CN213180403U

CN213180403U - 一种基于温差法的电缆接头温升故障监测装置

Info

Publication number: CN213180403U
Application number: CN202022301931.9U
Authority: CN
Inventors: 何锋; 林朝晖; 黄汉权; 陈振勇; 朱俊伟; 林北海
Original assignee: State Grid Fujian Electric Power Co Ltd; Putian Power Supply Co of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Fujian Electric Power Co Ltd; Putian Power Supply Co of State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2030-10-15

Abstract

本实用新型涉及一种基于温差法的电缆接头温升故障监测装置，包括接收装置、数据管理中心和若干个测温传感器；各所述测温传感器分别安装在电缆接头上与所述接收装置通讯连接，用于检测电缆接头三相温度并发送至接收装置；所述接收装置用于检测当前环境温度并设定温度报警阈值，根据当前环境温度、电缆接头三相温度和温度报警阈值判断电缆接头是否发生温升故障，当电缆接头发生温升故障时，所述接收装置发出报警信号；所述接收装置与数据管理中心通讯连接，并将电缆接头三相温度值、环境温度值、温度报警阈值和报警信息发送至数据管理中心；所述数据管理中心用于远程查询现场情况。

Description

一种基于温差法的电缆接头温升故障监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于温差法的电缆接头温升故障监测装置，属于电缆接头温升故障监测技术领域。

背景技术

环网柜由于其结构简单可靠，目前，在配电网中配电站及户外站中已大量使用，主要应用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。然而，环网柜在运行的过程中电缆附件接头部分存在较高的故障率，其中故障最高的是由于接触不良导致的接点温度提升，使得接头发生严重氧化，电缆使用寿命骤减，严重的会引起电缆接头***、绝缘击穿、燃烧等危害，造成大规模停电及火灾事故，将会影响环网柜自身运行乃至整个电网的运行安全。

现有的电缆故障监测装置，基本是局限于直接通过传感器采集电缆接头温度来监测电缆故障，但是温度测量精度不能得到保障，无法准确监测电缆接头温升故障，因此，本实用新型提供一种基于温差法的电缆接头温升故障监测装置用于解决上述问题。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种基于温差法的电缆接头温升故障监测装置，其具有温度测量精度高、准确率高的特点。

本实用新型技术方案如下：一种基于温差法的电缆接头温升故障监测装置，包括接收装置、数据管理中心和若干个测温传感器；各所述测温传感器分别安装在电缆接头上与所述接收装置通讯连接，用于检测电缆接头三相温度并发送至接收装置；所述接收装置用于检测当前环境温度并设定温度报警阈值，根据当前环境温度、电缆接头三相温度和温度报警阈值判断电缆接头是否发生温升故障，当电缆接头发生温升故障时，所述接收装置发出报警信号；所述接收装置与数据管理中心通讯连接，并将电缆接头三相温度值、环境温度值、温度报警阈值和报警信息发送至数据管理中心；所述数据管理中心用于远程查询现场情况。

具体的，所述测温传感器包括取电模块、测温微处理器、第一无线通信模块和测温模块；测温模块的输出端与测温微处理器输入端I/O口连接；取电模块输出端与测温微处理器电源端连接；第一无线通信模块输入端与测温微处理器通信接口连接；所述接收装置包括第二无线通信模块、接收微处理器模块、远程通信模块、环境测温模块、液晶显示模块和电源模块；第二无线通信模块输出端与接收微处理器模块第一通信接口连接；远程通信模块输入端与接收微处理器模块第二通信接口连接；环境测温模块的输出端与接收微处理器模块输入端I/O口连接；液晶显示模块输入端与接收微处理器模块输出端I/O连接；电源模块输出端与接收微处理器模块电源端连接。

具体的，所述取电模块采用窄截面CT取电、电场取电、温差取电、可充超级电容电池中的一种或两种以上的结合。

具体的，所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均采用无线射频模块；所述液晶显示模块显示环网柜每个开间的电缆接头三相温度值、环境温度值、温度报警阈值和报警信号，若电缆接头发生温升故障，则该电缆接头对应相的温度值频繁闪烁。

本实用新型具有如下有益效果：

1、本实用新型测温传感器采用热敏电阻与555多谐振荡电路配合，利用多项式拟合的方法得出频率-温度曲线，通过测量频率获得温度值，提高了测量精度；

2、本实用新型利用光耦隔离，提高了温度测量电路的抗干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型原理结构图；

图2为本实用新型无线通信模块原理图；

图3为本实用新型测温模块原理图；

图4为本实用新型频率-温度关系曲线图；

图5为本实用新型测温传感器程序流程图；

图6为本实用新型接收装置程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。

如图1至2所示，本实用新型提供了一种基于温差法的电缆接头温升故障监测装置，包括接收装置、数据管理中心和若干个测温传感器，所述测温传感器有18个，包括CT取电模块、测温微处理器、测温模块和第一无线通讯模块，测温模块的输出端与测温微处理器输入端I/O口连接；取电模块输出端与测温微处理器电源端连接；第一无线通讯模块输入端与测温微处理器通信接口连接；所述接收装置包括LCD液晶显示屏、第二无线通讯模块、接收微处理器、RS485通讯模块、220V电源模块和环境测温模块，第二无线通讯模块输出端与接收微处理器第一通信接口连接；RS485通信模块输入端与接收微处理器第二通信接口连接；环境测温模块的输出端与接收微处理器输入端I/O口连接；LCD液晶显示模块输入端与接收微处理器输出端I/O连接；220V电源模块输出端与接收微处理器电源端连接。

进一步的，所述测温微处理器和接收微处理器采用STM32单片机。

进一步的，所述CT取电模块的取电方式采用窄截面CT取电、电场取电、温差取电或可充超级电容电池取电中的一种或两种以上的结合，满足测温传感器可靠工作。

进一步的，所述窄截面CT取电采用0.21mm硅钢片在电缆头上绕制3-5圈，然后在硅钢片上绕400-600漆包线，当满足电缆头内流有电流大于5AAC时，测温传感器就能够正常工作；所述电场取电采用金属片与带电导体之间构成电容，根据电容分压原理获得测温传感器持续工作的电能；所述温差取电采用半导体发电模块，将两种不同类型的热电转换材料N型和P型的一端结合并将其置于高温状态，另一端开路并给以低温，由于高温端的热激发作用较强，高温端的空穴和电子浓度比低温端高，在这种载流子浓度梯度的驱动下，空穴和电子向低温端扩散，从而在低温开路端形成电势差，将若干对P型和N型热电转换材料连接起来组成半导体发电模块，就可得到足够高的电压，形成一个温差发电机，这种发电机在有微小温差存在的条件下就能将热能直接转化为电能。

进一步的，所述第一无线通讯模块与第二无线通讯模块采用nrf24101无线收发器，无线射频频率为315MHz-2.4GHz传递温度数据信息，解决了高低压物理隔离问题。

进一步的，所述若干个测温传感器模块安装在电缆接头堵头上或埋在堵头里用于测量电缆接头内部发生局部放电灼烧产生的温度，使电缆接头温度测量更加准确。

进一步的，如图3所示，所述测温模块和环境测温模块采用热敏电阻，配合555多谐振荡电路，采用多项式拟合将温度变化转化为频率变化，绘制频率-温度的对应关系图，利用光耦进行隔离，提高电路的抗干扰能力。

进一步的，所述热敏电阻采用NTC10k常数为3950的热敏电阻，当温度变化时，热敏电阻R4阻值发生变化，555多谐振荡电路输入端与热敏电阻R4连接，555多谐振荡电路输出端频率也会随之变化，变化规律为

当555多谐振荡电路输出端为高电平时，三极管Q1导通，光耦PS21-1导通；当555多谐振荡电路输出端为低电平时，三极管Q1断开，光耦PS21-1断开；555多谐振荡电路每振荡一次，光耦PS21-1开关一次，通过测温微处理器的中断程序获取光耦PS21-1开关次数，按照振荡频率区间内的频率-温度函数计算出温度值，提高测量精度。

进一步的，如图4所示，由于振荡频率与温度存在非线性特征，虽然采用多项式拟合的方式提高温度计算结果精度，但是测温微处理器计算精度有限，所以将频率-温度曲线按照曲线导数分成若干频率区间，每个区间建立对应频率-温度函数，把测温微处理器获得的频率按照其所在的频率区间计算出温度。

进一步的，测温传感器模块温度信息采用轮询方式发送，对各所述测温传感器排序，所述接收装置发送给第一测温传感器询问指令，其他测温传感器为接收状态不变，第一测温传感器向接收装置发送回复指令，测温微处理器通过第一测温传感器的温度信息，利用定时器X秒采集外部中断发生次数，得出频率值，根据频率-温度分段函数判断当前频率所在分段，并计算温度值，所述接收装置发送向第一测温传感器发送读取指令，第一测温传感器通过第一无线通讯模块将温度值发送至接收装置，所述测温传感器立即变回接收模式，避免了多个模块随意通讯产生的频繁碰撞问题，使每次通讯都安全可靠。

工作原理：如图5至6所示，所述基于温差法的电缆接头温升故障监测装置的监测方法，包括以下步骤，接收装置初始化设置设定值，对各所述测温传感器排序，所述接收装置设定X秒后检测当前环境温度，并给第一测温传感器发送测温指令，第一个测温传感器收到测温指令时发回回复指令；若未接收到第一个测温传感器的回复指令，则通讯故障，检查设备，将故障信息通过远程通讯模块发送至数据管理中心；否则与第一测温传感器通讯成功，所述接收装置再向第一测温传感器发送读取指令，第一测温传感器回复电缆接头三相温度值给接收装置，所述接收装置在接收到电缆接头三相温度值后，计算电缆接头每两相之间的温度差以及电缆接头每相与环境温度之间的温度差，当电缆接头每两相之间的温度差大于预先设定的阈值或电缆接头每相与环境温度之间的温度差大于预先设定的阈值时，则输出报警信号，通过LCD液晶显示模块显示电缆接头三相温度值、环境温度值、温度报警阈值和报警信号；接收装置重新开始计算环境温度，再向第二测温传感器发送测温指令，以此循环实现电缆接头温升故障实时监测；所述接收装置将电缆接头三相温度值、环境温度值、温度报警阈值和报警信息实时远程传送至数据管理中心，数据管理中心能够远程查询现场情况；所述接收装置依次对若干个测温传感器发送测温指令后，地址计数依次加1，当对若干个测温传皆发送测温指令后，地址计数清零；接收装置依次对若干个测温传感器发送读取指令后，地址计数依次加1，依次判定是否需要输出报警信号，当对若干个测温传皆发送读取指令后，地址计数清零。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种基于温差法的电缆接头温升故障监测装置，其特征在于：包括接收装置、数据管理中心和若干个测温传感器；各所述测温传感器分别安装在电缆接头上与所述接收装置通讯连接，用于检测电缆接头三相温度并发送至接收装置；所述接收装置用于检测当前环境温度并设定温度报警阈值，根据当前环境温度、电缆接头三相温度和温度报警阈值判断电缆接头是否发生温升故障，当电缆接头发生温升故障时，所述接收装置发出报警信号；所述接收装置与数据管理中心通讯连接，并将电缆接头三相温度值、环境温度值、温度报警阈值和报警信息发送至数据管理中心；所述数据管理中心用于远程查询现场情况。

2.根据权利要求1所述的一种基于温差法的电缆接头温升故障监测装置，其特征在于：所述测温传感器包括取电模块、测温微处理器、第一无线通信模块和测温模块；测温模块的输出端与测温微处理器输入端I/O口连接；取电模块输出端与测温微处理器电源端连接；第一无线通信模块输入端与测温微处理器通信接口连接；

所述接收装置包括第二无线通信模块、接收微处理器模块、远程通信模块、环境测温模块、液晶显示模块和电源模块；第二无线通信模块输出端与接收微处理器模块第一通信接口连接；远程通信模块输入端与接收微处理器模块第二通信接口连接；环境测温模块的输出端与接收微处理器模块输入端I/O口连接；液晶显示模块输入端与接收微处理器模块输出端I/O连接；电源模块输出端与接收微处理器模块电源端连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于温差法的电缆接头温升故障监测装置，其特征在于：所述取电模块采用窄截面CT取电、电场取电、温差取电、可充超级电容电池中的一种或两种以上的结合。

4.根据权利要求2所述的一种基于温差法的电缆接头温升故障监测装置，其特征在于：所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均采用无线射频模块；所述液晶显示模块显示环网柜每个开间的电缆接头三相温度值、环境温度值、温度报警阈值和报警信号，若电缆接头发生温升故障，则该电缆接头对应相的温度值频繁闪烁。