CN204705416U - 10kv电缆线路接头监控报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了10KV电缆线路接头监控报警装置，包括电源装置以及与所述电源装置连接的监控报警装置；所述监控报警装置包括监控器、温度传感器及报警器，所述报警器包括声光报警器与远程通讯装置，所述温度传感器的探头与保护箱内的电缆头相接触；所述电源装置为电容降压电源装置，包括高压线路电容器和电源变换电路。本实用新型提供10KV电缆线路接头监控报警装置，利用10KV配电线路取电，实现对装置的在线供源、监控、报警等操作，很大程度上降低了电缆线路接头及保护箱事故发生率，值得广泛推广与使用。

Description

10KV电缆线路接头监控报警装置

技术领域

本实用新型涉及10KV电路检测技术领域，尤其涉及10KV电缆线路接头监控报警装置。

背景技术

在高压输电应用中，从变电站到用电负荷之间的距离往往比较长，如果在线路上采用多根小面积电缆传输的方式，往往会造成电缆使用浪费，于是在出线到用电负荷中，往往使用主干大电缆出线，然后在接近负荷的时候，再将主干电缆分成若干小面积电缆，由小面积电缆接入负荷，这样的接线方式广泛用于城市电网中的路灯等供电、小用户供电；同时，在一条比较长的线路上，电缆的长度无法满足线路的要求，那就必须使用电缆接头进行转接。这样一来，在短距离传输时，通常直接采用电缆中间接头，但线路比较长的时候，无论是电缆保护还是电缆接头，都不宜直接采用接头简易连接。根据经验，在1000m以上的电缆线路上，为了确保安全，会在其中考虑用保护箱进行转接。

然而，由于运行年限较长、设备运行环境恶劣等原因，保护箱内的电缆接头容易发生故障，同时，由于人力维护不到位，露天箱体也很容易遭到损坏，因此需要一种采用自动控制手段的监控报警装置，这对降低事故发生率很有必要。由于保护箱分布较为分散，故而无法集中或就近提供市政低压电源为装置供源，所以，设计此类装置时，一方面要考虑其装置元件的自动化运行性，另一方面，需要为监控报警设备其选定一种便捷、安全、小巧、易于实现的供源装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述技术问题，提供10KV电缆线路接头监控报警装置，利用10KV配电线路取电，实现对装置的在线供源、监控、报警等操作。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：10KV电缆线路接头监控报警装置，设置于电缆线路接头的保护箱中，包括电源装置以及与所述电源装置连接的监控报警装置；所述监控报警装置包括监控器、温度传感器及报警器，所述报警器包括声光报警器与远程通讯装置，所述温度传感器的探头与保护箱内的电缆头相接触；所述电源装置为电容降压电源装置，包括高压线路电容器和电源变换电路。

所述高压线路电容器通过热爆式脱离器与10KV高压导线连接。

所述电源变换电路与高压线路电容器连接，包括稳压模块、降压式DC/DC变换模块和电压比较控制模块。

所述稳压模块为并联式电子稳压电路，包括桥式整流电路、电容滤波电路以及场效晶体管并联稳压电路；所述电压比较控制模块包括两级放大电路，并连接电压监测装置。

所述高压线路电容器与避雷器连接。

所述远程通讯装置包括无线发射装置。

所述监控器为视频监控装置，包括红外热像仪、可见光摄像机以及与两者连接的多路输入式录像机。

所述红外热像仪与所述可见光摄像机采用预置位云台固定，保护箱顶部设置支撑桥架，云台设置于所述支撑桥架顶部，云台***设置防护罩。

本实用新型装置主要针对现有的电缆保护箱及电缆接头监控力度不够提出解决方案，实现监控报警装置的适用性和自动化控制，能根据电缆接头温度变化发出远程报警，并能对电缆保护箱进行远程视频监控与传输；一方面，监控主要包括电缆线路接头的温度监控和线路保护箱的视频监控，其中，温度监控依靠温度传感器，探头与保护箱内的电缆头相接触，报警器中可以集成单片机芯片与存储器，采样温度经过单片机芯片调取存储器中的报警温度值进行大小比对，从而决定是否发出报警信号，当采样温度值达到临界报警值时，单片机一边驱动声光报警器发出就地声光报警，如蜂鸣器与报警指示灯，同时驱动远程通讯装置，以无线发射的形式将当前温度值与报警信号传输给电缆线路的中央控制室，如采用无线GSM发射的方式，将报警信息及时通知于中控室工作人员的手机上，从而实现对电缆接头温度的实时监控，便于工作人员及时发现险情因素，采取措施排查故障；对于线路保护箱的视频监控，采用的是视频监控器，监控既可以针对保护箱体内，也可以以每个保护箱为原点，进行线路的全景范围监控，构成线路监控网络，安装于单个保护箱上的视频监控器包括红外热像仪、可见光摄像机以及与两者连接的多路输入式录像机，红外热像仪与可见光摄像机采用预置位云台固定，云台设置于支撑桥架顶部，云台设置外防护罩，支撑桥架设置于保护箱顶部。红外热像仪与可见光摄像机的配合，两者置于同一个预置位云台上，红外热像仪借助红外辐射信号的形式，经接收光学***和光机扫描机构成像在红外探测器上，再由探测器将信号经前置放大器和进一步放大处理后，具有不受光线明暗干扰、细节可见的能力。 热像仪正常显示以较暗的灰度对应较低的景物温度；在相反显示时则以较暗灰度对应较高景物温度，同时，装置鉴于红外图像不符合人类视觉***，以及对全景的监视目的，通过增设可见光摄像机，提出了可见光和红外图像的融合技术，通过图像配准和数据融合，得到关注内容增强的合成图像，这种综合式的红外监控方式，较传统的模拟影像而言，其数字模式的信息抗干扰能力强，不受传输线路信号衰减以及外界干扰的影响。

预置位云台的外防护罩可以选取硬质钢化玻璃，防止外界干扰源的干扰与破坏，保证仪器运行安全。红外热像仪可以实现不停运、不接触、快速、直观地对监控点的各个细节进行成像，可见光摄像机实现监控区域内的全景监控，在云台的控制下与红外热像仪同步监控；预置位云台将红外热像仪与高倍变焦可见光摄像机安装在同一个平台上，既可以保证两个摄像头监视的同步性，也解决了红外热像难以识别整体场景的问题，便于及时判断监控点的具体情况，为准确判断并采取相应措施争取宝贵的时间。预置位云台为可调节式，可以远程控制，预置位云台的移动依靠旋转电机，电机可以与远程通讯装置连接，工作人员可以根据视频监控需要，通过远程控制器，将移动转向指令输入云台中，从而便于多个观察位置的设置与选择，有利于对整体的全方位监控。

视频监控器也与报警器相连接，可以自动感应电缆保护箱周边的移动物体，例如人、畜、鸟等，向控制中心发送告警信号，也可在当地发出警报声光，并对物体进行录像。视频监视***可远程控制，实时在控制中心显示，或通过网络在电脑上显示，实现防盗、报警、现场指挥等功能。

另一方面，本装置可以具有一个稳定可靠的操作电源，为监控报警装置供电，由于保护箱分布较为分散，无法集中或就近提供市政低压电源，同时，保护箱的空间往往比较狭小，对电源的体积要求较高；本实用新型提出的是适用于10KV保护箱的电容式高压取电，核心是采用特制的高压线路电容器直接从高压导线上取能，从而省略尺寸比较大的10KV电压互感器，达到取源装置体积的缩小化，绝缘子串作为输电线路过电压的绝缘支撑与高压线路电容器并联，即高压线路电容器降压—并联式电子稳压器稳压—降压式DC/DC变换—热爆式脱离器保护的10KV保护箱取电模式。其中的高压线路电容器采用与无间隙线路避雷器相同的外观设计，便于使用与无间隙线路避雷器相同的安装工艺。并联式稳压器将流过高压线路电容器的电流旁路接地，并将电压稳定在几百伏至几千伏，最终实现几十瓦至几百瓦的功率输出。

10KV保护箱电容降压取电***主要由高压线路电容器与电源变换电路组成，热爆式脱离器可以确保高压线路电容器故障时与输电线路脱离，保证装置稳定运行；电源变换电路主要由稳压模块、降压式DC/DC变换模块、电压比较控制模块组成。稳压模块采用桥式整流、电容滤波及场效晶体管并联稳压的方式进行稳压，将电容器输出交流电压稳定在310V左右；降压式DC/DC变换模块将稳压电路输出电压最终转换为24V直流电压，即将高压小电流转换到低压大电流，最终实现几十瓦至几百瓦的功率输出。电压比较控制电路可以根据电压监测装置所需功率来控制继电器的开断，进而闭合或切断电阻，将所需功率传递给后续电路，保证电路长期稳定运行并工作在低耗状态。对于需要融冰线路，融冰时线路不带电的情况，电源装置加装蓄电池储能，可以在短时间内满足电压监测装置的供电要求，实现电源装置的不间断供电。

传统的稳压模块由电源变压器、整流电路、滤波电路组成，本设计在现有稳压模块的基础上进行改进设计了并联式电子稳压电路。并联式电子稳压电路采用输入端串联，输出端并联的级联方式。整流电路采用桥式整流结构，将交流电压转变为脉动的直流电压，滤波电路由电抗元件组成，通过在电路中并联电容的方式进行滤波，将脉动的直流电压变为波动小、平滑度高的直流电压。

高压线路电容器从高压导线上获得的交流电压经过整流、滤波、稳压处理后得到的直流电压需要经过一个宽范围输入、双路输出的电源变换模块来得到稳定的12V或24V输出电压，以满足设备的供能需求，工作湿度低，抗干扰能力强，***电路比较简单，体积小，更便于安装使用。

为了满足电压监测装置的功率需求并保护DC/DC变换模块，本实用新型设计了电压比较控制电路，电压比较控制电路主要由放大电路、电压比较电路和继电器驱动电路构成。其核心器件是继电器，电路可以根据电压监测装置所需功率来控制继电器的开断，进而闭合或切断前端电阻，将所需功率传递给后续电路，保证电路长期稳定运行并工作在低耗状态。高压线路电容器与避雷器连接，用于防止雷电等过电压冲击。

这样就通过10KV保护箱的电容式降压取电方式，采用特制的高压线路电容器直接从高压导线上取能，既可以直供额定电压为220V的除潮装置使用，也可以经过电压变换输出直流48V、24V、12V等，以获得稳定的能量输出实现对10KV保护箱各监测设备的可靠供电，节约了***电源部分的设计成本，可长期免维护运行；特制的高压线路电容器可以耐受规程制定的雷电冲击电压、工频交流试验电压，内绝缘与外绝缘均满足线路绝缘水平，容量满足电源变换的要求。

本实用新型能够利用10KV配电线路取电，实现对电缆接头及其保护箱的监控报警功能，线路简单，装置体积小，重量轻，既满足了国家标准，同时又提高了设备使用的稳定性能，很大程度上降低了电缆线路接头及保护箱事故发生率，值得广泛推广与使用。

附图说明

图1是本实用新型装置的组成结构图。

图2是本实用新型装置取能装置结构图。

图3是本实用新型装置稳压模块电路图。

图4是本实用新型装置放大电路电路图。

图5是本实用新型装置电压比较电路图。

图6是本实用新型装置电压监控装置电路图。

具体实施方式

如图1至图6所示，10KV电缆线路接头监控报警装置，设置于电缆线路接头的保护箱中，包括电源装置1以及与所述电源装置连接的监控报警装置2；所述监控报警装置包括监控器、温度传感器4及报警器，所述报警器包括声光报警器5与远程通讯装置6，所述温度传感器的探头与保护箱内的电缆头相接触；所述电源装置为电容降压电源装置，包括高压线路电容器7和电源变换电路8。

所述高压线路电容器通过热爆式脱离器9与10KV高压导线连接。

所述电源变换电路与高压线路电容器连接，包括稳压模块、降压式DC/DC变换模块和电压比较控制模块。

所述稳压模块为并联式电子稳压电路，包括桥式整流电路、电容滤波电路以及场效晶体管并联稳压电路；所述电压比较控制模块包括两级放大电路，并连接电压监测装置。

所述高压线路电容器与避雷器3连接。

所述远程通讯装置包括无线发射装置。

所述监控器为视频监控装置，包括红外热像仪10、可见光摄像机11以及与两者连接的多路输入式录像机12。

所述红外热像仪与所述可见光摄像机采用预置位云台固定，保护箱顶部设置支撑桥架，云台设置于所述支撑桥架顶部，云台***设置防护罩。

本实用新型装置主要针对现有的电缆保护箱及电缆接头监控力度不够提出解决方案，实现监控报警装置的适用性和自动化控制，能根据电缆接头温度变化发出远程报警，并能对电缆保护箱进行远程视频监控与传输；一方面，监控主要包括电缆线路接头的温度监控和线路保护箱的视频监控，其中，温度监控依靠温度传感器，探头与保护箱内的电缆头相接触，报警器中可以集成单片机芯片与存储器，采样温度经过单片机芯片调取存储器中的报警温度值进行大小比对，从而决定是否发出报警信号，当采样温度值达到临界报警值时，单片机一边驱动声光报警器发出就地声光报警，如蜂鸣器与报警指示灯，同时驱动远程通讯装置，以无线发射的形式将当前温度值与报警信号传输给电缆线路的中央控制室，如采用无线GSM发射的方式，将报警信息及时通知于中控室工作人员的手机上，从而实现对电缆接头温度的实时监控，便于工作人员及时发现险情因素，采取措施排查故障；对于线路保护箱的视频监控，采用的是视频监控器，监控既可以针对保护箱体内，也可以以每个保护箱为原点，进行线路的全景范围监控，构成线路监控网络，安装于单个保护箱上的视频监控器包括红外热像仪、可见光摄像机以及与两者连接的多路输入式录像机，红外热像仪与可见光摄像机采用预置位云台固定，云台设置于支撑桥架顶部，云台设置外防护罩，支撑桥架设置于保护箱顶部。红外热像仪与可见光摄像机的配合，两者置于同一个预置位云台上，红外热像仪借助红外辐射信号的形式，经接收光学***和光机扫描机构成像在红外探测器上，再由探测器将信号经前置放大器和进一步放大处理后，具有不受光线明暗干扰、细节可见的能力。 热像仪正常显示以较暗的灰度对应较低的景物温度；在相反显示时则以较暗灰度对应较高景物温度，同时，装置鉴于红外图像不符合人类视觉***，以及对全景的监视目的，通过增设可见光摄像机，提出了可见光和红外图像的融合技术，通过图像配准和数据融合，得到关注内容增强的合成图像，这种综合式的红外监控方式，较传统的模拟影像而言，其数字模式的信息抗干扰能力强，不受传输线路信号衰减以及外界干扰的影响。

预置位云台的外防护罩可以选取硬质钢化玻璃，防止外界干扰源的干扰与破坏，保证仪器运行安全。红外热像仪可以实现不停运、不接触、快速、直观地对监控点的各个细节进行成像，可见光摄像机实现监控区域内的全景监控，在云台的控制下与红外热像仪同步监控；预置位云台将红外热像仪与高倍变焦可见光摄像机安装在同一个平台上，既可以保证两个摄像头监视的同步性，也解决了红外热像难以识别整体场景的问题，便于及时判断监控点的具体情况，为准确判断并采取相应措施争取宝贵的时间。预置位云台为可调节式，可以远程控制，预置位云台的移动依靠旋转电机，电机可以与远程通讯装置连接，工作人员可以根据视频监控需要，通过远程控制器，将移动转向指令输入云台中，从而便于多个观察位置的设置与选择，有利于对整体的全方位监控。

视频监控器也与报警器相连接，可以自动感应电缆保护箱周边的移动物体，例如人、畜、鸟等，向控制中心发送告警信号，也可在当地发出警报声光，并对物体进行录像。视频监视***可远程控制，实时在控制中心显示，或通过网络在电脑上显示，实现防盗、报警、现场指挥等功能。

另一方面，本装置可以具有一个稳定可靠的操作电源，为监控报警装置供电，由于保护箱分布较为分散，无法集中或就近提供市政低压电源，同时，保护箱的空间往往比较狭小，对电源的体积要求较高；本实用新型提出的是适用于10KV保护箱的电容式高压取电，核心是采用特制的高压线路电容器直接从高压导线上取能，绝缘子串作为输电线路过电压的绝缘支撑与高压线路电容器并联，即高压线路电容器降压—并联式电子稳压器稳压—降压式DC/DC变换—热爆式脱离器保护的10KV保护箱取电模式。其中的高压线路电容器采用与无间隙线路避雷器相同的外观设计，便于使用与无间隙线路避雷器相同的安装工艺，并联式稳压器将流过高压线路电容器的电流旁路接地，并将电压稳定在几百伏至几千伏。降压式DC/DC变换将几百伏至几千伏的电压转换为几十伏电压（12V或24V），即将高压（几百伏至几千伏）小电流（几十毫安）转换到低压（12V或24V）大电流（几安），最终实现几十瓦至几百瓦的功率输出。

图2所示为该取电***的原理图，10KV保护箱电容降压取电***主要由高压线路电容器与电源变换电路组成，热爆式脱离器可以确保高压线路电容器故障时与输电线路脱离，保证装置稳定运行；电源变换电路主要由稳压模块、降压式DC/DC变换模块、电压比较控制模块组成。稳压模块采用桥式整流、电容滤波及场效晶体管并联稳压的方式进行稳压，将电容器输出交流电压稳定在310V左右；降压式DC/DC变换模块将稳压电路输出电压最终转换为24V直流电压，即将高压小电流转换到低压大电流，最终实现几十瓦至几百瓦的功率输出。电压比较控制电路可以根据电压监测装置所需功率来控制继电器的开断，进而闭合或切断电阻，将所需功率传递给后续电路，保证电路长期稳定运行并工作在低耗状态。对于需要融冰线路，融冰时线路不带电的情况，电源装置加装蓄电池储能，可以在短时间内满足电压监测装置的供电要求，实现电源装置的不间断供电。

高压线路电容器是将线路电容器输出电压转变为220V，特制的高压线路电容器由直流耐压数十千伏的圆柱形薄膜电容器串联而成，圆柱形薄膜电容器相当于平板电容器，串联后的电容器组的工频耐压满足线路绝缘配合的要求。该串联电容器组用绝缘带缠绕后用硅橡胶模压成型，将氧化锌阀片用圆柱形电容器代换，圆柱形电容器的直径与氧化锌阀片的直径一致，串联后的总长度与氧化锌阀片串联的总长度一致，便于使用与无间隙线路避雷器相同的安装工艺。串联电容的个数及单体容量、耐压值根据总耐压值、直径、总长度及薄膜电容器绕制工艺综合确定，电容两个电极分别用公、母螺纹引出。

为了将高压线路电容器取源输出的高压小电流转换成监测设备能够使用的低压大电流，如DC24V、3A，本实用新型设置了电源变换电路，其前端为稳压模块，目的是将从高压线路取源获得的输出交流电压稳定在某一值。

传统的稳压模块由电源变压器、整流电路、滤波电路组成，本设计在现有稳压模块的基础上进行改进设计了并联式电子稳压电路。并联式电子稳压电路采用输入端串联，输出端并联的级联方式。整流电路采用桥式整流结构，将交流电压转变为脉动的直流电压，滤波电路由电抗元件组成，通过在电路中并联电容的方式进行滤波，将脉动的直流电压变为波动小、平滑度高的直流电压，输出端采用23N50型MOSFET管并联的方式稳压，并重点设计了MOSFET管的驱动电路。如图3所示为整流滤波稳压电路的具体结构。

其中的CON2为220V交流，C22和T2进行滤波，经桥式整流电路后将交流电压转变为直流电压，利用R1、R30和R28电阻串联进行分压，取第一个节点的电压作为LM358电压比较器输入电压，通过5.1V稳压管串联电阻将NULL端的电压稳定在5.1V，LM358电压比较器输出正负极性的电压输入电压跟随器，电压跟随器起到隔离的作用，7端输出同样极性的电压为并联的MOSFET管提供驱动电压，R5和R6是驱动电阻，R48可释放MOSFET管栅极的残余电压，防止出现MOSFET管误导通的情况。C1为电解电容，进行低频滤波和补偿；C7为普通电容，用来消除高频波和杂波。V1和VNULL通过电压比较器进行比较，V1的电压值会根据前端电路的变化来进行改变，很不稳定，但是一直在5.1V附近波动，这样会导致7端输出的信号正负极性来回变换，如果前端电压的升高导致V1的电压大于5.1V，这时将输出正极性电压，在这个电压的作用下MOS管导通，利用MOS管的开关作用来稳定漏极端的电压，将电压控制在310V的小范围波动，反之亦然。

高压线路电容器从高压导线上获得的交流电压经过整流、滤波、稳压处理后得到的直流电压需要经过一个宽范围输入、双路输出的电源变换模块来得到稳定的12V或24V输出电压，以满足设备的供能需求。因此，本实用新型选用了型号为HN25-150D-C1的开关电源模块。该模块内置超强滤波磁环电容，输出电压为12V，24V，输出电流为5A，3A，工作湿度低，抗干扰能力强，***电路比较简单，体积小，更便于安装使用。

为了满足电压监测装置的功率需求并保护DC/DC变换模块，本实用新型设计了电压比较控制电路，电压比较控制电路主要由放大电路、电压比较电路和继电器驱动电路构成。其核心器件是继电器，电路可以根据电压监测装置所需功率来控制继电器的开断，进而闭合或切断前端电阻，将所需功率传递给后续电路，保证电路长期稳定运行并工作在低耗状态。图4为电压比较控制电路中的放大电路。采用两级运算放大器将R8两端电压放大100倍，最终输出的最大电压为11V。VG端电压的改变是因监测设备功率需求改变而改变。图5为电压比较电路，VG端是放大电路的输出端，最大电压为11V，电压比较器LM339负输入端的电压由上到下依次为8V，6V，4V，2V，根据VG端电压的大小电压比较器LM339发出高电平与低电平信号。电阻R61，R62，R63，R64用来延滞反应时间，防止电压比较器正输入端电压变化导致的输出端信号来回翻转而使电压比较器损坏；图6为电压监测装置的继电器驱动电路，核心器件为ULN2003A芯片，ULN2003A可以看作为一个反相器，将电压极性翻转，来控制继电器的闭合，进而控制电阻R14，R15，R16，R17的接入，来满足在线监测的取用功率。高压线路电容器与避雷器连接，用于防止雷电等过电压冲击。

Claims (8)

1.10KV电缆线路接头监控报警装置，设置于电缆线路接头的保护箱中，其特征在于：包括电源装置以及与所述电源装置连接的监控报警装置；所述监控报警装置包括监控器、温度传感器及报警器，所述报警器包括声光报警器与远程通讯装置，所述温度传感器的探头与保护箱内的电缆头相接触；所述电源装置为电容降压电源装置，包括高压线路电容器和电源变换电路。

2.如权利要求1所述的10KV电缆线路接头监控报警装置，其特征在于：所述高压线路电容器通过热爆式脱离器与10KV高压导线连接。

3.如权利要求1所述的10KV电缆线路接头监控报警装置，其特征在于：所述电源变换电路与高压线路电容器连接，包括稳压模块、降压式DC/DC变换模块和电压比较控制模块。

4.如权利要求3所述的10KV电缆线路接头监控报警装置，其特征在于：所述稳压模块为并联式电子稳压电路，包括桥式整流电路、电容滤波电路以及场效晶体管并联稳压电路；所述电压比较控制模块包括两级放大电路，并连接电压监测装置。

5.如权利要求1所述的10KV电缆线路接头监控报警装置，其特征在于：所述高压线路电容器与避雷器连接。

6.如权利要求1所述的10KV电缆线路接头监控报警装置，其特征在于：所述远程通讯装置包括无线发射装置。

7.如权利要求1所述的10KV电缆线路接头监控报警装置，其特征在于：所述监控器为视频监控装置，包括红外热像仪、可见光摄像机以及与两者连接的多路输入式录像机。

8.如权利要求7所述的10KV电缆线路接头监控报警装置，其特征在于：所述红外热像仪与所述可见光摄像机采用预置位云台固定，保护箱顶部设置支撑桥架，云台设置于所述支撑桥架顶部，云台***设置防护罩。