CN106597961A - 环网柜环境监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力监测领域，涉及一种环网柜环境监测系统，通过监测环网柜的相电流、电缆分接头温度、紧固套管温度、环境温湿度，并传输到控制器上与设定的标准值进行比较，来判断是否异常，如果异常，则控制相应的开关，切断环网柜的发生故障的间隔；通过监测柱上开关的设备线夹温度、并沟线夹温度、隔离刀闸温度、相电流，并与标准值比较来判断环网柜内的柱上开关是否异常；通过监测架空电缆的电缆搭接头温度和监测架空电缆的电流值来判断架空电缆的电缆搭接头是否异常。本发明可及时捕捉设备运行可能出现的异常，实现对电气设备故障的早期预判和处理。

Description

环网柜环境监测系统及方法

技术领域

本发明属于电力配网设备监测领域，涉及一种环网柜环境监测系统及方法。

背景技术

配电网络的结构庞大且复杂，网络结构由于故障或负荷转移操作中开关的开合，经常发生变化，且随经济的发展，超高压、大电网、大容量、自动化也是电力系统的发展趋势，智能电网建设的飞速发展，点多、面广和设备差异大的配电网智能化建设一直受到很多技术及资金方面的束缚。配网自动化建设覆盖面仍然满足不了实际需求。传统的配电网自动化监控解决方案投资大、建设周期长、实施困难，技术相对不成熟，因此无法大面积推广。

同时由于输电电缆长期运行在的高压环境中，易发热、老化，从而引起火灾事故，尤其是电缆接头处受环境约束大，对温湿度要求严格。对此，相关部门每年都投入大量人力、物力，对电缆及其运行环境进行巡视检查，特别是在高温、大负荷季节，进行大量的巡检工作，采取了不少安全措施和技术来保障电缆的安全运行。但是这些传统方式无法实时掌握异常情况，不能及时进行事故预防，安全事故仍时有发生。因此，急需一种新的监测方式解决问题。

经过多年来对火灾调查研究发现，大多数的火灾事故都是由于温度过高引起的，尤其以电缆的火灾导致的损失为最大。中间接头绝缘件和终端头插拔件是电力电缆的重要附件，对电缆等电力设备的安全运行提供有力保障，因此监测其温升变化，非常有必要。

发明内容

基于现有技术的上述状况，为了科学地对配网电气设备进行状态监测，以预防设备故障，优化人员配置，降低设备运行和维修成本，本发明提供了一种环网柜环境监测系统及其对应的监测方法，利用传感技术以及可靠的通讯手段实现对电气设备运行状态的全天候监测，通过对采集到的温度、湿度、烟感以及电力参量等数据的分析，可以及时捕捉设备运行可能出现的异常，实现对电气设备故障的早期预判和处理，同时大大减少巡检人员人力成本，实现减员增效的目的。

为了实现上述目的，本发明采用了下述技术方案。一种环网柜环境监测系统，包括户外配网设备监测系统，户外配网设备监测系统包括控制器，和与控制器连接的用于监测环网柜的相电流的电流采集装置、用于监测环网柜的电缆分接头温度的温度采集装置、用于监测环网柜的紧固套管温度的温度采集装置、用于监测环网柜的环境温湿度的温湿度采集装置、用于监测柱上开关的设备线夹温度的温度采集装置、用于监测柱上开关的并沟线夹温度的温度采集装置、用于监测柱上开关的隔离刀闸温度的温度采集装置、用于监测柱上开关的相电流的电流采集装置、用于监测架空电缆的电缆搭接头温度的温度采集装置和用于监测架空电缆的电流值的电流采集装置。

进一步优选，所述控制器是STM32单片机系统，内设数据比较模块，数据比较模块可比较监测参数和设定的标准参数，异常时报警。

进一步优选，所述控制器通过网关或无线通信模块连接在线监测平台，在线监测平台设置在中控室，通过在线监测平台监控各环网柜，所述在线监测平台与人工巡检系统数据交互，可把人工巡检情况通过人工巡检系统录入，并上传至在线监测平台。

进一步优选，所述在线监测平台与移动终端无线通信，可将异常情况实时通知维护人员，以便维护人员及时处理异常情况。

进一步优选，电流采集装置采用无源无线电流传感器，无源无线电流传感器具有免维护的特点。

进一步优选，环网柜类型可分为封闭间隔式环网柜和开放式环网柜，其中封闭式环网柜5间隔居多，也有少部分6间隔环网柜，除去备用柜均可按照5间隔两进三出的柜型组合来进行温度采集装置配置。

进一步优选，户外环网柜处于室外相对室内比较恶劣的环境，昼夜温差大易产生凝露或晨露，时间一长可能导致电缆绝缘层老化开裂等故障隐患，且柜体如果密封处理不好会加速设备绝缘层老化。根据现场实际信息，可以选择环网柜的每一个间隔安装一台除湿机或者大环境(箱体)安装一台除湿机，再在每个间隔加装一只温湿度传感器，便能有效的防御湿度过大导致电气故障发生的几率。

进一步优选，温度采集装置采包括DS18B20温度传感器、温度传感器紧固件、基于DS18B20的多点测温采集仪，通过温度传感器紧固件将各DS18B20温度传感器分别固定在电缆分接头、紧固套管、设备线夹、并沟线夹、隔离刀闸、电缆搭接头上，基于DS18B20的多点测温采集仪由单片机控制系统、电源管理电路、单总线驱动器、存储单元、通道片选板和通信电路构成，电源管理电路、存储单元和通信电路连接单片机控制系统，单片机控制系统连接单总线驱动器，单总线驱动器连接通道片选板，通道片选板连接各DS18B20温度传感器。解决了现场温度传感器采集问题，降低了温度传感器采集的成本。

一种环网柜环境监测方法，通过监测环网柜的相电流、电缆分接头温度、紧固套管温度、环境温湿度，并传输到控制器上与设定的标准值进行比较，来判断是否异常，如果异常，则控制相应的开关，切断环网柜的发生故障的间隔；通过监测柱上开关的设备线夹温度、并沟线夹温度、隔离刀闸温度、相电流，并与标准值比较来判断环网柜内的柱上开关是否异常；通过监测架空电缆的电缆搭接头温度和监测架空电缆的电流值来判断架空电缆的电缆搭接头是否异常。

本发明对环网柜、柱上开关、架空电缆的电气接点温度和电力参量及环境温湿度进行监测，配合人工智能巡检等功能形成一套完整智能配网监测系统，除了能将采集到的数据上传至中控室外后台进行数据存储、分析，还能将报警信息发送至指定移动终端上。

本发明利用传感技术以及可靠的通讯手段实现对电气设备运行状态的全天候监测，通过对采集到的温度、湿度、烟感以及电力参量等数据的分析，可以及时捕捉设备运行可能出现的异常，实现对电气设备故障的早期预判和处理，同时大大减少巡检人员人力成本，实现减员增效的目的。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是基于DS18B20的多点测温采集仪的示意图。

图3是单总线驱动器电路连接图。

具体实施方式

一种环网柜环境监测系统，包括户外配网设备监测系统1，户外配网设备监测系统包括控制器，和与控制器连接的用于监测环网柜11的相电流111的电流采集装置、用于监测环网柜11的电缆分接头温度112的温度采集装置、用于监测环网柜11的紧固套管温度113的温度采集装置、用于监测环网柜11的环境温湿度114的温湿度采集装置、用于监测柱上开关12的设备线夹温度121的温度采集装置、用于监测柱上开关12的并沟线夹温度122的温度采集装置、用于监测柱上开关12的隔离刀闸温度123的温度采集装置、用于监测柱上开关12的相电流124的电流采集装置、用于监测架空电缆13的电缆搭接头131温度的温度采集装置和用于监测架空电缆13的电流值的电流采集装置。

电流采集装置采用电流互感器。

所述控制器是STM32单片机系统，内设数据比较模块，数据比较模块可比较监测参数和设定的标准参数，异常时报警。

所述控制器通过网关或无线通信模块连接在线监测平台2，在线监测平台2设置在中控室，通过在线监测平台2监控各环网柜11，所述在线监测平台2与人工巡检系统4数据交互，可把人工巡检情况通过人工巡检系统4录入，并上传至在线监测平台2。所述在线监测平台2与移动终端3无线通信，可将异常情况实时通知维护人员，以便维护人员及时处理异常情况。

本发明中，电流采集装置采用无源无线电流传感器，无源无线电流传感器具有免维护的特点。

环网柜类型可分为封闭间隔式环网柜和开放式环网柜，其中封闭式环网柜5间隔居多，也有少部分6间隔环网柜，除去备用柜均可按照5间隔两进三出的柜型组合来进行温度采集装置配置。

户外环网柜处于室外相对室内比较恶劣的环境，昼夜温差大易产生凝露或晨露，时间一长可能导致电缆绝缘层老化开裂等故障隐患，且柜体如果密封处理不好会加速设备绝缘层老化。根据现场实际信息，可以选择环网柜的每一个间隔安装一台除湿机或者大环境(箱体)安装一台除湿机，再在每个间隔加装一只温湿度传感器，便能有效的防御湿度过大导致电气故障发生的几率。

温度采集装置采包括DS18B20温度传感器、温度传感器紧固件、基于DS18B20的多点测温采集仪，通过温度传感器紧固件将各DS18B20温度传感器分别固定在电缆分接头、紧固套管、设备线夹、并沟线夹、隔离刀闸、电缆搭接头上，基于DS18B20的多点测温采集仪，如图2和图3所示，由单片机控制系统26、单总线驱动器24、DS18B20温度传感器21、通道片选板23、存储单元27，通信电路28和电源管理电路25等组成。

单片机控制系统26采用STM32单片机，单总线驱动器24通过I2C总线与STM32单片机连接，同时该I2C总线还连接有存储单元27，存储单元采用EEPROM器件，具有可重复擦写特性。存储单元27与单总线驱动器24在I2C总线拥有不同的器件地址，STM32单片机可以根据不同的器件地址进行通信。电源管理电路25和通信电路28直接与单片机控制系统26连接，通信电路28采用485总线，将采集的温度数据发送至控制端。单总线驱动器24连接有通道片选板23，通道片选板23采用4通道一组的模式，即每块通道片选板23有4个通道，多点测温采集仪最多可以配置8块通道片选板23，现场可以根据DS18B20温度传感器21的实际部署数量，灵活配置通道片选板23，这样可以使成本降低。通道片选板23连接DS18B20温度传感器21，DS18B20温度传感器21与通道片选板23通过单总线22连接，每个通道的单总线22最多可以连接8个DS18B20温度传感器21。

多点测温采集仪现场部署完成后，通过通信电路28将现场连接的所有DS18B20温度传感器21的内部编码ID存储在存储单元27中。采集开始后，单片机控制系统26首先从存储单元27读取DS18B20温度传感器21的编码ID，然后控制通道片选板23，通过搜索算法，寻找挂载在单总线22上面对应的DS18B20温度传感器21，搜索完成后，STM32单片机通过单总线22选通该DS18B20温度传感器21，然后进行温度数据读取。

单总线驱动器24可以控制外部连接的MOSFET器件，用于单总线22强上拉，提高单总线负载能力，同时，单总线22通过上拉电阻(如图2所示，单总线有470Ω的上拉电阻，可以提高单总线驱动能力)，直接将单总线上拉至电源，这样，可以在不增加系统开销的情况下单个通道上面连接8个数字温度传感器。通过单总线驱动24的外部MOSFET器件上拉和单总线的电源强上拉，提高了单总线驱动能力，实现了单通道连接8个DS18B20温度传感器21，同时，单总线通过两种上拉方式，可以使单总线延长至400米的通信距离，大大提高了通信距离，可以使DS18B20温度传感器21分布部署。多点测温采集仪可以通过通道片选板23的方式，将通道扩展，最多支持32通道，每个通道可以连接8个温度传感器，一个多点测温采集仪可以采集现场256个数字温度传感器，节省了采集成本。

本发明中，控制器与基于DS18B20的多点测温采集仪可共用单片机，简化系统组成。温度传感器紧固件内设DS18B20温度传感器槽，将DS18B20温度传感器紧贴在被测部件上，温度传感器紧固件可以采用环状紧固件，如卡箍，其内表面开槽放置DS18B20温度传感器。

本发明通过监测环网柜的相电流、电缆分接头温度、紧固套管温度、环境温湿度，并传输到控制器与设定的标准值进行比较，来判断是否异常，如果异常，则控制相应的开关，切断环网柜的发生故障的间隔；通过监测柱上开关的设备线夹温度、并沟线夹温度、隔离刀闸温度、相电流，并与标准值比较来判断环网柜内的柱上开关是否异常；通过监测架空电缆的电缆搭接头温度和监测架空电缆的电流值来判断架空电缆的电缆搭接头是否异常。本发明实现了对环网柜各潜在故障部位实现了有效监测。

Claims (9)

1.一种环网柜环境监测系统，其特征是：包括户外配网设备监测系统，户外配网设备监测系统包括控制器，和与控制器连接的用于监测环网柜的相电流的电流采集装置、用于监测环网柜的电缆分接头温度的温度采集装置、用于监测环网柜的紧固套管温度的温度采集装置、用于监测环网柜的环境温湿度的温湿度采集装置、用于监测柱上开关的设备线夹温度的温度采集装置、用于监测柱上开关的并沟线夹温度的温度采集装置、用于监测柱上开关的隔离刀闸温度的温度采集装置、用于监测柱上开关的相电流的电流采集装置、用于监测架空电缆的电缆搭接头温度的温度采集装置和用于监测架空电缆的电流值的电流采集装置。

2.根据权利要求1所述的环网柜环境监测系统，其特征是：所述控制器是STM32单片机系统，内设数据比较模块。

3.根据权利要求1所述的环网柜环境监测系统，其特征是：所述控制器通过网关或无线通信模块连接在线监测平台，在线监测平台设置在中控室，通过在线监测平台监控各环网柜，所述在线监测平台与人工巡检系统数据交互。

4.根据权利要求1所述的环网柜环境监测系统，其特征是：所述在线监测平台与移动终端无线通信。

5.根据权利要求1所述的环网柜环境监测系统，其特征是：电流采集装置采用无源无线电流传感器。

6.根据权利要求1所述的环网柜环境监测系统，其特征是：环网柜的每一个间隔安装一台除湿机。

7.根据权利要求1所述的环网柜环境监测系统，其特征是：环网柜的箱体内安装一台除湿机，再在每个间隔加装一只温湿度传感器。

8.根据权利要求1所述的环网柜环境监测系统，其特征是：温度采集装置采包括DS18B20温度传感器、温度传感器紧固件、基于DS18B20的多点测温采集仪，通过温度传感器紧固件将各DS18B20温度传感器分别固定在电缆分接头、紧固套管、设备线夹、并沟线夹、隔离刀闸、电缆搭接头上，基于DS18B20的多点测温采集仪由单片机控制系统、电源管理电路、单总线驱动器、存储单元、通道片选板和通信电路构成，电源管理电路、存储单元和通信电路连接单片机控制系统，单片机控制系统连接单总线驱动器，单总线驱动器连接通道片选板，通道片选板连接各DS18B20温度传感器。

9.一种环网柜环境监测方法，通过监测环网柜的相电流、电缆分接头温度、紧固套管温度、环境温湿度，并传输到控制器上与设定的标准值进行比较，来判断是否异常，如果异常，则控制相应的开关，切断环网柜的发生故障的间隔；通过监测柱上开关的设备线夹温度、并沟线夹温度、隔离刀闸温度、相电流，并与标准值比较来判断环网柜内的柱上开关是否异常；通过监测架空电缆的电缆搭接头温度和监测架空电缆的电流值来判断架空电缆的电缆搭接头是否异常。