CN107340075A - 一种网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置及方法，网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置包括多颗温度传感器、传感器连接网络和温度数据处理单元；多颗温度传感器布设在传感器连接网络网线交叉点上；温度数据处理单元根据多颗温度传感器位置绘制温度场图谱；多颗温度传感器通过传感器连接网络以横向和纵向交叉排列形式对电缆接头橡胶层进行包裹，矩阵扫描获取温度信号，温度数据处理单元检测电缆接头橡胶层温度差值，给出实时温度场图谱，实现电缆接头橡胶层多点温度场监测。本发明通过检测电缆橡胶层温度场，发现橡胶层温度相对变化；当出现温度异常时，提醒用户该电缆可能发生局放或具体指出电缆某处发热，从而确保电缆安全运行。

Description

一种网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置及方法

技术领域

本发明涉及高压电技术领域，具体涉及一种网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置及方法。

背景技术

高压电缆作为城市的血脉，提供着城市生活所需的能量。一旦电缆出现故障,对城市生活造成的影响不可估量。高压电路主要故障位置为高压电缆接头,做好高压电缆接头检测，是确保高压电缆稳定工作的要点。

目前，高压电缆检测技术的温度检测包含光纤测温，内置电缆芯线测温，如公开号为CN103837260A的中国发明专利公开了一种电缆接头光纤测温装置，线缆接头被上夹板和下夹板通过螺栓夹持，在上夹板上有上变形齿，在平板的下部有下变形齿，在上变形齿与下变形齿之间夹持有信号光纤，信号光纤的另一端与测试单元连接，上变形齿的热膨胀系数大于螺栓的膨胀系数；当线缆接头温度升高后，导致上变形齿变高，从而使上变形齿与下变形齿之间的距离靠近，使信号光纤的微弯曲率增加，导致信号光纤内传输的光信号衰减，则测试单元监测到光信号的变化，并将该变化值传递给处理单元，后者计算出线缆接头温度的变化，并根据变化的大小判断下一步是报警还是继续监测。该方法的缺点是：1、不是专门针对橡胶层的测温；2、测温是一个点，而不能测量出温度面图谱。

针对电缆接头橡胶层的测温技术空缺。电缆接头硅橡胶层是电缆接头的主绝缘层，一旦橡胶层老化，绝缘等级降级，将会产生局放事件加速老化，最后电缆头炸毁。如果能够测量出电缆接头橡胶层温度场，在电缆橡胶层刚开始老化发生微弱局放时，就及时更换电缆头，电缆事故防患于未然是对电缆最好的保护。

发明内容

为了解决电缆接头橡胶层的测温技术空缺，本发明提供了一种网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置及方法，网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置包括多颗温度传感器、传感器连接网络和温度数据处理单元；采用网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，通过检测电缆橡胶层温度场，发现橡胶层温度的相对变化；当局部或者某点的相对温度出现异常时，通过矩阵图谱显示相对温度的区别，以提醒用户在电缆的局部或者某点处发热，再通过局放检测装置看是否发生局放，从而保证电缆安全运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明公开了一种网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，该装置设置于电缆接头处，该装置包括多颗温度传感器、传感器连接网络和温度数据处理单元；多颗温度传感器布设在传感器连接网络的网线交叉点上；温度数据处理单元根据多颗温度传感器的位置，绘制温度场图谱；多颗温度传感器通过传感器连接网络以横向和纵向交叉排列的形式对电缆接头的橡胶层进行包裹，矩阵扫描获取温度信号，温度数据处理单元检测电缆接头橡胶层温度差值，给出实时温度场图谱，实现电缆接头的橡胶层多点温度场监测。

优选的是，所述多颗温度传感器为热敏电阻。

在上述任一技术方案中优选的是，所述多颗温度传感器为热敏电容。

在上述任一技术方案中优选的是，所述多颗温度传感器为温度采集芯片。

在上述任一技术方案中优选的是，所述温度采集芯片采用DS18B20型温度采集芯片。

在上述任一技术方案中优选的是，所述传感器连接网络使用矩阵结构。

在上述任一技术方案中优选的是，所述传感器连接网络使用柔性PCB（FPC）制作。

在上述任一技术方案中优选的是，所述传感器连接网络利用柔性PCB（FPC）的柔软特性制作网格矩阵，网格矩阵与处理单元使用铜丝导体连接。

在上述任一技术方案中优选的是，所述网格矩阵为菱形状网格、方形状网格、圆形状网格中的任意一种；所述网格矩阵的形式不限于菱形状网格、方形状网格、圆形状网格，它还可以采用其他多边形网格。

在上述任一技术方案中优选的是，所述传感器连接网络安装在电缆接头的橡胶层外、铜网层内。

在上述任一技术方案中优选的是，所述温度数据处理单元包括多路ADC，所述温度数据处理单元使用多路ADC分组采集温度场数据。

本发明还公开了一种利用如上述任一项所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置对电缆接头的橡胶层进行温度场监测的方法，该方法包括：

网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置包括多颗温度传感器、传感器连接网络和温度数据处理单元，使用柔性PCB（FPC）制作矩阵式测温的传感器连接网络，多颗温度传感器布设在矩阵式传感器连接网络的网线交叉点上，通过矩阵扫描，温度数据处理单元根据多颗温度传感器的位置绘制温度场图谱；多颗温度传感器通过传感器连接网络以横向和纵向交叉排列的形式对电缆接头的橡胶层进行全面包裹，矩阵扫描获取温度信号，温度数据处理单元检测电缆接头橡胶层温度差值而给出实时温度场图谱，实现电缆接头的橡胶层的多点温度场监测。

在上述任一技术方案中优选的是，所述矩阵扫描的实现方式具体包括：扫描线依次对布设在矩阵式传感器连接网络网线交叉点上的多颗温度传感器供电，温度数据处理单元的信号线接收信号，设横向为一组温度信号，设纵向为第二组温度信号；扫描线供电一根，信号线接收到一组信号，取得第一组数据，扫描线断开第一根线供电，对第二根线供电，信号线接收到第二组温度信号，直到扫描线轮询一圈，信号线采集完所有温度传感器的温度信号，实现矩阵扫描。

在上述任一技术方案中优选的是，所述柔性PCB（FPC）制作矩阵式测温网络的过程具体包括：

第一步，制作网格矩阵式柔性PCB（FPC）电路，并使用激光切割；

第二步，FPC 在贴片机贴片安装温度传感器以后连接圆柱上下连接点，将平面的网络组成圆柱形；

第三步，左右挤压圆柱体，形成网格状矩阵传感器连接网络。

在上述任一技术方案中优选的是，所述网格矩阵为菱形状网格、方形状网格、圆形状网格中的任意一种；所述网格矩阵的形式不限于菱形状网格、方形状网格、圆形状网格，它还可以采用其他多边形网格。

在上述任一技术方案中优选的是，所述网格矩阵采用菱形状网格，扫描线与信号线在一起；当菱形状网格矩阵的网络连接成一个圆柱体时，扫描线与信号线都在一侧。

在上述任一技术方案中优选的是，所述菱形状网格矩阵的网络左右两边连接组成一个菱形的圆柱体，圆柱体安装在电缆接头橡胶层外与铜网层内部。

本发明的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置及方法，网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置包括多颗温度传感器、传感器连接网络和温度数据处理单元，多颗温度传感器布设在传感器连接网络的网线交叉点上；温度数据处理单元根据多颗温度传感器的位置，绘制温度场图谱；多颗温度传感器通过传感器连接网络以横向和纵向交叉排列的形式对电缆接头的橡胶层进行包裹，矩阵扫描获取温度信号，温度数据处理单元检测电缆接头橡胶层温度差值，给出实时温度场图谱，实现电缆接头的橡胶层多点温度场监测。

在现有技术中，电缆接头橡胶层是电缆接头绝缘主题，其老化程度直接代表了电缆接头的寿命，也是电缆接头发生局放的源泉。检测电缆接头温度场的变化，可以提早发现电缆接头局部老化程度和发生局放，从而将电缆故障提前排除，实现安全放心用电。传统的电缆接头内部测温有很多种，最常见的是光纤测温、隔离无源测温，但都不能实现电缆橡胶层多点温度场监测。与现有技术相比，本发明技术方案创新的采用网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置对电缆接头橡胶层进行温度监测，可采用256颗温度传感器、以横向16组及纵向16组的方式对硅橡胶层进行全面包裹，检测橡胶层温度差值，给出实时温度场图谱。本发明采用网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置及方法，通过检测电缆橡胶层温度场，发现橡胶层温度的相对变化；当局部或者某点的相对温度出现异常时，通过矩阵图谱显示相对温度的区别，以提醒用户在电缆的局部或者某点处发热，再通过局放检测装置看是否发生局放，从而保证电缆安全运行。本发明的技术方案还创新的使用了柔性PCB制作测温网，提高了生产效率与降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为按照本发明的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置及方法的传感器连接网络的一优选实施例的示意图；

图2为按照本发明的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置及方法的长方形柔性PCB（FPC）电路的一优选实施例的示意图；

图3为按照本发明的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置及方法的菱形状网格矩阵安装结构的一优选实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了克服电缆接头橡胶层在现有技术中所存在的问题，解决电缆接头橡胶层的测温技术空缺，本发明实施例提出一种网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置及方法，网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置包括多颗温度传感器、传感器连接网络和温度数据处理单元，多颗温度传感器布设在传感器连接网络的网线交叉点上；温度数据处理单元根据多颗温度传感器的位置，绘制温度场图谱；多颗温度传感器通过传感器连接网络以横向和纵向交叉排列的形式对电缆接头的橡胶层进行包裹，矩阵扫描获取温度信号，温度数据处理单元检测电缆接头橡胶层温度差值，给出实时温度场图谱，实现电缆接头的橡胶层多点温度场监测。利用网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置对电缆接头的橡胶层进行温度场监测，通过检测电缆橡胶层温度场，发现橡胶层温度的相对变化；当局部或者某点的相对温度出现异常时，通过矩阵图谱显示相对温度的区别，以提醒用户在电缆的局部或者某点处发热，再通过局放检测装置看是否发生局放，从而保证电缆安全运行。本发明实施例还创新的使用了柔性PCB制作测温网，提高了生产效率与降低了成本。

本发明实施例所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，多颗温度传感器为热敏电阻。

本发明实施例所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，多颗温度传感器还可以为热敏电容。

本发明实施例所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，多颗温度传感器还可以为温度采集芯片，温度采集芯片可以采用DS18B20型温度采集芯片。

本发明实施例所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，传感器连接网络使用矩阵结构。

本发明实施例所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，传感器连接网络使用柔性PCB（FPC）制作。感器连接网络利用柔性PCB（FPC）的柔软特性制作网格矩阵，网格矩阵与处理单元使用铜丝导体连接。

本发明实施例所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，网格矩阵为菱形状网格、方形状网格、圆形状网格中的任意一种；所述网格矩阵的形式不限于菱形状网格、方形状网格、圆形状网格，它还可以采用其他多边形网格。

本发明实施例所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，传感器连接网络安装在电缆接头的橡胶层外、铜网层内。

本发明实施例所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，温度数据处理单元包括多路ADC，所述温度数据处理单元使用多路ADC分组采集温度场数据。

本发明实施例所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测方法，采用由多颗温度传感器、传感器连接网络和温度数据处理单元构成的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，使用柔性PCB（FPC）制作矩阵式测温的传感器连接网络，多颗温度传感器布设在矩阵式传感器连接网络的网线交叉点上，通过矩阵扫描，温度数据处理单元根据多颗温度传感器的位置绘制温度场图谱；多颗温度传感器通过传感器连接网络以横向和纵向交叉排列的形式对电缆接头的橡胶层进行全面包裹，矩阵扫描获取温度信号，温度数据处理单元检测电缆接头橡胶层温度差值而给出实时温度场图谱，实现电缆接头的橡胶层的多点温度场监测。

在实施中，以采用256颗温度传感器的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置为例进行说明：

网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置采用256颗温度传感器，以横向16组、纵向16组，对电缆接头的硅橡胶层进行全面包裹，检测硅橡胶层温度差值，给出实时温度场图谱。

如图1所示，在该传感器连接网络图上，网线交叉点为用于测温的温度传感器，温度数据处理单元的处理器通过扫描线和信号线连接传感器连接网络的网线，扫描线依次对布设在矩阵式传感器连接网络网线交叉点上的256个温度传感器供电，温度数据处理单元通过信号线接收信号。以16根扫描线、16根信号线组成256个测温点为例，设横向16根线为一组温度信号，设纵向16根线为第二组温度信号，扫描线供电一根，信号线接收到16个信号，取得第一组数据，扫描线断开第一根线供电，对第二根线供电，信号线接收到第二组16个温度信号，直到扫描线轮询一圈。信号线采集完256个温度信号，实现矩阵扫描功能。

网格矩阵为菱形状网格、方形状网格、圆形状网格中的任意一种；网格矩阵的形式不限于菱形状网格、方形状网格、圆形状网格，它还可以采用其他多边形网格。相对于方形矩阵扫描，菱形状网格矩阵扫描的优势是扫描线与信号线在一起。当菱形状网格矩阵的网络连接成一个圆柱体的时候，扫描线与信号线都在一侧。

上述的柔性PCB（FPC）制作矩阵式测温网络的过程具体包括：

第一步，制作长方形网格矩阵式柔性PCB（FPC）电路，并使用激光切割；如图2所示：灰色线条为激光切割线，激光切割线条将柔性PCB（FPC）板割开；黑色线条为PCB（FPC）连接线；温度传感器设置在PCB（FPC）上；

第二步，FPC 在贴片机贴片安装温度传感器以后连接圆柱上下连接点（圆柱连接点），将平面的网络组成圆柱形。

第三步，左右挤压圆柱体（即图2所示：左右两端圆柱连接点随着向内挤压而变成菱形状网络矩阵布局），形成的菱形状网格矩阵传感器连接网络；

网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，其传感器连接网络利用柔性PCB（FPC）的柔软特性制作圆柱体形菱形网格矩阵。将图2所示的菱形状网格矩阵的网络左右两边连接组成一个菱形的圆柱体，具有圆柱体形菱形网格矩阵传感器连接网络的测温网络层安装在电缆接头橡胶层外与铜网层内部，如图3所示。

以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定；以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围；在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，设置于电缆接头处，其特征在于：该装置包括多颗温度传感器、传感器连接网络和温度数据处理单元；所述多颗温度传感器布设在传感器连接网络的网线交叉点上；所述温度数据处理单元根据多颗温度传感器的位置，绘制温度场图谱；所述多颗温度传感器通过传感器连接网络以横向和纵向交叉排列的形式对电缆接头的橡胶层进行包裹，矩阵扫描获取温度信号，温度数据处理单元检测电缆接头橡胶层温度差值，给出实时温度场图谱，实现电缆接头的橡胶层多点温度场监测。

2.如权利要求1所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，其特征在于：所述多颗温度传感器为热敏电阻。

3.如权利要求1所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，其特征在于：所述多颗温度传感器为热敏电容。

4.如权利要求1所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，其特征在于：所述多颗温度传感器为温度采集芯片。

5.如权利要求4所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，其特征在于：所述温度采集芯片采用DS18B20型温度采集芯片。

6.如权利要求1所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，其特征在于：所述传感器连接网络使用矩阵结构。

7.如权利要求1或6所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，其特征在于：所述传感器连接网络使用柔性PCB（FPC）制作。

8.如权利要求7所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，其特征在于：所述传感器连接网络利用柔性PCB（FPC）的柔软特性制作网格矩阵，网格矩阵与处理单元使用铜丝导体连接。

9.如权利要求7所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置，其特征在于：所述网格矩阵为菱形状网格、方形状网格、圆形状网格中的任意一种；所述网格矩阵的形式不限于菱形状网格、方形状网格、圆形状网格，它还可以采用其他多边形网格。

10.一种利用如权利要求1至9中任一项所述的网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置对电缆接头的橡胶层进行温度场监测的方法，其特征在于：该方法包括：

网状矩阵式电缆接头橡胶层温度场监测装置包括多颗温度传感器、传感器连接网络和温度数据处理单元，使用柔性PCB（FPC）制作矩阵式测温的传感器连接网络，多颗温度传感器布设在矩阵式传感器连接网络的网线交叉点上，通过矩阵扫描，温度数据处理单元根据多颗温度传感器的位置绘制温度场图谱；多颗温度传感器通过传感器连接网络以横向和纵向交叉排列的形式对电缆接头的橡胶层进行全面包裹，矩阵扫描获取温度信号，温度数据处理单元检测电缆接头橡胶层温度差值而给出实时温度场图谱，实现电缆接头的橡胶层的多点温度场监测。