一种基于温差法的电缆接头温升故障监测方法及监测装置

摘要

本发明涉及一种基于温差法的电缆接头温升故障监测方法及监测装置，包括以下步骤：对应电缆接头布置复数个测温传感器，并进行排序；通过接收装置采集当前环境温度并向排序第一的测温传感器发送测温指令，所述测温传感器采集电缆接头三相温度并发送至接收装置；所述接收装置计算电缆接头每两相之间的温度差以及电缆接头每相温度值与当前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，判定该电缆接头温升故障；所述接收装置将电缆接头温升故障信息发送至远程设备；根据排序依次对后续的所有测温传感器检测后，重新对排序第一的测温传感器进行检测，依次循环。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于温差法的电缆接头温升故障监测方法及监测装置，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爆炸、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，本发明提供一种基于温差法的电缆接头温升故障监测方法及监测装置用于解决上述问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于温差法的电缆接头温升故障监测方法及监测装置，其具有温度测量精度高、准确率高的特点。

本发明技术方案如下：

技术方案一：

一种基于温差法的电缆接头温升故障监测方法，包括以下步骤：

对应电缆接头布置复数个测温传感器，对各测温传感器进行排序；

采集电缆接头三相温度及当前环境温度，通过接收装置采集当前环境温度并向排序第一的测温传感器发送测温指令，所述测温传感器采集电缆接头三相温度并发送至接收装置；

判断温升故障，接收装置接收到所述测温传感器的电缆接头三相温度信息时，计算电缆接头每两相之间的温度差以及电缆接头每相温度值与当前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，判定该电缆接头温升故障；

输出报警信号，当判定电缆接头温升故障时，所述接收装置通过显示单元显示报警信息并将电缆接头温升故障信息发送至远程设备；

根据排序依次对后续的所有测温传感器发送测温指令、判断温升故障以及将电缆接头温升故障信息发送至远程设备，当完成对排序最后的测温传感器的检测后，重新对排序第一的测温传感器进行检测，依次循环。

具体的，所述接收装置包括环境测温模块，所述环境测温模块和所述测温传感器均包括热敏电阻和多谐振荡电路，所述热敏电阻与所述多谐振荡电路的输入端相连，当温度发生变化时，所述热敏电阻阻值发生变化，多谐振荡电路输出端频率也发生变化，利用多项式拟合的方法获取频率-温度曲线，根据频率-温度曲线得到频率-温度函数，所述环境测温模块和所述测温传感器通过频率-温度函数测量温度。

具体的，所述频率-温度函数是通过将频率-温度曲线按照曲线导数分成若干频率区间，使每个区间内能够建立频率-温度一次方程，集合各区间内的频率-温度一次方程得到的分段函数。

具体的，所述电缆接头温升故障信息包括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；所述远程设备能够远程实时查询现场情况。

具体的，所述测温传感器和接收装置之间采用轮询方式传输数据；常态下，测温传感器处于接收状态，当接收到接收装置发送的指令时，所述测温传感器变为发送状态，数据发送完成后，所述测温传感器立即置为接收状态；在接收状态下，测温传感器只能接收数据，在发送状态下，测温传感器只能发送数据。

技术方案二：

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、远程设备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；所述接收装置与远程设备通讯连接，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远程设备；所述远程设备为数据管理中心平台，用于实时监测现场情况、存储和查询电缆接头放电信息。

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、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；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，所述测温传感器利用取电模块取电，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。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明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、本发明利用光耦隔离，提高了温度测量电路的抗干扰能力；

3、本发明接收装置与测温传感器间采用轮询方式发送，避免多模块随意通讯产生频繁碰撞问题，使通讯更为安全可靠；

4、本发明在满足电缆接头每两相之间的温度差或电缆接头每相温度与当前环境温度差超过阈值的情况下，输出报警信号，提高了判断的准确性。

附图说明

图1为本发明原理结构图；

图2为本发明无线通信模块原理图；

图3为本发明测温模块原理图；

图4为本发明频率-温度关系曲线图；

图5为本发明测温传感器程序流程图；

图6为本发明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发明进行详细的说明。

实施例一：

如图5至6所示，一种基于温差法的电缆接头温升故障监测方法，包括以下步骤：

对应电缆接头布置复数个测温传感器，对各测温传感器进行排序；

采集电缆接头三相温度及当前环境温度，接收装置初始化设置设定值，所述接收装置设定X秒后检测当前环境温度，并向排序第一的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，将故障信息发送至远程设备；否则与排序第一的测温传感器通讯成功，所述接收装置再向排序第一的测温传感器发送读取指令，排序第一的测温传感器回复电缆接头三相温度值给接收装置；

判断温升故障，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，判定该电缆接头温升故障；

输出报警信号，当判定电缆接头温升故障时，所所述接收装置通过显示单元显示报警信息并将电缆接头温升故障信息发送至远程设备；

根据排序依次对后续的所有测温传感器发送测温指令、判断温升故障以及将电缆接头温升故障信息发送至远程设备，当完成对排序最后的测温传感器的检测后，重新对排序第一的测温传感器进行检测，依次循环，以此循环实现电缆接头温升故障实时监测。

进一步的，所述电缆接头温升故障信息包括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，所述远程设备能够能够远程查询现场情况。

进一步的，所述接收装置依次对各测温传感器发送测温指令后，地址计数依次加1，当对各测温传皆发送测温指令后，地址计数清零；所述接收装置依次对各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，当对各测温传皆发送读取指令后，地址计数清零。

进一步的，如图3所示，所述测温模块和环境测温模块均采用热敏电阻，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

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排序第一的测温传感器询问指令，其他测温传感器为接收状态不变，排序第一的测温传感器向接收装置发送回复指令，测温微处理器通过排序第一的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排序第一的测温传感器发送读取指令，排序第一的测温传感器将温度值发送至接收装置，所述排序第一的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。

本实施例的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，并将频率-温度曲线按照曲线导数分成若干频率区间得出频率-温度分段函数，通过测量频率获得温度值，提高了测量精度；利用光耦隔离，提高了温度测量电路的抗干扰能力；接收装置与测温传感器间采用轮询方式发送，避免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。

实施例二：

如图1至2所示，本发明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；所述接收装置包括显示模块、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；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，所述显示模块采用LCD液晶显示屏；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。

本实施例中采用无线射频传递温度数据信息，解决了高低压物理隔离问题；利用一种取电方式或多种取电方式的组合为各测温传感器提供电能，更能适应环网柜内环境，获取电能方式更加简单方便。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明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，均同理包括在本发明的专利保护范围内。