CN108225580A - 一种电力电缆测温装置及测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力电缆测温装置，包括嵌入式处理单元、测温传感器单元、数据接收与处理单元、通信模块、显示模块、存储单元、报警装置和超级电容供电组，测温传感器单元测量的数据通过通信模块送入数据接收与处理单元进行处理，数据接收与处理单元将处理后的数据送入嵌入式处理单元，嵌入式处理单元监测到温度异常时向报警装置发出报警信息，并将故障信息存入存储单元；显示模块为投射式电容触摸屏，可以显示监测得到的电缆接头温度值及处理结果，同时可以通过屏幕菜单设定温度监测的条件，查询历史记录；本发明还提供一种电力电缆测温装置的测温方法。本发明的有益效果：可靠性好，功能完善，能够有效减少故障发生次数、降低故障损失。

Description

一种电力电缆测温装置及测温方法

技术领域

本发明涉及供电技术领域，具体来说，涉及一种电力电缆测温装置及测温方法。

背景技术

电力电缆是电力系统中用于传输和分配电能的电缆，与架空线供电相比，电力电缆供电具有送电可靠性高、线间绝缘距离小、占地少、不占地面空间、保密性强以及容易大幅提高供电能力等优点。因此，随着城市化以及城市电网的发展，电力电缆得到广泛应用。但在使用过程中电力电缆也存在成本高、故障检测和维修较难、电力电缆附件 ( 中间接头、终端接头等 ) 的工艺要求高、现场施工操作需要工作人员具备较高操作水准等缺点。随着电缆使用数量的增加、输电容量的提高，一旦发生故障危害严重，因此电力电缆的运行可靠性越来越受到重视。

在供电线路中，电缆中间接头是电力系统安全运行中的最薄弱环节。据统计，电缆接头事故率占电缆事故的90％。原因在于电缆接头存在接触不良、压接头不紧、绝缘强度损坏等问题，在用电负荷增加或天气炎热的环境下都可能导致温度的异常升高，不仅仅可能导致电缆损毁，同时还必然导致大面积的停电，甚至可能引发火灾事故。

减少中间接头故障的措施，一方面应侧重提高电缆产品质量、现场制作工艺，另一方面应加强监测及诊断。目前电力电缆的主要监测手段有绝缘电阻在线监测、tanδ在线监测、局部放电在线监测、直流分量法在线监测、温度在线监测等。其中温度作为一个非电气量是反映电缆运行状态的重要参数。中间接头各类故障的发生并不是一个突发过程，通常是因为温度不断升高、绝缘老化、接触热阻增大、泄漏电流增加到一定程度后再发生热击穿，是一个量变到质变的过程。通过实时监测中间接头温度，分析历史数据即可确定绝缘缺陷位置，掌握中间接头绝缘状况。此外，电力电缆的载流量过大会造成缆芯工作温度超过容许值，导致电缆的绝缘寿命就比期望值缩短；载流量过小又会使线芯铜材或铝材不能得到充分的利用，为此可以通过实时测量的温度值计算线芯导体温度来达到调控负荷、动态增容的目的。

综上所述，对电力电缆中间接头温度的有效监测，通过实时监测值及历史温度值可以确定局部过热点，判断绝缘老化状况，及时发现安全隐患；同时通过实时监测值还可以计算得到线芯导体温度，在允许范围内合理利用电力电缆容量调控负荷、动态增容，对于保障电力系统可靠性、稳定性、经济性等均具有重要意义。

Zigbee 技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，工作于无需注册的2.4GHz国际免费频ISM(Industria1ScientificMedical Band)，是一组基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。相对于现有的各种无线通信技术，Zigbee 技术是最低功耗和成本的技术，由于Zigbee具有技术数据速率低和通信范围小的特点，决定了Zigbee技术适合于承载数据流量较小的业务，是无线传感器网络的最好选择。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种电力电缆测温装置及测温方法，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电力电缆测温装置，包括嵌入式处理单元、测温传感器单元、数据接收与处理单元、通信模块、显示模块、存储单元、报警装置和超级电容供电组，所述测温传感器单元测量的数据通过通信模块送入数据接收与处理单元进行处理，所述数据接收与处理单元将处理后的数据送入嵌入式处理单元，所述嵌入式处理单元监测到温度异常时向报警装置发出报警信息，并将故障信息存入存储单元；所述的显示模块为投射式电容触摸屏，可以显示监测得到的电缆接头温度值及处理结果，同时可以通过屏幕菜单设定温度监测的条件，查询历史记录；所述超级电容供电组通过所述嵌入式处理单元进行整个系统的充放电控制。

进一步的，所述测温传感器单元的测量探头个数设置为5个。

进一步的，所述嵌入式处理单元具有两路UART接口，供电电压范围1.8-3.6V。

进一步的，所述通信模块采用Zigbee无线通讯，负责测温传感器单元与数据接收与处理单元之间的数据传输。

进一步的，所述存储单元采用铁电存储器，容量为 8×8K, 低电压供电 2.7-3.65V。

进一步的，所述报警装置为蜂鸣报警器。

本发明还提供一种电力电缆测温装置的测温方法，包括以下步骤：

S1：在电缆接头附近安装个测温探头；

S2：通过个测温探头的测温方式，选取其中的温度最大值通过通信模块3传输到数据接收与处理单元，进而实现对电缆接头实时监测。

进一步的，在步骤S1中，所述的每个测温探头的测量范围为垂直视场 0～16度、水平视场0～60度。

本发明的有益效果：本发明当电缆接头的温度出现异常情况时，测温传感器单元将温度数据通过Zigbee无线通讯模块送达数据采集与处理单元进行处理后传输到嵌入式处理单元，并将结果显示在可触摸屏幕上，通过屏幕可以查看温度监测的结果，显示一定时间段内的历史数据，并可以对装置的数据处理方式进行设定；工作人员可以较为详细准确的了解故障情况，实现对电缆接头温度的实时监控；本发明可靠性好，功能完善，能够有效减少故障发生次数、降低故障损失。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的一种电力电缆测温装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例所述的超级电容供电组电路图；

图中：

1、嵌入式处理单元；2、数据接收与处理单元；3、通信模块；4、测温传感器单元；5、超级电容供电组；6、存储单元；7、显示模块；8、报警装置。

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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，根据本发明实施例所述的一种电力电缆测温装置，包括嵌入式处理单元1、测温传感器单元4、数据接收与处理单元2、通信模块3、显示模块7、存储单元6、报警装置8和超级电容供电组5，所述测温传感器单元4测量的数据通过通信模块3送入数据接收与处理单元2进行处理，所述数据接收与处理单元2将处理后的数据送入嵌入式处理单元1，所述嵌入式处理单元1监测到温度异常时向报警装置8发出报警信息，并将故障信息存入存储单元6；所述的显示模块7为投射式电容触摸屏，可以显示监测得到的电缆接头温度值及处理结果，同时可以通过屏幕菜单设定温度监测的条件，查询历史记录；所述超级电容供电组5通过所述嵌入式处理单元1进行整个系统的充放电控制。

在一具体实施例中，所述测温传感器单元4的测量探头个数设置为5个。

在一具体实施例中，所述嵌入式处理单元1具有两路UART接口，供电电压范围1.8-3.6V。

在一具体实施例中，所述通信模块3采用Zigbee无线通讯，负责测温传感器单元4与数据接收与处理单元2之间的数据传输。

在一具体实施例中，所述存储单元6采用铁电存储器，容量为 8×8K, 低电压供电2.7-3.65V。

在一具体实施例中，所述报警装置8为蜂鸣报警器。

本发明还提供一种电力电缆测温装置的测温方法，包括以下步骤：

S1：在电缆接头附近安装5个测温探头；

S2：通过5个测温探头的测温方式，选取其中的温度最大值通过通信模块3传输到数据接收与处理单元2，进而实现对电缆接头实时监测。

在一具体实施例中，在步骤S1中，所述的每个测温探头的测量范围为垂直视场0～16 度、水平视场0～60度。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，本发明能够有效监测电力电缆接头的温度变化，提高电缆接头维护的工作效率。如图 1 所示，包括嵌入式处理单元、测温传感器单元、数据接收与处理单元、通信模块、显示模块、存储单元、报警装置以及超级电容供电单元组成；测温传感器设置于电力电缆接头的外导电层的接地部分，其测量数据送入数据接收与处理单元；处理后的数据送入嵌入式处理单元，嵌入式处理单元监测到温度异常时向报警装置发出报警信息，并将处理结果送达显示模块进行显示，同时将故障信息存入存储单元，方便进行历史查询分析。显示模块为投射式电容触摸屏，可以显示监测得到的电缆接头温度结果，同时可以通过屏幕菜单设定温度检测的条件，查询历史记录，通过显示模块工作人员也可以对存储数据进行管理。超级电容供电单元为整个系统提供电能。

本发明考虑到电缆接头的体积比较大，1 个测温探头不能全面准确的测量电缆接头的温度，为此测温传感器的探头个数设置为5 个，安装在电缆接头具有代表性的测温点处。又考虑到测温探头数目增加会增大数据传输与处理的负担，为此在监测过程中依次读取 5 个测温探头的温度值，比较后取最大值通过无线方式发送到数据接收与处理模块。

关于温度数据的处理，选择温度数值、温度上升速率以及超过某一温度的持续时间作为电力电缆中间接头测温的典型数据。温度数值即根据所测温度数值与某一设定阈值进行大小比较，进行报警或控制，这种方法比较直接，实现起来简单可靠；选择温度上升速率是因为被测对象在正常的情况下其温升率是固定的或较低的，而在故障情况下温度上升速率一般较大，通过测量温度上升速率可以鉴别出正常状态和故障状态，测量温度上升速率的一个优点是实时性较高，只要被测对象故障情况一出现就可以通过其温升率被监测到；测量超过某一温度的持续时间，是由于某些被测对象允许承受短时间的高温，温度在一定时间后可能下降到正常范围，这样就不需报警，这种时间测量方法可以避免一些干扰因素的影响和一些短期效应。

本发明所述的数据接收与处理单元对接收到的温度数据依据以上3种算法进行处理，处理后的数据送入嵌入式处理单元，嵌入式处理单元将所得结果传输到显示模块进行显示。对于温度的告警处理分为两步，第一步包括测量超过某一温度的持续时间和温度上升速率两部分内容。令测得超过某一温度的持续时间与某一阈值进行比较，若测量值大于阈值，认为电缆接头可能发生了故障情况；同样，若检测某一时间段内的温度上升速率大于某设定值的情况，也认定电缆接头处于可能故障的状态。这两部分检测同时进行，两者之间是“或”的关系，只要其中一种测量值出现超过设定值的情况，启动温度数值的检测与比较，大于设定值则向告警信号模块发送告警信号，同时将监测计算结果送至显示模块进行显示。

本发明所述的显示模块选用投射式电容触摸屏，由于其具有耐用、透射性更好以及支持多点触控等优点，可以作为良好的人机交互界面。工作人员通过显示模块可以观察监测得到的电缆接头温度结果，调取历史数据进行更为详细的分析，也可以管理存储模块中的数据，对告警信息作进一步分析。工作人员还可以通过显示模块对测温装置的温度处理方式进行设定，可以设定仅用温度数值检测或温度上升速率检测模式，也可以设定为更为复杂的监测方式。

本发明所述的通信模块为 Zigbee 无线通讯，负责测温传感器单元与数据接收与处理单元之间的数据传输。Zigbee 模块是已经包含了所有外围电路和完整协议栈，能够立即投入使用，用户只需要将自己的数据通过串口发送到模块里，通过设置即可完成无线通信和组网功能。

本发明所述的嵌入式处理单元具有两路UART接口,供电电压范围 1.8-3.6V, 嵌入式处理单元负责与监控主机及嵌入式处理从数据接收与处理单元传输过来的数据以及控制存储单元、显示模块、报警装置和超级电容供电单元充放电控制。

本发明所述超级电容供电组由四组超级电容供电单元级联而成，其中第一组超级电容供电单元通过二极管5D1与电源输入VIN连接，第二组超级供电单元的输入与第一组超级电容供电单元的输出连接，第二级超级供电单元的输出与第三组超级供电单元的输入连接，第四组超级供电单元的输入与第三组超级供电单元的输出连接，第四组超级电容供电单元的输出连接到二极管5TVS1的一端，二极管5TVS1的另一端连接到二极管5D2的正极，二极管5D2的负极输出VOUT。每个超级电容充电饱和以后的电压在2.7V～2.88V之间，通过四级超级电容级联，达到输出电压 VOUT 为11.8V～12.55V 之间。

所述电源输入VIN与二极管5D1的正极连接，二极管5D1的负极输出连接第一组超级电容供电单元，第一组超级电容供电单元包括芯片5U1、电阻5R1、电阻5R2、超级电容5E1、MOS管5Q1，所述二极管5D1的负极分别与芯片5U1 的3脚、电阻5R1及电阻5R2的一端、以及超级电容5E1的正极相连，芯片5U1的输出1脚与电阻5R1的另一管脚相连、同时与MOS管5Q1的栅极连接，MOS管5Q1的漏极与电阻5R2的另一端连接，5U1的管脚2与MOS管5Q1的源极、以及超级电容 5E1的负极连接，作为第一级超级电容供电单元的输出，同时是第二级超级电容供电单元的输入。

第二级超级供电单元的输入连接第一级超级供电单元的输出，第二级超级供电单元包括芯片5U2、电阻5R3、电阻5R4、超级电容5E2、MOS管5Q2，所述超级电容5E2的负极与芯片5U2的3脚、，电阻5R3及电阻5R4的一端、以及超级电容5E2的正极相连，芯片5U2的输出1脚与电阻5R3的另一管脚相连、同时与MOS管5Q2的栅极连接，MOS管5Q2的漏极与电阻5R4的另一端连接，5U2的管脚2与MOS管5Q2的源极、以及超级电容5E2的负极连接，作为第二级超级电容供电单元的输出，同时是第三级超级电容供电单元的输入。

第三级超级供电单元的输入连接第二级超级供电单元的输出，所述第三级超级供电单元包括芯片5U9、电阻5R17、电阻5R18、超级电容5E9、MOS管5Q9，所述超级电容5E9的负极与芯片5U9的3脚、电阻5R17及电阻5R18的一端、以及超级电容5E9的正极相连，芯片5U9的输出1脚与电阻5R17的另一管脚相连、同时与MOS管5Q9的栅极连接，MOS管5Q9的漏极与电阻5R18的另一端连接，5U9的管脚2与MOS管5Q9的源极、以及超级电容5E9的负极连接，作为第三级超级电容供电单元的输出，同时是第四级超级电容供电单元的输入。

第四级超级供电单元的输入连接第三级超级供电单元的输出，所述第四级超级供电单元包括超级电容5E10、芯片5U10、电阻5R19、5R20、MOS管5Q10，所述超级电容5E10的负极与芯片5U10的3脚、电阻5R19及电阻5R20的一端、以及超级电容5E10的正极相连，芯片5U10的输出1脚与电阻5R19的另一管脚相连、同时与MOS管5Q10的栅极连接，MOS管5Q10的漏极与电阻5R20的另一端连接，5U10的管脚2与MOS管5Q10的源极、以及超级电容5E10的负极连接，作为第四级超级电容供电单元的输出，输出后连接到二极管5TVS1的一端，5TVS1的另一端连接到二极管5D2的正极，5D2 的负极输出VOUT

综上所述，本发明当电缆接头的温度出现异常情况时，测温传感器单元将温度数据通过Zigbee无线通讯模块送达数据采集与处理单元进行处理后传输到嵌入式处理单元，并将结果显示在可触摸屏幕上；通过屏幕可以查看温度监测的结果，显示一定时间段内的历史数据，并可以对装置的数据处理方式进行设定；工作人员可以较为详细准确的了解故障情况，实现对电缆接头温度的实时监控；本发明可靠性好，功能完善，能够有效减少故障发生次数、降低故障损失。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电力电缆测温装置，其特征在于，包括嵌入式处理单元（1）、测温传感器单元（4）、数据接收与处理单元（2）、通信模块（3）、显示模块（7）、存储单元（6）、报警装置（8）和超级电容供电组（5），所述测温传感器单元（4）测量的数据通过通信模块（3）送入数据接收与处理单元（2）进行处理，所述数据接收与处理单元（2）将处理后的数据送入嵌入式处理单元（1），所述嵌入式处理单元（1）监测到温度异常时向报警装置（8）发出报警信息，并将故障信息存入存储单元（6）；所述的显示模块（7）为投射式电容触摸屏，可以显示监测得到的电缆接头温度值及处理结果，同时可以通过屏幕菜单设定温度监测的条件，查询历史记录；所述超级电容供电组（5）通过所述嵌入式处理单元（1）进行整个系统的充放电控制。

2.根据权利要求1所述的一种电力电缆测温装置，其特征在于，所述测温传感器单元（4）的测量探头个数设置为5个。

3.根据权利要求1所述的一种电力电缆测温装置，其特征在于，所述嵌入式处理单元（1）具有两路UART接口，供电电压范围1.8-3.6V。

4.根据权利要求1所述的一种电力电缆测温装置，其特征在于，所述通信模块（3）采用Zigbee无线通讯，负责测温传感器单元（4）与数据接收与处理单元（2）之间的数据传输。

5. 根据权利要求1所述的一种电力电缆测温装置，其特征在于，所述存储单元（6）采用铁电存储器，容量为 8×8K, 低电压供电 2.7-3.65V。

6.根据权利要求1所述的一种电力电缆测温装置，其特征在于，所述报警装置（8）为蜂鸣报警器。

7.如权利要求1-6所述的一种电力电缆测温装置的测温方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在电缆接头附近安装5个测温探头；

S2：通过5个测温探头的测温方式，选取其中的温度最大值通过通信模块（3）传输到数据接收与处理单元（2），进而实现对电缆接头实时监测。

8. 根据权利要求7所述的一种电力电缆测温装置的测温方法，其特征在于，在步骤S1中，所述的每个测温探头的测量范围为垂直视场0～16 度、水平视场0～60度。