CN106019070B - 一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置和监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置和监测方法，包括微处理器模块，微处理器模块连接有北斗定位模块、环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器，并通过无线通信模块连接到监控终端，环境温湿度传感器用于测定连接端子周围的温度和湿度，温度传感器用于测定连接端子处的温度，电流传感器用于测定连接端子流过的电流。本发明通过环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器的采集，并通过无线通信模块将数据传输到监控终端，实现连接端子处的在线实时监测，大大提高了监控可靠性，采用无线传输，省去了电缆的使用，并可实现短期和长期的监测，并通过定位模块实现故障点的方便寻找，快速排出故障，大大提高维护效率。

Description

一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置和监测方法
技术领域
本发明涉及一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置和监测方法，属于铜铝过渡连接端子工作状态的监测装置。
背景技术
我国盛产铝而铜资源贫乏，铜作为我国仅次于石油的第二大战略物资，进口依存度达到70％。2013年底，国家发改委和工信部已经确定以铝节铜的战略方向，以铝节铜成为各行业关注热点。由于铝合金材料不仅具有铜材的高导电、导热率，而且具有价格低、质量轻、耐腐蚀、美观、经济等优点。因此，对于电网来说，铝合金电缆及附属产品在一定范围内可代替铜电缆。根据我国电力工业“十二·五”发展规划，预计2015年全国110kV及以上输电线路长度将达130万公里，2020年将达170万公里。因此，铝合金电缆迎来了良好的发展机遇。电缆铜铝过渡连接端子是铝合金电缆在电网中使用的重要部件之一，根据运行经验显示90％以上的电缆运行故障是由电缆连接端子故障引发的。
现有的监测采用人工进行定期监测，监测费时费力，监测不实时，易造成故障发生，且监测效率低和监测不可靠，而购买单独的监测设备，设备成本昂贵，维护成本也高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置和监测方法，实现对铜铝过渡连接端子工作状态的实时、快速和可靠的监测，更加省时省力，减少故障发生概率，监测效率高，检测更加可靠，设备成本低，维护方便快捷，提高状态监测设备的可扩展性，以解决现有技术中存在的问题。
本发明采取的技术方案为：一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置，包括微处理器模块，所述微处理器模块连接有北斗定位模块、环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器，并通过无线通信模块连接到监控终端，所述环境温湿度传感器用于测定连接端子周围的温度和湿度，所述温度传感器用于测定连接端子处的温度，所述电流传感器用于测定连接端子流过的电流。
优选的，上述微处理器模块还连接有数据存储模块，数据存储模块包括SD卡，通过SD卡的数据存储模块将采集的环境温湿度、端子温度以及电流信息进行存储，保证了装置采集的可靠性。
优选的，上述环境温湿度传感器采用数字式温湿度传感器SHT15。
优选的，上述温度传感器采用数字式温度传感器DS18B20。
优选的，上述电流传感器采用霍尔传感器。
优选的，上述无线通信模块采用的是双频的GPRS/GSM模块SIM900A，采用的GPRS模块实现将现场数据可靠地传至远端监控终端。
优选的，上述微处理模块采用微处理器MSP430f149，MSP430f149具有低功耗的特点，其内部除了集成有64KB的程序存储区、数据区、特殊功能寄存器区，还集成有十二位的A/D转换单元。
优选的，上述微处理器模块和无线通信模块安装在防水的塑料电器盒内的电路板上，环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器通过安装在塑料电器盒上的防水接头连接到电路板上的微处理器模块。
优选的，上述塑料电器盒还设置有六个A/D转换接口，六个A/D转换接口连接到微处理器模块，提高了装置的可扩展性。
一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置的监测方法，该方法包括以下步骤：
通过北斗模块、环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器测得铜铝过渡端子处的位置、环境温湿度和连接端子温度及电流；
(2)通过测得的环境温度、连接端子温度以及电流和电流通过时间，计算连接端子处热传导热量和热对流热量，公式如下：
在热传导的热量表示为：Q＝C*ΔT*M，C为连接端子物质的比热，M为连接端子物质的质量，ΔT为温差；
热对流的传热量为：h为物质的对流传热系数，A为换热面积，ΔT为温差；
(3)温度校正，将步骤(2)中计算得到的热量代入下列计算模型，即可求得连接端子处实际温度：
T＝ω1Q/(C*M)+ω2φ/(h*A)
上式中，ω1和ω2是通过大量的热量输入和温度输出采用最小二乘法确认的系数；
Q为连接端子处产生的焦耳热；
C为连接端子物质的比热；
M为连接端子物质的质量；
φ连接端子物质热对流的传热量；
h为连接端子物质的对流传热系数；
A为连接端子物质截面换热面积。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器的采集，并通过无线通信模块将数据传输到监控终端，实现连接端子处的在线实时监测，大大提高了监控可靠性，采用无线传输，省去了电缆的使用，并可实现短期和长期的监测，并通过定位模块实现故障点的方便寻找，快速排出故障，大大提高维护效率，本发明还具有结构简单、操作方便快捷和监测可靠的特点。
附图说明
图1是本发明的控制连接结构示意图；
图2是本发明的装置结构示意图；
图3是图2的左视结构示意图；
图4是铝合金电缆铜铝过渡连接器结构截面示意图。
图中：1-蓄电池，2-电源接线端子，3-北斗定位模块，4-微处理器模块，5-无线通信模块，6-电路板，7-北斗定位模块天线，8-北斗模块接线端子，9-传感器接口端子，10-开关，11-塑料电器盒，12-天线，101-连接管，102-导电线芯，103-导电膏层。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：如图1-图4所示，一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置，包括微处理器模块，微处理器模块连接有北斗定位模块、环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器，并通过无线通信模块连接到监控终端，环境温湿度传感器用于测定连接端子周围的温度和湿度，温度传感器用于测定连接端子处的温度，电流传感器用于测定连接端子流过的电流，微处理器模块还连接有提供供电的电源单元。
优选的，上述微处理器模块还连接有数据存储模块，数据存储模块包括SD卡。
优选的，上述环境温湿度传感器采用数字式温湿度传感器SHT15。
优选的，上述温度传感器采用数字式温度传感器DS18B20。
优选的，上述电流传感器采用霍尔传感器。
优选的，上述无线通信模块采用的是双频的GPRS/GSM模块SIM900A。
优选的，上述微处理模块采用微处理器MSP430f149。
优选的，上述微处理器模块和无线通信模块安装在防水的塑料电器盒内的电路板上，环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器通过安装在塑料电器盒上的防水接头连接到电路板上的微处理器模块。
优选的，上述塑料电器盒还设置有六个A/D转换接口，六个A/D转换接口连接到微处理器模块。
塑料电器盒11内的微处理器模块4、无线通信模块5、北斗定位模块3一端与电路板6相连，电源单元1为蓄电池，蓄电池与电路板6一端相连，无线通信模块5另一端与天线12相连，北斗定位模块3一端与北斗定位模块天线7相连，传感器通过防水接头9与电路板6相连，开关10与电路板6相连，天线12和接线端子8在防水外壳11一端伸入其中空腔，分别与无线通信模块5和北斗模块相连，环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器通过防水接头9的一端伸入塑料电器盒内空腔与电路板6相连，开关10在防水的塑料电器盒11上一端伸入塑料电器盒11中空腔与电路板9相连。
上述空气温湿度传感器SHT15与微处理器模块的P1.0、P1.1相连；温度传感器和电流传感器通过SPI传感器总线与微处理器模块的P4.1、P4.2、P4.3、P4.4相连；微处理器与无线通信单元通过P3.6、P3.7相连；微处理器与北斗定位模块通过P3.4、P3.5相连；六个A/D转换接口分别与微处理器的P6.1、P6.2、P6.3、P6.4、P6.5、P6.6相连，其中微处理器的P6.0用于监测蓄电池电压。
如图4所示，连接端子为连接管101、导电线芯102以及导电膏层103，根据连接端子接头结构，可知接头处内部热源包括：在热学中热传导可表示为Q＝C*ΔT*M，C为连接端子物质的比热，M为连接端子物质的质量，ΔT为温差。
根据传热学的原理，电缆接头处的热量主要通过三种方式进行传递，即热传导、热辐射和热对流。其中热传导产生的热量即为焦耳热，热对流的传热量为：h为连接端子物质的对流传热系数，A为连接端子截面换热面积，ΔT为温差。
考虑到传热过程达到热平衡时，温度场不变，则可建立铝合金电缆铜铝过渡连接器的温度场简化模型，考虑铝合金电缆敷设在电缆沟中这种情况，热量主要由热传导和热对流构成：根据具体应用场合，可用大量的输入热传导热量和热对流热量和实测的温度，即可用最小二乘法确定ω1和ω2的值。
本发明通过上式预测铜铝过渡连接器的运行温度，可为连接端子的温度场分析预测提供依据，为连接端子的故障分析正确性提供保障。
实施例2：一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置的监测方法，该方法包括以下步骤：
(1)通过北斗模块、环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器测得铜铝过渡端子处的位置、环境温湿度和连接端子温度及电流；
(2)通过测得的电流、温度以及电流通过时间，计算连接端子处热传导热量和热对流热量，公式如下：
在热学中热传导可表示为Q＝C*ΔT*M，C为连接端子物质的比热，M为连接端子物质的质量，ΔT为温差；
热对流的传热量为：h为连接端子物质的对流传热系数，A为连接端子截面换热面积，ΔT为温差；
(3)温度校正，将步骤(2)中计算得到的热量代入下列计算模型，即可求得连接端子处实际温度：
T＝ω1Q/(C*M)+ω2φ/(h*A)
上式中，ω1和ω2是通过大量的热量输入和温度输出采用最小二乘法确认的系数；
Q为连接端子处产生的焦耳热；
C为连接端子物质的比热；
M为连接端子物质的质量；
φ连接端子物质热对流的传热量；
h为连接端子物质的对流传热系数；
A为连接端子物质截面换热面积。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置，其特征在于：包括微处理器模块，所述微处理器模块连接有北斗定位模块、环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器，并通过无线通信模块连接到监控终端，所述环境温湿度传感器用于测定连接端子周围的温度和湿度，所述温度传感器用于测定连接端子处的温度，所述电流传感器用于测定连接端子流过的电流；铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置的监测方法，该方法包括以下步骤：
(1)通过北斗模块、环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器测得铜铝过渡端子处的位置、环境温湿度和连接端子温度及电流；
(2)通过测得的环境温度、连接端子温度以及电流和电流通过时间，计算连接端子处热传导热量和热对流热量，公式如下：
在热传导的热量表示为：Q＝C*ΔT*M，C为连接端子物质的比热，M为连接端子物质的质量，ΔT为温差；
热对流的传热量为：h为物质的对流传热系数，A为换热面积，ΔT为温差；
(3)温度校正，将步骤(2)中计算得到的热量代入下列计算模型，即可求得连接端子处实际温度：
T＝ω1Q/(C*M)+ω2φ/(h*A)
上式中，ω1和ω2是通过大量的热量输入和温度输出采用最小二乘法确认的系数；
Q为连接端子处产生的焦耳热；
C为连接端子物质的比热；
M为连接端子物质的质量；
φ连接端子物质热对流的传热量；
h为连接端子物质的对流传热系数；
A为连接端子物质截面换热面积。
2.根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置，其特征在于：所述微处理器模块还连接有数据存储模块，数据存储模块包括SD卡。
3.根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置，其特征在于：所述环境温湿度传感器采用数字式温湿度传感器SHT15。
4.根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置，其特征在于：所述温度传感器采用数字式温度传感器DS18B20。
5.根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置，其特征在于：所述电流传感器采用霍尔传感器。
6.根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置，其特征在于：所述无线通信模块采用的是双频的GPRS/GSM模块SIM900A。
7.根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置，其特征在于：所述微处理器模块采用微处理器MSP430f149。
8.根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置，其特征在于：所述微处理器模块和无线通信模块安装在防水的塑料电器盒内的电路板上，环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器通过安装在塑料电器盒上的防水接头连接到电路板上的微处理器模块。
9.根据权利要求8所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置，其特征在于：所述塑料电器盒还设置有六个A/D转换接口，六个A/D转换接口连接到微处理器模块。
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