CN103676888B - 环网柜电缆接头温度监控***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环网柜电缆接头温度监控***及方法，包括环网柜，所述环网柜包括电缆室、开关室、二次走线室、PT柜室、配网自动化室、环网柜配电终端、温度监控终端、温度传感器。在温度监控过程中，通过分别实时测量环网柜内环境温度和环网柜内电缆接头温度并传送给温度监控终端内的数字信号处理器，对数据经过一定的补偿、校验，得出电缆接头实际温升速率，与之前设定的电缆接头实际温升速率阀值进行比较。当电缆接头实际温升速率超出阀值时，数字信号控制器产生报警信号，并使报警模块启动报警，同时以上数据和状态都发送至远程主站，使得远程主站的工作人员可以对环网柜内失火等危险突发事件快速反应，减少损失。

Description

环网柜电缆接头温度监控***及方法

技术领域

本发明涉及一种监控***及方法，尤其涉及一种电缆接头温度监控***及方法。

背景技术

随着我国社会经济持续快速发展和人民生活水平的不断提高，电力用户对供电可靠性、电能质量和供电安全性提出了更高的要求。国内如今大力推广智能配电网正在迅速发展，环网柜作为智能配电网的主要电力设备能够大大提高配电网的供电可靠性、经济性，并降低劳动强度，提高管理水平和服务质量，促进智能配电网的发展。电力电缆具有经久耐用、占地少、可在各种场合下敷设等优点，在电力***输配电中得到广泛应用。然而，环网柜其内部电缆接头由于各种原因很容易发热，发热程度将会影响环网柜自身运行乃至整个电网的运行安全，电缆接头温度过高会发生严重氧化，电缆使用寿命骤减，引起电缆接头***、绝缘击穿、燃烧等，造成大规模停电及火灾事故。

如何更好的对环网柜内电缆接头进行有效的实时在线监控，以保证环网柜等电力设备的安全可靠运行，成为大家竞相研究的课题。为了实现对环网柜内电缆接头的实时在线监控及预警，就需要在环网柜内增加温度传感器对电缆接头进行实时温度监控。国内如今对电缆接头进行温度监测的方法很多，主要有粘贴测温蜡片法、柜外红外成像法、柜外红外测温法、接触式传感测温法、光纤表贴测温法、柜内红外测温法等。然而，这些方法只是针对电缆接头的绝对温度进行实时在线监控，凭借测得的电缆接头绝对温度来间接判断电缆接头的老化程度、绝缘击穿程度、电流负荷大小和即将发生的安全隐患等。如果测得的电缆接头绝对温度值超过设定温度报警上限值而产生报警信号，这种判断方法本身是不可靠的，会带来一些误报警和不报警问题。

例如，环网柜内所处的环境温度是50℃，而设置的电缆接头温度上限值是70℃，因为电缆中存在一定的负荷电流产生发热很容易使得电缆接头的温度达到70℃而产生报警，此时，电流值远远未达到设定电流的上限值，电缆并未发生绝缘击穿是可以继续正常可靠运行的。

又例如，环网柜电缆接头的温度发生骤变，短时间内（5～10秒）由20℃上升到60℃，而环境温度未发生较大变化，这些温度始终在报警温度范围内而不会产生报警。而实际情况是电缆接头很可能已经发生了绝缘击穿导致的接地或短路故障。产生这些误报警或不报警的原因是未考虑两个重要的影响量：一是电缆接头所处的环境温度；二是电缆接头本身及环境温度的上升速率。因而，对电缆接头可靠性判断、监测及预警的判据要全方面衡量两个相关量的影响，才能可靠的对电缆接头进行实时在线监控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环网柜内电缆接头的温度监控***及方法。

本发明一种环网柜电缆接头温度监控***，包括电缆接头温度监控终端、温度传感器、信号传输线、加热电阻、降温风扇等。

所述温度监控终端包括数据采集模块、数据处理模块、报警模块、通信模块、显示模块和定值设定模块。

所述温度传感器通过传输线与温度监控终端的数据采集模块和数据处理模块相连，所述温度监控终端的通信模块通过现场总线或通过无线网络与远程主站***通信，所述数据处理模块与报警模块通过现场总线相连。

所述温度传感器包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器测量电缆接头周围的环境绝对温度，所述第二温度传感器直接测量电缆接头绝对温度。

所述数据采集模块和数据处理模块可以设置在数字信号控制器中，所述定值设定模块为定值编码器，其与数字信号控制器的相应管脚相连。

所述通信模块包括本地现场总线通信装置和无线网络通信装置，所述本地现场总线通信装置可以为RS485/232通信装置，所述无线网络通信装置可以为无线网络传输器。

所述温度监控终端还包括高速光耦合器，所述高速光耦合器设置在数据处理模块与所述通信模块之间，设置在所述数据处理模块与所述报警模块和显示模块之间，还设置在数据处理模块与环网柜电路控制开关之间。

所述报警模块为报警器，所述显示模块为显示灯或显示屏。

本发明一种环网柜电缆接头温度监控***设置在环网柜内部，所述环网柜包括电缆室、开关室、二次走线室、PT柜室、配电自动化室、环网柜配电终端、电缆等。

所述环网柜配电终端和温度监控终端设置在配电自动化室内，所述第一温度传感器设置在电缆室内，所述第二温度传感器设置在与电缆接头相对应的位置。

所述数据处理模块与环网柜配电终端的开关相连。

本发明公开了一种根据上述环网柜电缆接头温度监控***进行电缆接头温度监控的方法，其步骤为：

通过环网柜内红外测温传感器对环网柜内电缆接头的绝对温度进行温度实时在线监测，并将测得的值传送给温度监控终端的数字信号控制器；

通过安装于环网柜内的温度传感器对环网柜内的环境绝对温度进行实时在线监测，并将测得的值传送给温度监控终端的数字信号控制器；

温度监控终端获得同一时刻的电缆接头绝对温度和环境绝对温度两个温度，进行温度比较，获得电缆接头的相对温度；

温度监控终端对一段时间内电缆接头的的绝对温度进行比较、计算、分析，得出电缆接头的绝对温升速率，对环境温度的相同时间段内的绝对温度进行比较、计算、分析，得出环境绝对温升速率；

温度监控终端的数字信号控制器将一段时间内电缆接头的相对温度进行比较计算，得出电缆接头的相对温升速率v1；

温度监控终端的数字信号控制器将同一时刻的环境绝对温升速率和电缆接头绝对温升速率进行比较计算，得出电缆接头相对温升速率v2；

所述数字信号控制器将计算得出的电缆接头相对温升速率v1和相对温升速率v2进行补偿、校验，得到实际的电缆相对温升速率v0；

根据电缆接头相对温度和相对温升速率v0，在定值编码器上设置相对温度和温升速率阀值，并传送给数字信号控制器。当电缆接头相对温度或相对温升速率v0超过所设定的上限阀值时，产生报警信号，由数字信号控制器发送给报警灯或报警铃，并产生风扇控制信号，给电缆柜进行降温。

当电缆接头相对温度或相对温升速率v0超过最高上限阀值时，数字信号控制器向环网柜发送分合闸命令，使环网柜断电，以保证设备安全。

以上各数据和指令，都通过数字信号控制器传送给通信模块，再由通信模块传送给远程主站，由主站对设备进行监控，必要时下达控制指令。

所述控制指令由主站发送给通信模块，通信模块再将指令传送给数字信号控制器，由其对配电终端相应设备进行控制。

本发明采取对电缆接头温度监测、环网柜内环境温度监测以及电缆接头和环境的相对温度和相对温度上升速率相结合的智能温度监控方法，提出环网柜内电缆接头相对温度及相对温升速率的概念，发明了一种新型的环网柜电缆接头温度监控终端。

通过对电缆接头的相对温度值、相对温升速率值进行合理的判据分析，可以对环网柜电缆接头温度状态进行实时更为可靠的在线监测及预警，同时可根据温度情况控制降温风扇或加热电阻，甚至必要时采取对环网柜进行分合闸控制，以保证设备的安全和供电的可靠性。

附图说明

图1为本发明的温度监控终端安装结构示意图；

图2为本发明的***整体架构图；

图3为本发明的硬件原理框图；

图4为本发明监控方法的数据处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1为本发明实施例的温度监控终端安装结构示意图，温度监控终端安装在一环网柜中，环网柜为一柜体，柜体中包括电缆室1、开关室2、二次走线室3、PT电源柜4、配电自动化室5。配电自动化室5内设置有配电终端6和温度监控终端7。电缆室位于环网柜底部，有多个，其内部有电缆接头8和传感器。

环网柜本体：环网柜采取上断路器、下负荷单元的共箱式结构，配备全绝缘的密封不锈钢外壳，内置SF气体，可承受潮湿、多沙多尘的恶劣环境。

开关室2：有多个，位于电缆室上方，设置有环网柜的开关设备。

二次走线室3：位于环网柜顶部、开关室上方，环网柜二次机柜和传感器、以及温度监控终端的走线均通过二次走线室3布线。

PT电源柜4：环网柜二次供电的部分单独配置有一个PT柜，PT柜可采取两路供电的方式，可以从两路进线获得电源，并具有后备电源，以确保环网柜能够不间断的给温度监控终端和环网柜配电终端提供可靠的电源。

配电自动化室5：配电自动化室内设置有温度监控终端7和环网柜的配电终端6，还包括通信模块，用于与子站或主站进行通信。

配电终端6：用于为温度监控终端供电。

温度监控终端7：数据采集模块、数据处理模块、报警模块、通信模块、显示模块和定值设定模块，在图中未示出。

第一温度传感器9：为安装于高压侧电缆室内的红外测温传感器，与电缆接头保持适当的距离，测量电缆接头8的绝对温度值。10kV和35kV环网柜中探头离电缆接头的距离应保持在40mm以上，故红外测温探头的距离系数比最小应该为10:1,可采用TN9系列的红外测温传感器，测温范围为-30℃～+275℃，精度为0.1℃。

第二温度温度传感器10：安装于高压侧电缆室内，距离电缆接头较远，用于测量电缆室内的绝对环境温度，并将测得的值传送给温度监控终端。可采用系列的SHT10温度传感器，测量温度范围为-45℃～275℃，精度为0.1℃。

第一温度温度传感器9和第二温度传感器10通过传输线与温度监控终端7的数据采集模块和数据处理模块相连，温度监控终端7的通信模块通过现场总线或通过无线网络与远程主站通信，所述数据处理模块与报警模块通过现场总线相连。

图2为本发明实施例的***整体架构图，多个环网柜通过通讯网络与主站通信。每个环网柜内，电缆接头温度监测传感器和环境温度监测传感器将所测得数据传送给温度监控终端，温度监控终端将数据通过通讯网络传送给主站，当数据超过限定值时，报警与温度控制模块动作。

图3为本发明实施例的硬件原理框图。

环网柜电缆室1内的第一温度传感器和第二温度传感器分别测量电缆室环境温度以及电缆接头温度，二者与温度监控终端的数字信号控制器相连；温度监控终端7内的定值编码器与数字信号控制器相连；通信模块、报警模块、显示模块分别连接有光耦合器，光耦合器的另一端连接至数字信号控制器；数字信号控制器还与环网柜配电终端的开关相连，且二者之间串联有光耦合器。

第一温度传感器与第二温度传感器分别为电缆接头测温传感器、环境温度传感器，二者测得的值作为模拟量信号传送给数字信号控制器，定值编码器输入值由配电终端的数字信号控制器测得，并作为输入量，供数字信号控制器作为判据。通信模块通过现场总线协议与数字信号控制器相连，同时，通过现场总线或无线网络与后台主站***进行实时通讯。数字信号控制器输出的控制信号作用于环网柜的断路器开关、风扇或加热电阻，分别用于使环网柜进行分合闸操作、降温处理或升温处理。数字信号控制器的报警控制、状态显示控制信号分别作用于报警器和数据显示单元。其中，数字信号控制器与报警模块、环网柜开关以及通信模块之间分别通过光耦合器相连，以保证数据精确。报警模块采用的报警器可包括蜂鸣报警、声光报警，数据显示模块包括LED状态指示灯、LCD液晶显示屏等。

图4为本发明监控方法的数据处理流程图。

环网柜电缆室内的温度传感器测得电缆接头的绝对温度和环境绝对温度后，进行去噪处理，显示在温度监控终端的显示屏上；数字信号控制器将处理后数据通过一定的算法计算出电缆接头相对温度值、电缆接头绝对温升速率和环境绝对温升速率，并显示在显示屏上；数字信号控制器将三个新数据对比、计算，得出电缆接头相对温升速率并显示在显示屏上；上述信号通过补偿、校验，得出了电缆接头相对温升速率的最接近值，同样发送至显示屏；数字信号控制器将所得最接近电缆接头相对温升速率值以及电缆接头相对温度值与设定阀值进行比较，并依照比较结果发出告警信号，同样显示在温度监控终端的显示屏上。

实际应用中，配电终端的数字信号控制器采用型号为STM32f407VG的DSC芯片；芯片的内部资源很多，存储容量大，价格便宜，同时ARM芯片有无线通信接口、以太网通信接口，也能产生PWM波，能快速处理和输出模拟量、数字量、控制信号、报警信号等。对控制信号、报警信号输出增加TLP112光耦隔离，保证输出信号的稳定性和抗干扰性。采取宏电H7710系列的通信模块，监控终端既能通过GPRS通信方式与主站之间交换数据，又能通过GSM通信方式把报警信号发送给用户手机。同时具有RS232/RS485当地通信及维护接口。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围。

Claims (7)

1.一种环网柜电缆接头温度监控***，包括环网柜，所述环网柜包括电缆室(1)、开关室(2)、二次走线室(3)、PT电源柜(4)、配电自动化室(5)，所述配电自动化室(5)内设置有配电终端(6)和温度监控终端(7)，所述电缆室(1)位于环网柜底部，有多个，其内部有电缆接头(8)和温度传感器；

所述环网柜采取上断路器、下负荷单元的共箱式结构，配备全绝缘的密封不锈钢外壳，内置SF气体；

所述开关室(2)位于电缆室上方，设置有环网柜的开关设备；

所述二次走线室(3)位于环网柜顶部、开关室上方，环网柜二次机柜和温度传感器、以及温度监控终端的走线均通过二次走线室(3)布线；

其特征在于，还包括远程主站；

所述温度监控终端(7)包括数字信号控制器和报警模块；

温度传感器设置在电缆室内，并通过信号传输线与温度监控终端(7)相连；

所述温度监控终端(7)与远程主站相互通信；

所述温度监控终端(7)与所述报警模块相连；

所述温度传感器包括第一温度传感器(9)和第二温度传感器(10)，所述第一温度传感器(9)测量电缆接头绝对温度，所述第二温度传感器(10)测量环网柜电缆室内环境绝对温度；

当电缆接头相对温度和电缆接头相对温升速率超过相应阈值时，数字信号控制器发出报警信号，并发送给报警灯或报警铃，并产生风扇控制信号，给电缆室(1)进行降温；

同时，数字信号控制器向环网柜配电终端(6)发送分闸命令，使环网柜断电，以保证设备安全。

2.根据权利要求1所述的环网柜电缆接头温度监控***，其特征在于，

所述温度监控终端(7)和所述环网柜配电终端(6)设置在配网自动化室(5)内；

所述温度监控终端(7)通过现场总线或通过无线网络与远程主站通信；

所述温度监控终端(7)与报警模块通过现场总线相连；

所述温度监控终端(7)还包括通信模块和显示模块。

3.根据权利要求2所述的环网柜电缆接头温度监控***，其特征在于，

还包括定值编码器、光耦合器；

所述配电终端(6)的数字信号控制器与所述报警模块、所述显示模块、所述通信模块之间设置有光耦合器。

4.根据权利要求3所述的环网柜电缆接头温度监控***，其特征在于，

所述报警模块为报警器，所述显示模块为显示屏；

所述数字信号控制器可采用型号为STM32f407VG的DSC芯片；

所述通信模块可采用H7710系列。

5.一种利用权利要求1-4任一所述环网柜电缆接头温度监控***进行环网柜电缆接头温度监控的方法，其特征在于包括以下步骤：

通过环网柜内温度传感器分别测量环网柜内的环境绝对温度和电缆接头绝对温度；

计算电缆接头对环网柜环境的相对温度；

计算一段时间内电缆接头的相对温升速率；

对电缆接头的相对温度和相对温升速率设置上限阈值，当电缆接头的相对温度和相对温升速率超过上限阈值时，产生报警；

数字信号控制器向环网柜配电终端(6)发送分闸命令，使环网柜断电，以保证设备安全；

同时温度监控终端(7)将报警信号传送给通信模块，由通信模块通过本地现场总线或无线网络传送给远程主站；

远程主站对环网柜温度监控终端(7)发送指令，使之启动降温装置，进行降温操作。

6.根据权利要求5所述的进行环网柜电缆接头温度监控的方法，其特征在于包括以下步骤：

通过环网柜内所述第一温度传感器(9)对环网柜内电缆接头(8)的绝对温度进行温度实时在线监测，并将测得的值传送给温度监控终端(7)的数字信号控制器；

通过安装于环网柜内的第二温度传感器(10)对环网柜内的环境绝对温度进行实时在线监测，并将测得的值传送给温度监控终端(7)的数字信号控制器；

温度监控终端(7)对一段时间内电缆接头(8)的绝对温度进行比较、计算、分析，得出电缆接头的绝对温升速率，对环境温度的相同时间段内的绝对温度进行比较、计算、分析，得出环境绝对温升速率；

温度监控终端(7)的数字信号控制器将一段时间内的环境绝对温升速率和电缆接头绝对温升速率进行比较计算，得出电缆接头相对温升速率v2；

所述温度监控终端(7)获得同一时刻的电缆接头绝对温度和环境绝对温度两个温度，进行温度比较，获得电缆接头的相对温度；

温度监控终端(7)的数字信号控制器将一段时间内电缆接头的相对温度进行比较计算，得出电缆接头的相对温升速率v1；

所述数字信号控制器将计算得出的电缆接头相对温升速率v1和相对温升速率v2进行补偿、校验，得到实际的电缆相对温升速率v0；

根据电缆相对温升速率v0，在定值编码器上设置电缆接头相对温度阈值和电缆接头相对温升速率阈值，并传送给数字信号控制器。

7.根据权利要求6所述的进行环网柜电缆接头温度监控的方法，其特征在于：

所述温度监控终端(7)既能通过GPRS通信方式与主站之间交换数据，又能通过GSM通信方式把报警信号发送给用户手机，同时具有RS232/RS485当地通信及维护接口。