē)間供電[5].2011年，上海電纜研究所建設(shè)了一條長(zhǎng)30 m，2 kA，35 kV的超導(dǎo)電纜系統(tǒng).本文針對(duì)上海電纜研究所超導(dǎo)電纜系統(tǒng)開(kāi)發(fā)關(guān)于超導(dǎo)電纜的自動(dòng)監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng).該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成功為超導(dǎo)電纜的工業(yè)化提供技術(shù)基礎(chǔ).本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成功為超導(dǎo)電纜的工業(yè)化提供技術(shù)基礎(chǔ).

1 超導(dǎo)電纜系統(tǒng)概況

實(shí)驗(yàn)用超導(dǎo)電纜系統(tǒng)的主要參數(shù)是2 kA，35 kV，30 m.超導(dǎo)電纜系統(tǒng)包括兩大部分：一部分是超導(dǎo)電路系統(tǒng)；一部分是制冷系統(tǒng).其中超導(dǎo)電路系統(tǒng)是核心組成部分，結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 超導(dǎo)電纜系統(tǒng)

高溫超導(dǎo)電纜的帶材通過(guò)繞制技術(shù)分層纏繞在襯芯上，帶材的纏繞方式一般是一層左旋，另一層右旋，成對(duì)纏繞.整個(gè)超導(dǎo)帶材浸在液氮環(huán)境之中.液氮通過(guò)制冷系統(tǒng)提供.在超導(dǎo)電纜環(huán)路中一部分是電流環(huán)路系統(tǒng)，一部分是液氮環(huán)路系統(tǒng).因此需要采集的參數(shù)主要有：液氮的流量，入口溫度和入口壓力、出口溫度和出口壓力，電纜的電流和電壓.制冷系統(tǒng)由專(zhuān)門(mén)的制冷機(jī)提供，其中共有22個(gè)閥門(mén)參數(shù)，13個(gè)制冷參數(shù).所有這些參數(shù)都需要從現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行采集匯總，并需要進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和報(bào)警.

系統(tǒng)可分為4個(gè)部分，分別是硬件采集系統(tǒng)、本地服務(wù)器系統(tǒng)、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)端系統(tǒng)和手機(jī)短信報(bào)警系統(tǒng).

2 超導(dǎo)電纜本地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 硬件采集系統(tǒng)

超導(dǎo)電纜硬件采集系統(tǒng)采用總線(xiàn)式采集，如ICAN4017采集模塊.這種方式分為主站和從站，一臺(tái)主站可以連接多個(gè)從站，每個(gè)從站可以連接8個(gè)傳感器，如圖2所示.采用這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以非常方便的進(jìn)行測(cè)試和安裝，各種設(shè)備可以隨意更換接口，可以隨意增加和刪除設(shè)備.當(dāng)然硬件的改動(dòng)要反映在服務(wù)器界面上.

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)備

2.2 本地服務(wù)器系統(tǒng)

服務(wù)器系統(tǒng)采用.NET環(huán)境進(jìn)行編程，部分界面如圖3所示.

圖3 實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)界面

硬件采集系統(tǒng)中的主卡作為系統(tǒng)的主站，安裝在計(jì)算機(jī)上，該主機(jī)作為服務(wù)器.采集上來(lái)的數(shù)據(jù)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換形成數(shù)字信號(hào)，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中.數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2008.其中設(shè)置了儀器表，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)表，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔硪约捌渌麛?shù)據(jù)表，主要數(shù)據(jù)表如圖4所示.

如果發(fā)生儀器變動(dòng)，例如新增，去除或者改變儀器接口等，只需要在程序界面上進(jìn)行簡(jiǎn)單的鼠標(biāo)操作，在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中就改變了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔?，整個(gè)系統(tǒng)非常方便靈活具有很強(qiáng)的拓展性.圖5所示為設(shè)置ICAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牟僮鹘缑?

圖5 設(shè)置ICAN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣缑?/p>

3 遠(yuǎn)程客戶(hù)端系統(tǒng)

采用網(wǎng)頁(yè)形式，在服務(wù)器端設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)頁(yè)站點(diǎn)，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù).實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可以采用兩種方式進(jìn)行傳輸：

(1) 將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù).這種方式有很多缺點(diǎn)，首先是實(shí)時(shí)性不夠，

其次并不是所有數(shù)據(jù)都需要存到數(shù)據(jù)庫(kù)，其三是網(wǎng)頁(yè)不能即時(shí)更新.本系統(tǒng)不采用這種方式.

(2)通過(guò)TCP和Socket協(xié)議.界面采用Flash進(jìn)行編程，F(xiàn)lash很容易實(shí)現(xiàn)TCP，Socket等協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸，而且采用Flash制作畫(huà)面美觀(guān)方便.圖6所示是采用Flash進(jìn)行遠(yuǎn)程TCP，Socket數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟糠纸缑?

在C#中采用下面的代碼發(fā)送Socket數(shù)據(jù)：

Socket handler=m_mainSocket.EndAccept(asyn);

string xml=″″;

xml=xml+″″;

xml=xml+″