CN102175341B - 一种基于射频技术的电缆接头精确测温技术和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于射频技术的在线检测电缆接头内部温度的方法和装置，包括内置测温器和外置接收器两部分。内置测温器通过直接接触式测量方法测量电缆接头或芯线表面的温度，通过射频识别技术将数据穿透绝缘层传输到外置接收器。同时外置接收器通过射频信号向内置测温器提供电能，解决了内置测温器的供电问题。本发明的装置具有温度测量准确、体积小、适用性强等优点。
Description
一种基于射频技术的电缆接头精确测温技术和装置
技术领域
[0001] 本技术发明属于电力检测领域，用于对电缆间接头的温度进行测量，及对电缆事故进行预防。
背景技术
[0002]目前高压传输线路可分为架空线和地下电缆两种方式，然而随着城市化的不断发展，于是越来越多的城市尝试着将供电网络从架空线改为地下电缆。由于电缆入地为隐蔽工程，而且承担巨大的电能输送任务，所以如何确保地下电缆的安全、可靠已经引起各城市供电部门的重视。
[0003] 地下电缆在建设安装过程中往往需要将两段电缆连接在一起，由于工艺所限，不可避免地会产生接触电阻，对承担大电流输送的电缆而言，电阻的存在容易引起接头发热，加速绝缘层老化，在未到设计使用寿命前就产生击穿事故，严重的将引起火灾，该类型事故是不可预测的，而且往往会导致大面积停电，严重威胁安全生产，造成重大的经济损失。
[0004] 由于电缆接头的温度是连续且缓慢变化的，所以当接头过热到事故发生时，有着相当长的时间可以采取措施来避免该事故的发生，从而确保线路安全。为了达到这一目的，必须建立一套实时在线监测系统，记录地下电缆接头的真实并连续的温度值，不仅对接头部位的温度变化进行动态监测，还可以提供历史数据比较，并状态评估分析，在事故发生前及时提供参数变化情况和预警信息，提醒相关部门进行线路安全检查和采取必要措施，防患于未燃，将电缆事故的损失降低到最低限度。目前国内尝试在电缆中植入光纤，利用温度变化时光纤的折射率也同时发生改变这一物理特性，进行电缆温度的在线检测应用技术研究。但在实际应用中，大量的无光纤电缆使用已经成为事实，采用光纤植入电缆的方法亦无法从根本上解决电缆在线测温的问题；其二，根据光纤植入电缆的实际结构和使用情况，使用光纤测温，其检测值是光纤植入电缆结构层所在部位的温度，而非电缆导芯的真实温度；再者，光纤植入式电缆在入地敷设过程中，承受大力牵引和拉伸，同时还有弯曲形变，光纤极其容易断裂，导致功能全部丧失。所以，通过在电缆中植入光纤进行在线测温的技术应用受到很大的限制，无法从根本上实现对电缆中间接头的准确测温的要求。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种测量电缆中间接头温度的方法和装置，该装置能够在高温、高压的工作环境下，对运行电缆导芯进行准确测温，并通过RFID技术穿透绝缘层(硅橡胶等)向外界传递测得的温度信号，同时该装置在测量温度和传输数据过程中不破坏原电缆的绝缘和屏蔽结构，这是本发明的关键技术和主要内容。
[0006] 本发明装置包括内置测温器和外置接收器等部件，其中内置测温器位于连接两段电缆接头的铜接管与绝缘套管之间；外置接收器位于绝缘套管外部。内置测温器包括温度传感器、温度转换电路、射频感应线圈、射频接口电路和MCU控制电路等部分。温度传感器与电缆接头的铜接管直接接触。温度传感器可以是热电偶、钼电阻或半导体器件。[0007] 外置接收器包括射频发射与接口电路、射频信号天线、MCU控制电路和远程通信接口电路。该射频信号天线为一组绕内置测温器外沿呈圈形分布的接收线圈组成，采用单个或多个磁芯线圈串联作为接收线圈安装在内置测温器外沿一侧或多侧。
[0008] 外置接收器具有射频识别阅读器的功能，内置测温器具有应答器的功能。内置测温器位于连接两段电缆的接头部分，放置于连接内部铜芯线的铜接管与绝缘套管之间。内置测温器无外接电源，内部所有电路由外置接收器通过电磁感应方式向其供电。温度传感器直接与被测电缆接触，测得的温度值通过射频方式传输给外置接收器，外置接收器提供有线或无线远距离通信接口。
[0009] 外置接收器和内置测温器之间以绝缘护套隔离。这样外置接收器和内置测温器直接没有导线直接连接，而不会破坏原有绝缘结构。
[0010] 外置接收器具有远程通信接口电路，该接口可以是RS485、RS232、CAN、光纤、GPRS、GSM等远程数据接口。通过该接口，温度数据可以传输到远端的计算机、手机或其他终端。
[0011] 根据本发明的其中一个发明目的，提供一种电力电缆接头测温方法，其中具备一测温装置，其中测温装置包括内置测温器和外置接收器；其中
[0012] 内置测温器位于连接两段电缆接头处的铜接管与绝缘套管之间；外置接收器位于绝缘套管以外的其他部位；两者之间通过射频识别技术进行信息交换和能量传输；外置接收器具有进行射频发射的射频天线、用于接收所发射的温度数据并将其传送到二级发射器的识别阅读器，内置测温器包括一射频识别应答器以进行射频识别应答，该射频识别应答器还包括射频天线与外置接收器进行通信；内置测温器无外接电源，内置测温器内部所有电路由外置接收器通过电磁感应方式向其供电；
[0013] 外置接收器与射频天线可以分离，射频天线根据内置测温器的对应位置安装，夕卜置接收器可以根据接头的结构调整其安装位置，外置接收器与射频天线以导线连接；
[0014] 温度传感器直接与被测电缆导芯或铜接管接触，所测得的温度值通过射频天线以射频方式传输给外置接收器，外置接收器提供有线或无线远距离通信接口 ；
[0015] 其特征在于该方法包括下述步骤:
[0016] 由内置测温器采集电缆间接头内部的温度数据；
[0017] 将采集到的原始数据进行处理后以射频方式进行信号发射；
[0018] 所发射的信号经外置接收器以相应的接收方式接收后，输入传送到识别阅读器。
[0019] 根据本发明的另一发明目的，提供一种用于电力电缆接头的测温装置，其特征在于:该测温装置包括:内置测温器和外置接收器；其中
[0020] 内置测温器位于连接两段电缆接头的铜接管与绝缘套管之间；外置接收器位于绝缘套管以外的其他部位，外置接收器天线独立于接收器，并与内置测温器天线中心对应安装，中间间隔绝缘层，两者之间通过射频识别技术进行信息交换和能量传输；
[0021] 外置接收器通过射频天线发出射频信号，给内置测温器供应电能，同时与内置测温器实现数据通信，内置测温器无外接电源，通过射频感应线圈接收外置接收器发射的射频信号，经电源变换电路后为其内部电路供电。
[0022] 根据本发明的进一步的发明目的，其中内置测温器包括温度传感器、温度转换电路、射频感应线圈、射频接口电路和MCU控制电路等部分；温度传感器与电缆接头的铜接管或导芯直接接触；温度传感器可以是热电偶、钼电阻或半导体器件；温度转换电路用于将温度传感器输出的信号转换为MCU可以识别的模拟或数字信号；射频感应线圈用于实现与外置接收器的能量接收与数据交换；射频接口电路用于实现MCU与射频感应线圈间的信号转接。
[0023] 根据本发明的进一步的发明目的，其中外置接收器包括射频发射与接口电路、射频信号天线、MCU控制电路和远程通信接口电路；射频发射与接口电路用于接收MCU控制电路发出的控制信号和数据信号，通过射频信号天线发送到内置测温器；射频发射与接口电路同时通过射频信号天线接收内置测温器发出的应答信号，发送给MCU控制电路，MCU根据得到的信号解码，读出温度值。
[0024] 根据本发明的进一步的发明目的，其中外置接收器射频信号天线为一组绕内置测温器外沿呈圈形分布的接收线圈组成，采用单个或多个磁芯线圈串联作为接收线圈安装在内置测温器外沿一侧或多测。
附图说明
[0025] 图1是用于本发明温度测量的电缆间接头示意图；
[0026] 图2是用于本发明温度测量的电缆间接头内部结构原理图；
[0027] 图3是用于本发明温度测量的内置测温器的测温原理图；
[0028] 图4是用于本发明温度测量的内置测温器与外界通讯的原理图；
[0029] 图5是用于本发明温度测量的内置测温器的一个实现框图；
[0030] 图6是用于本发明温度测量的外置接收器的一个实现框图；
[0031] 图7是用于本发明温度测量的内置测温器的基本结构示意图。
[0032] 附图中各标号指代名称如下:
[0033] 1.铜芯线；2.铜接管；3.内置测温器；4.外置接收器；5.射频天线；6.绝缘套管；
7.铜屏蔽层；8.电缆内绝缘层；9.电缆铠装层；10.电缆外绝缘层；11.导线；12.温度探头；13.射频感应线圈；14.内置测温器电路模块；15.侧位天线孔。
具体实施方式
[0034] 电缆中间接头基本结构见解剖图，说明电缆接头的制作完毕后，导芯经铜接管相联，其外包覆绝缘套管，再以不同材料以绕包方式逐层恢复多层保护。如图2所示，本发明的测温装置包括内置测温器3和外置接收器4等部件，按照一定的工艺和连接方法安装在电缆中间接头各部位，通过相互的功能配合和通讯，整体实现对电缆中间接头准确测温并向外传输温度及相关参数信号的目的；同时还解决信号穿透绝缘层的技术问题。具体结构如图2所示(其中黑色部分为本装置除连接导线外其他的部件)。其中内置测温器3位于电缆接头的铜芯线I或铜接管2与绝缘套管6之间，采用直接接触测量方式检测电缆间接头的铜芯线I或铜接管2的温度，并将所述温度数据经处理后以射频信号方式发送出去；外置接收器的射频天线5位于绝缘套管和屏蔽层之间，外置接收器4部分可以根据电缆接头的不同结构位于绝缘套管6之外的其他位置，接收器和天线之间采用导线连接；外置接收器4用于接收内置测温器3发射的温度数据并通过远程通信接口电路以无线或有线方式发送至远端服务器、手机或其他终端。
[0035] 测温装置分两部分:内置测温器3和外置接收器4。内置测温器3位于图2所示连接两段电缆接头的铜接管2与绝缘套管6之间；外置接收器4位于绝缘套管6外部。外置接收器4发出射频信号，给内置测温器3供应电能，同时与内置测温器3实现数据通信。内置测温器3无外接电源，通过射频感应线圈13 (见图7)接收外置接收器4发射的射频信号，经电源变换电路后为其内部电路供电。
[0036] 内置测温器包括温度传感器、温度转换电路、射频感应线圈、射频接口电路和MCU控制电路部分(图3)。温度传感器与电缆接头的铜接管2或导芯直接接触。温度传感器可以是热电偶、钼电阻或半导体器件。温度转换电路需要与温度传感器相匹配，温度传感器采用K型热电偶时，温度转换电路可采用MAX6675，直接与MCU通过数字接口相连接。也可采用低功耗运放，对温度信号进行放大后送到MCU做AD采样。射频感应线圈可以采用有磁芯的电感线圈或环形空心线圈，呈圈型或矩形分布在内置测温器外部，通过侧位天线孔连接内置线路。射频接口电路可以采用TI公司的射频接口芯片TMS37157。MCU可采用TI公司的TMS430F2274或ATMEL公司的ATTINY24等。图5为内置测温器的一个实现框图。图7为内置测温器的基本结构示意图。
[0037] 外置接收器包括射频发射与接口电路、射频信号天线5、MCU控制电路和远程通信接口电路(如图4)。射频发射与接口电路接收MCU控制电路发出的控制信号和数据信号，通过射频信号天线5发送到内置测温器3 ;射频发射与接口电路同时通过射频信号天线接收内置测温器发出的应答信号，发送给MCU控制电路，MCU根据得到的信号解码，读出温度值。射频信号天线可采用环形空心线圈，与内置测温器中心对应在绝缘套管外放置，射频发射与接口电路可采用TI公司的TMS3705，MCU控制电路可采用ATMEL的AVR系列、ST的STM32系列、TI的TMS430系列MCU，外加电源、晶振等外围电路。远程通信接口电路可以采用RS485、CAN、RS232等接口芯片，如MAX3082、MAX485、82C251等。也可以采用光纤收发模块或GPRS、GSM模块。图6为外置接收器的一个实现框图。
[0038] 本发明并非仅限于在此明确描述的实施例。虽然先前的描述和附图描述了本发明的优选实施例，但是可以理解:在不脱离本发明的精神的情况下，在此可以产生各种附加、修改和替换。本领域普通技术人员很清楚:在不脱离本发明的精神或本质特性的情况下，可以以其他特殊形式、结构、布置、比例、以及利用其他元件、材料和部件来实现本发明。本领域的技术人员将意识到:本发明可以使用发明实际中使用的结构、布置、比例、材料以及部件和其他的许多修改，这些修改在不脱离本发明的原理的情况下而特别适应于特殊环境和操作需求。因此，当前公开的实施例在所有方面应被理解为说明性的而非对其请求保护的范围的限制。
Claims (4)
1.一种电力电缆接头测温方法，其中具备一测温装置，其中测温装置包括内置测温器和外置接收器；其中 内置测温器位于连接两段电缆接头处的铜接管与绝缘套管之间；外置接收器位于绝缘套管以外的其他部位；两者之间通过射频识别技术进行信息交换和能量传输；外置接收器具有进行射频发射的第一射频天线，第一射频天线用于接收内置测温器所发射的温度数据并将其传送到识别阅读器，内置测温器包括一温度传感器及一射频识别应答器以进行射频识别应答，该射频识别应答器还包括第二射频天线与外置接收器进行通信；内置测温器无外接电源，内置测温器内部所有电路由外置接收器通过电磁感应方式向其供电，内置测温器位于绝缘套管之内，并与两段电缆接头处的铜接管接触或固定连接；外置接收器发出射频信号，给内置测温器供应电能，同时与内置测温器实现数据通信； 外置接收器与第一射频天线可以分离，第一射频天线根据内置测温器的对应位置安装，外置接收器可以根据接头的结构调整其安装位置，外置接收器与第一射频天线以导线连接； 温度传感器直接与被测电缆导芯或铜接管接触，所测得的温度值通过第二射频天线以射频方式传输给外置接收器，外置接收器提供有线或无线远距离通信接口 ； 其特征在于该方法包括下述步骤: 由内置测温器采集电缆间接头内部的温度数据； 将采集到的原始数据进行处理后以射频方式进行信号发射； 所发射的信号经外置接收器以相应的接收方式接收后，输入传送到识别阅读器。
2.一种用于电力电缆接头的测温装置，其特征在于:该测温装置包括:内置测温器和外置接收器；其中` 内置测温器位于连接两段电缆接头的铜接管与绝缘套管之间；外置接收器位于绝缘套管以外的其他部位，外置接收器第一射频天线独立于接收器，并与内置测温器第二射频天线中心对应安装，中间间隔绝缘层，两者之间通过射频识别技术进行信息交换和能量传输; 外置接收器通过第一射频天线发出射频信号，给内置测温器供应电能，同时与内置测温器实现数据通信，内置测温器无外接电源，通过射频感应线圈接收外置接收器发射的射频信号，经电源变换电路后为其内部电路供电；内置测温器包括温度传感器、温度转换电路、射频感应线圈、射频接口电路和MCU控制电路部分；温度传感器与电缆接头的铜接管或导芯直接接触；温度传感器是热电偶、钼电阻或半导体器件；温度转换电路用于将温度传感器输出的信号转换为MCU可以识别的模拟或数字信号；射频感应线圈用于实现与外置接收器的能量接收与数据交换；射频接口电路用于实现MCU与射频感应线圈间的信号转接。
3.如权利要求2所述的测温装置，其特征是外置接收器包括射频发射与接口电路、第一射频天线、MCU控制电路和远程通信接口电路；射频发射与接口电路用于接收MCU控制电路发出的控制信号和数据信号，通过第一射频天线发送到内置测温器；射频发射与接口电路同时通过第一射频天线接收内置测温器发出的应答信号，发送给MCU控制电路，MCU根据得到的信号解码，读出温度值。
4.如权利要求2所述的测温装置，其特征是外置接收器第一射频天线为一组绕内置测温器外沿呈圈形分布的接收线圈组成，采用单个或多个磁芯线圈串联作为接收线圈安装在内置测温器外沿一侧 或多侧。
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