CN113820037A - 一种基于云平台的肘型头温度在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于云平台的肘型头温度在线监测装置，属于电力设备监控技术领域。该装置包括包括肘型头连接器外套、悬浮感应取电器、可编程控制芯片、分布式光纤测温传感器、4G传输芯片、高压屏蔽套、运算放大器和在线监测云端平台等结构；本发明装置能够实现肘型头温度的实时在线监测，可广泛运用于高压开关柜类电气设备与电缆连接处的测量温度，并且能够接入现有在线监测***，为设备的运行提供及时可靠的数据信息；采用悬浮感应取电器作为工作电源，解决了如电池电源寿命短、需替换，工频取电不够便捷的问题，易于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于电力设备监控技术领域，具体涉及一种基于云平台的肘型头温度在线监测装置。
背景技术
高压电气设备在运行过程中，由于符合超载或导体接触不良等原因会导致温度升高，如不能及时发现，高温会使相邻的绝缘部件性能劣化，甚至发生击穿。因此，对高压电气设备进行的温度在线监测是被普遍关注的问题，特别是对一次高压电缆回路连接点的温度在线监测。
现有的温度测量装置大多采用红外辐射等非接触试测量肘型头的外表温度。这种方法受周围环境、外界温度影响较大。而且红外辐射一旦受到遮挡就无法准确测量，使用时有较大的局限性且误差较大。
高压电气设备的连接点温度是电力***状态参数之一，为综合监测设备状态，要求温度测量装置采用数字化输出，以便于计算机处理，并可与其他电气参数相配合，成为电力在线监测***的一部分。因此如何克服现有技术的不足是目前电力设备监控技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于云平台的肘型头温度在线监测装置，该装置的设备端全绝缘、全封闭，能够有效监测高压连接点过热引发的设备缺陷，在云平台上能够远程查看温度，并对肘型头温度状态进行分析、诊断。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于云平台的肘型头温度在线监测装置，包括肘型头连接器外套、悬浮感应取电器、可编程控制芯片、分布式光纤测温传感器、4G传输芯片、高压屏蔽套、运算放大器和在线监测云端平台；
肘型头连接器外套内壁固定连接有环形的高压屏蔽套，肘型头连接器外套与高压屏蔽套之间形成第一空腔；
在第一空腔内安装有可编程控制芯片、4G传输芯片和运算放大器；
在高压屏蔽套的外表面安装有悬浮感应取电器、分布式光纤测温传感器；
分布式光纤测温传感器，与电缆导体相接触，用于采集电缆导体的温度；
分布式光纤测温传感器的输出端与运算放大器的输入端相连；
运算放大器的输出端与可编程控制芯片的输入端相连；
可编程控制芯片的输出端与4G传输芯片的输入端相连；
4G传输芯片与在线监测云端平台相连；
运算放大器用于将采集到的信号进行放大后，传输至可编程控制芯片进行模数转换，然后将转换后的信息通过4G传输芯片发送至在线监测云端平台；
悬浮感应取电器与分布式光纤测温传感器、运算放大器、可编程控制芯片相连，用于供电。
进一步，优选的是，高压屏蔽套固定在肘型头连接器外套的肘纵管中部。
进一步，优选的是，悬浮感应取电器包括电流互感器及与电流互感器相连的稳压芯片。
进一步，优选的是，分布式光纤测温传感器的分辨率为0.1℃，测温范围为-60℃～300℃。
进一步，优选的是，4G传输芯片支持TDD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA和CDMA频段。
本发明装置分为两个部分，一部分是设备端，包含肘型头连接器外套、高压屏蔽套、分布式光纤传感器、运算放大器、可编程控制芯片、4G传输芯片、悬浮感应取电器。此部分用来采集数据，并将数据发送到在线监测云端平台。另一部分为监测端，即在线监测云端平台，负责对肘型头的温度状态进行在线监测，并进行数据存储和诊断分析。
本发明使用分布式光纤测温传感器，埋在肘型头内，贴合电缆。不仅能监测肘型头某点的温度，还能监测整个肘型头的温度。所述分布式光纤测温传感器，只对温度敏感，绝缘性能良好，抗干扰能力强，不受强电磁环境影响，测量准确，反应灵敏。
本发明监测端采用云平台的形式。肘型头的温度数据存储在云端服务器上。根据肘型头已有的温度数据，可使用现有的聚类算法、神经网络算法等对数据进行分析预测，实现故障的预警。
分布式光纤测温传感器实时测量温度数据，云端***定时采集，在线监测云端平台对每个监测点测得的温度数据作长时间保存记录，并且实时分析，发现温度数据存在异常立即报警。对于温度变化呈现逐步升高的监测点，在温度没有达到上限值之前，事先进行预警，把故障消除在萌芽状态。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
本发明基于云平台的肘型头温度在线监测装置能够实现肘型头温度的实时在线监测，可广泛运用于高压开关柜类电气设备与电缆连接处的测量温度，并且能够接入现有在线监测***，为设备的运行提供及时可靠的数据信息；采用悬浮感应取电器作为工作电源，解决了如电池电源寿命短、需替换，工频取电不够便捷的问题。分布式光纤测温传感器埋在肘型头内部，测量精准，相应迅速，能够准确测量出电缆温度异常点。光纤测温传感器的抗干扰性较强，能够在复杂电磁环境下正常工作。可编程控制芯片对分布式光纤测温传感器采集的数据进行初步的分析处理，低功率、稳定可靠；4G传输芯片将温度数据传输到在线监测云端平台进行监控处理。在线监测云端平台可以对电缆接头实际温度进行远程集中管理，形成温度监控网，并对数据进行分析诊断、故障预警等，能够准确识别出故障类型，提高检修效率。
附图说明
图1为基于云平台的肘型头温度在线监测装置的结构示意图；
图2为基于云平台的肘型头温度在线监测装置的结构框图；
其中，1、肘型头连接器外套；2、悬浮感应取电器；3、可编程控制芯片；4、分布式光纤测温传感器；5、4G传输芯片；6、高压屏蔽套；7、运算放大器；8、在线监测云端平台；9、第一空腔。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
如图1和图2所示，一种基于云平台的肘型头温度在线监测装置，包括肘型头连接器外套1、悬浮感应取电器2、可编程控制芯片3、分布式光纤测温传感器4、4G传输芯片5、高压屏蔽套6、运算放大器7和在线监测云端平台8；
肘型头连接器外套1内壁固定连接有环形的高压屏蔽套6，肘型头连接器外套1与高压屏蔽套6之间形成第一空腔9；
在第一空腔9内安装有可编程控制芯片3、4G传输芯片5和运算放大器7；
在高压屏蔽套6的外表面安装有悬浮感应取电器2、分布式光纤测温传感器4；
分布式光纤测温传感器4，与电缆导体相接触，用于采集电缆导体的温度；
分布式光纤测温传感器4的输出端与运算放大器7的输入端相连；
运算放大器7的输出端与可编程控制芯片3的输入端相连；
可编程控制芯片3的输出端与4G传输芯片5的输入端相连；
4G传输芯片5与在线监测云端平台8相连；
运算放大器7用于将采集到的信号进行放大后，传输至可编程控制芯片3进行模数转换，然后将转换后的信息通过4G传输芯片5发送至在线监测云端平台8；
悬浮感应取电器2与分布式光纤测温传感器4、运算放大器7、可编程控制芯片3相连，用于供电。
优选，高压屏蔽套6固定在肘型头连接器外套1的肘纵管中部。
优选，4G传输芯片5支持TDD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA和CDMA频段。
本发明温度测量方式：将分布式光纤测温传感器4直接与电缆导体接触，可实时测量一次电缆连接点电缆导体的的实际温度。分布式光纤测温传感器4采用Raman散射效应及光时域反射（OTDR）技术，波长范围1520-1570，分辨率0.1℃，测温范围-60℃～300℃。
本发明数据传输方式：分布式光纤测温传感器4采集到的数据经过放大后，通过可编程控制芯片3自带的模数转换接口转换为数字信号，该信号在经过可编程控制芯片进行数字滤波后，去除噪声的干扰，通过4G传输芯片5传输到在线监测云端平台8。
本发明采用的4G传输芯片5为移珂L506，大小仅有30*30*2.8mm，支持多个频段包括TDD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA频段并且可以完全地兼容目前的EDGE和GSM/GPRS网路，工作温度在-45℃～85℃，能够满足实际要求，实现网络传输功能。
由于肘型头内部没有可靠的二次电源，外接工频电源不够便捷，使用电池面临容量衰减的问题，因此开发了悬浮感应取电方式，采用悬浮感应取电器2。悬浮感应取电器2优选包括电流互感器及与电流互感器相连的稳压芯片。监测的电缆穿过电流互感器，获取电能。再通过稳压芯片，给分布式光纤测温传感器4提供12V电源，给运算放大器7、可编程控制芯片3提供5V电源。由于所用的电流互感器与高压一次回路没有直接电气联系，因此悬浮感应安全可靠。
可编程控制芯片3优选采用基于ARM的32位处理器STM32F103C8T6。该处理器宽电压电源输入，自带模数转换器，支持多种通信接口。该处理器工作于-40℃至105℃的温度范围，同时具有多种省电模式保证低功耗应用的要求。能够较好的满足装置的实际需求。
在线监测云端平台8优选具有实时监测温度、图表显示、监测地点显示、图表分析、预测警报等功能。分布式光纤测温传感器4的监测数据通过4G传输芯片5上传到在线监测云端平台8进行显示、分析。该平台在云端运行，支持PC端，移动端访问，提高了在线监测的便捷性。
本发明装置允许短时间过载运行，在温度危及设备安全运行前通过在线监测平台8报警。本装置能够实时在线监测温度，可按规定的时间间隔记录温度数据。
本发明中悬浮感应取电器2、可编程控制芯片3、分布式光纤测温传感器4、4G传输芯片5、运算放大器7为嵌入式，具有体积小、结构紧凑的特点，能够直接固定在肘型头的内部，便于对电缆与开关柜设备连接点温度进行直接测量。
本发明不需要改变开关柜原有的监测结构。在监测端，硬件无需变动，只需要在开关柜原有的云端监测***上增加一个接口显示功能。在线监测云端平台8能够对肘型头的温度数据进行分析诊断、判断故障类型、识别故障位置，故障预警。在线监测云端平台8不受监控端设备限制，PC端、移动手机端都可以运行，便于查看运行状态、接收报警。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种基于云平台的肘型头温度在线监测装置，其特征在于，包括肘型头连接器外套（1）、悬浮感应取电器（2）、可编程控制芯片（3）、分布式光纤测温传感器（4）、4G传输芯片（5）、高压屏蔽套（6）、运算放大器（7）和在线监测云端平台（8）；
肘型头连接器外套（1）内壁固定连接有环形的高压屏蔽套（6），肘型头连接器外套（1）与高压屏蔽套（6）之间形成第一空腔（9）；
在第一空腔（9）内安装有可编程控制芯片（3）、4G传输芯片（5）和运算放大器（7）；
在高压屏蔽套（6）的外表面安装有悬浮感应取电器（2）、分布式光纤测温传感器（4）；
分布式光纤测温传感器（4），与电缆导体相接触，用于采集电缆导体的温度；
分布式光纤测温传感器（4）的输出端与运算放大器（7）的输入端相连；
运算放大器（7）的输出端与可编程控制芯片（3）的输入端相连；
可编程控制芯片（3）的输出端与4G传输芯片（5）的输入端相连；
4G传输芯片（5）与在线监测云端平台（8）相连；
运算放大器（7）用于将采集到的信号进行放大后，传输至可编程控制芯片（3）进行模数转换，然后将转换后的信息通过4G传输芯片（5）发送至在线监测云端平台（8）；
悬浮感应取电器（2）与分布式光纤测温传感器（4）、运算放大器（7）、可编程控制芯片（3）相连，用于供电。
2.根据权利要求1所述的基于云平台的肘型头温度在线监测装置，其特征在于，高压屏蔽套（6）固定在肘型头连接器外套（1）的肘纵管中部。
3.根据权利要求1所述的基于云平台的肘型头温度在线监测装置，其特征在于，悬浮感应取电器（2）包括电流互感器及与电流互感器相连的稳压芯片。
4.根据权利要求1所述的基于云平台的肘型头温度在线监测装置，其特征在于，分布式光纤测温传感器（4）的分辨率为0.1℃，测温范围为-60℃～300℃。
5.根据权利要求1所述的基于云平台的肘型头温度在线监测装置，其特征在于，4G传输芯片（5）支持TDD-LTE、FDD-LTE、TD-SCDMA、WCDMA和CDMA频段。
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