CN109269663A - 一种高压电缆接头无线测温监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压电缆接头无线测温监测装置及方法，该装置包括：感应取电单元、带状测温单元、采集与无线通信单元以及与无线通信单元无线匹配的现场集中显示单元。该方法包括：通过带状测温单元实时监测高压电缆接头本体的温度，通过采集与无线通信单元采集带状测温单元监测的温度数据，并上传至现场集中显示单元；现场集中显示单元显示上传的温度数据，并将该温度数据上传至监控中心的上位机；感应取电单元为采集与无线通信单元供电。本发明实现了在高电磁环境下，多点高频温度实时采集，并采用了Lora通讯技术以及感应取电技术，解决了低功耗，长距离的通讯问题。

Description

一种高压电缆接头无线测温监测装置及方法

技术领域

本发明涉及高压电缆接头无线测温监测装置基方法。

背景技术

电缆接头是电缆送电的一个关键组成部分，电缆接头时的工艺包括绝缘材料、应力控制和压接质量，以及密封散热等多种因素。容易产生问题，所以造成电缆头故障率较高。据统计电缆头故障占电缆运行故障的80%以上。

传统高压电缆接头无线测温监测装置包括以下：

分布式光纤测温：采用测温光纤将所需的电缆接头整体进行缠绕，通过主机进行光纤内的罗曼反射或布里渊反射设备温度变化信号。其特点是扫描时间长（10秒扫描，分辨率低1米），主要用于整体面的测温。投资成本大，施工难度高。

无线测温带：主要是通过电池供电进行点状测温的技术，采用433/470MHz频段进行通讯。使用寿命比较短，采集密度不高，且针对电缆接头的安装比较困难，没有具体的安装规范和指导原则。

开关型感温电缆：感温电缆具有沿全线长连续监测保护对象温度的能力。一般，感温电缆内部是两根弹性钢丝，每根钢丝外面都包有一层感温且绝缘的材料，正常监视状态下，两根钢丝都处于绝缘状态，当周边环境温度上升到预定动作温度的时候，温度敏感材料将破裂，两根钢丝会产生短路，输入模块检查到短路信号后立即产生报警，属于“开关量”感温电缆。

模拟型感温电缆：其线芯数由传统的两芯变为四芯。四芯模拟量定温式感温电缆，由四根线芯组成，温度变化时，四芯导线间电阻发生变化，在电阻变化达到设定的报警阈值时，探测器发出火灾报警信号。四芯模拟量差定温式感温电缆，由四根线芯组成，温度变化时，四芯导线间电阻发生变化，在电阻变化速率或变化量达到设定的报警阀值时。它可用于、隧道、夹层、传送带等场所，感温电缆探测器稳定可靠，适用于恶劣环境的火灾检测。

对于光纤测温方案，其存在以下缺点：

1.温度分辨率不足，光纤测温识别的是1米范围内的温度均值，扫描时间间隔为10s/公里，无法发现电缆接头上的温度分布情况，且无法及时响应。

2.成本投资大:针对施工不方面的环境，无法拉光纤到主机，存在施工盲区。

对于点状无线测温方案，其存在以下缺点：

1.采用电池供电，一般使用是3年，存在使用寿命的问题。

2.由于是低功耗运行，采集和通讯频率都比较低，实时性响应不足。

对于测温电缆（开关型、测量型）方案，其存在以下缺点：

类似光纤测温，主机功率和尺寸都比较大，在布线不方便的场合，施工难度很大，由于是通过金属变形获得的电阻变化，存在不可逆性，适用用范围比较小。

基于上述缺陷，高压电缆接头无线测温监测工作中需要解决如下问题：

1)实时监测，实时报警:能够实时监测每个分段的实时监测量，并及时传送到后台。

2)自供电：不依赖于外部供电装置，保证自身的功率损耗。

3)通讯可靠：能够自行组网通讯，减少拉线带来的一系列工程量。

4)安装方便：只需要简单的接头绑扎固定安装，无需后续专门维护。

5)针对电缆接头结构的高精度测量：实现针对电缆接头的高精度同步多点测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压电缆接头无线测温监测装置基方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高压电缆接头无线测温监测装置，包括：设置于高压电缆接头本体一端的感应取电单元、贴设于所述高压电缆接头本体外部周侧且与所述感应取电单元相连的带状测温单元、设置于高压电缆接头本体一端且分别与所述感应取电单元以及所述带状测温单元相连的采集与无线通信单元以及设置于高压电缆接头现场与所述采集与无线通信单元无线匹配的现场集中显示单元。

在本发明一实施例中，所述带状测温单元通过分别设置于所述高压电缆接头本体端部以及中部的帮扎带贴设于所述高压电缆接头本体外部周侧。

在本发明一实施例中，所述带状测温单元包括带状传感器以及与待带状传感器一端相连的防水接线盒；所述防水接线盒设置于所述高压电缆接头本体一端且与所述采集与无线通信单元和所述感应取电单元相连；所述带状传感器包括由内到外依次设置的传感器导线层、低烟无卤阻燃管层、高压电缆热缩套管层以及第一绝缘阻燃云母片层；所述带状传感器还包括设置于所述传感器导线层与所述低烟无卤阻燃管层之间且位于远离所述高压电缆接头本体一侧的第二绝缘阻燃云母片层；所述带状传感器还包括设置于所述第一绝缘阻燃云母片层下端面与所述高压电缆接头本体之间的导热率胶带层。

在本发明一实施例中，所述传感器导线层内等间隔均匀设置有多根热敏电阻传感器导线。

在本发明一实施例中，所述感应取电单元采用CT感应取电装置，为所述采集与无线通信单元供电。

在本发明一实施例中，所述采集与无线通信单元包括一第一外壳体以及设置于该第一外壳体内的温度采集电路、第一控制电路、第一LoRa无线通信电路；所述温度采集电路与所述第一LoRa无线通信电路均与所述第一控制电路相连；所述温度采集电路与所述带状测温单元相连，用于采集温度数据；所述第一LoRa无线通信电路与所述现场集中显示单元无线匹配。

在本发明一实施例中，所述现场集中显示单元包括一第二外壳体以及设置于第二外壳体内的第二LoRa无线通信电路、第二控制电路以及Rj45局域网通信电路；所述第二外壳体前侧还嵌设有一显示屏电路；所述第二LoRa无线通信电路、所述Rj45局域网通信电路、所述显示屏电路均与所述第二控制电路相连；所述第二LoRa无线通信电路与所述采集与无线通信单元无线匹配；所述Rj45局域网通信电路与设置于监控中心的上位机匹配；所述显示屏电路用于显示温度数据。

进一步的，还提供一种基于高压电缆接头无线测温监测装置的高压电缆接头无线测温监测方法，通过贴设于所述高压电缆接头本体外部周侧的带状测温单元实时监测高压电缆接头本体的温度，设置于高压电缆接头本体一端的采集与无线通信单元采集所述带状测温单元监测的温度数据，并上传至设置于高压电缆接头现场的现场集中显示单元；所述现场集中显示单元显示上传的温度数据，并将该温度数据上传至监控中心的上位机；设置于高压电缆接头本体一端的感应取电单元为所述采集与无线通信单元以及所述带状测温单元供电。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：

（1）高精度电缆接头点式测温：实现电缆接头的专业化点式测温，通用设计可达9个点的温度测量。能够满足现场高精度、高频度的火灾探测或载流量分析使用。

（2）自补给式供电：最低在5A工况电流下就能工作。理论上使用寿命与电缆附件一致。通过采用CT技术解决了传感的的供电问题，同时解决了高频率数据采集和数据处理的能耗问题。因此可以做到快速响应快速处理。

（3）高防护等级：整机采用IP68防护等级，在电缆接头被水淋的情况下，能够继续进行工作。

（4）基于Lora无线的报警触发：在前端部分，能够根据温度变化，主动通知Lora集中器发出报警信号，并触发Lora上的干接点输出信号，触发对应的灭火装置。实现早发现、早处理。通讯上采用了Lora通讯技术，解决了低功耗，长距离的通讯问题。在电缆隧道环境下，可视距离可达100米，直角距离可到50米。

（5）通讯可靠：能够自行组网通讯，减少拉线带来的一系列工程量。

（6）安装方便：只需要简单的接头绑扎固定安装，无需后续专门维护。集中器可根据现场情况，安装在比较容易安装的区域。且一套集中器能够同时监控多台电缆头测温数据。

附图说明

图1为本发明中高压电缆接头无线测温监测装置的结构示意图。

图2为本发明中带状测温单元的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供一种高压电缆接头无线测温监测装置，如图1所示，包括：设置于高压电缆接头本体1一端的感应取电单元2、贴设于高压电缆接头本体外部周侧且与感应取电单元相连的带状测温单元3、设置于高压电缆接头本体一端且分别与反应取电单元以及带状测温单元相连的采集与无线通信单元4以及设置于高压电缆接头现场与采集与无线通信单元无线匹配的现场集中显示单元5。带状测温单元包括带状传感器以及与待带状传感器一端相连的防水接线盒6；防水接线盒设置于高压电缆接头本体一端且与采集与无线通信单元和感应取电单元相连。

进一步的，在本实施例中，带状测温单元通过分别设置于高压电缆接头本体端部以及中部的帮扎7带贴设于高压电缆接头本体外部周侧。

进一步的，在本实施例中，如图2所示，带状传感器包括由内到外依次设置的传感器导线层31、低烟无卤阻燃管层32、高压电缆热缩套管层33以及第一绝缘阻燃云母片层34；带状传感器还包括设置于传感器导线层与低烟无卤阻燃管层之间且位于远离高压电缆接头本体一侧的第二绝缘阻燃云母片层35；带状传感器还包括设置于第一绝缘阻燃云母片层下端面与高压电缆接头本体之间的导热率胶带层36。

以上各层的具体参数如下：

(1)传感器导线层采用热敏电阻作为传感器，温度采集精度为0.2度。传感器导线为0.3毫米直径软线。传感器在测温带中以15cm为一个间隔，均匀分布。

(2)为了保护传感器，在传感器导线层上铺设一层具有弹性能够自恢复的绝缘阻燃云母层，层厚0.3mm.

(3)传感器及线缆铺设在云母带上，采用高压电缆热缩套管（30mm*1m）整体进行包装，并均匀加热，使得套管能够将传感设备均匀密闭。套管首端加热熔封。尾端只留出末端防水接线盒。云母带及云母材料制作的一种耐高温带。带状测温装置主要由多个点状温度传感器连接组成，这里的云母带用于将若干个温度传感器分组固定（一般9个传感器为一组），且具有耐高温作用。

(4)在后面套装30mm*0.5m铜网进行穿管套装。确保整体线路形成一个比较封闭的抗电磁干扰的密闭环境。30mm*0.5mm铜网穿管为铠装屏蔽通讯光缆，用于数据通讯用。

(5)最后再在外部安装一条阻燃热缩套管（3.5*0.5mm）（5），作为最后的外包装。并均匀加热。阻燃热缩管的作用是用于固定带状测温装置在电缆接头上。

(6)在传感器底部粘帖一层金属铝导热胶带（3×0.5×1200）（6），起到电缆接头表面热传感的作用。

(7)最后将传感器盘装打包，并防止在固定的泡沫盒中，防止被挤压。

较佳地，采用9点式带状测温传感器，通过低压无卤阻燃管进行内部测温导线保护，外部再套电缆热缩套管。设计上充分考虑绝缘、外部隔热、防鼠患等处理。 采用带状结构传感器，作为各个监测内容的末端产品，采用标准的规约或控制方式接入RMU设备，根据各个监测专业，进行现场数据的采集和控制。采用带状高精度温度传感器多点测量电缆接头温度变化和环境温度以监控电缆接头的温度异常状态。技术参数如下：

进一步的，在本实施例中，传感器导线层内等间隔均匀设置有多根热敏电阻传感器导线。

进一步的，在本实施例中，感应取电单元采用CT感应取电装置，为采集与无线通信单元供电。感应取电单元安装在电缆接头本体的正常处。一般离电缆头的起始位置约10cm，可在5A工况电流下，能够提供0.5W输出功率，共采集设备使用。从主网上获取交变磁场传送来的电磁能，实现设备的长期可靠的运行，避免采用电池或远程供电带来的布线或使用寿命的限制。技术参数如下：

进一步的，在本实施例中，采集与无线通信单元包括一第一外壳体以及设置于该第一外壳体内的温度采集电路、第一控制电路、第一LoRa无线通信电路；温度采集电路与无线通信电路均与第一控制电路相连；温度采集电路与带状测温单元相连，用于采集温度数据；第一LoRa无线通信电路与现场集中显示单元无线匹配。

进一步的，在本实施例中，现场集中显示单元包括一第二外壳体以及设置于第二外壳体内的第二LoRa无线通信电路、第二控制电路以及Rj45局域网通信电路；第二外壳体前侧还嵌设有一显示屏电路；第二LoRa无线通信电路、Rj45局域网通信电路、显示屏电路均与第二控制电路相连；第二LoRa无线通信电路与采集与无线通信单元无线匹配；Rj45局域网通信电路与设置于监控中心的上位机匹配；显示屏电路用于显示温度数据。

较佳地，现场集中显示单元采用一LoRa采集集中器，部署在用电现场，主要功能是：对现场的各分部点上的传感器的工作状态信息和环境信息进行LoRa采集，采集的数据经过处理后，再通过Rj45局域网将采集的数据上送至监控中心，并接受监控中心下发的控制命令，实现对设备和环境监控设备的遥控、遥调等操作。前端采集单元与后台系统之间采用基于Lora低功耗大范围方式进行与集中器组网，集中器通过RJ45有线方式把各类监测数据发送到监控中心。技术参数如下：

进一步的，在本实施例中，还提供一种高压电缆接头无线测温监测方法，通过贴设于高压电缆接头本体外部周侧的带状测温单元实时监测高压电缆接头本体的温度，设置于高压电缆接头本体一端的采集与无线通信单元采集带状测温单元监测的温度数据，并上传至设置于高压电缆接头现场的现场集中显示单元；现场集中显示单元显示上传的温度数据，并将该温度数据上传至监控中心的上位机；设置于高压电缆接头本体一端的感应取电单元为采集与无线通信单元以及带状测温单元供电。在本实施例中，通过采用带状测温装置对高压电缆接头进行多点温度监测，同时监测接头环境温度湿度，采用电缆载流量计算公式计算电缆线芯温度，同时将数据实时上传，并结合本地报警联动系统，实现电缆接头故障的远程监测、评估、预测、本地和远程报警和及时处置的智能化监控产品。装置安装于电缆接头处，包含取电模块、采集模块、显示模块、数据采集及上传模块。可配合各种辅助支架和夹具进行现场安装或设置。

进一步的，在本实施例中，本发明技术方案中采用了如下技术：

1)温度传感器技术：接触式温度传感器是通过传导又或者是对流达到了热平衡的状态，使它的显示值可以直接地表示被测物体的温度的情况。一般来说，它的测量的精度是比较高的。在一定的温度内，它甚至能够测量出物体内部的温度的分别情况。

2)高压感应取电技术：理论基础源于电磁感应原理的电流变换，其能量变换的前提是一次侧 （往往是输电导线） 具有足够的交流电流传输，而且无论导线电流怎样波动，电源输出都必须保持稳定。取能互感器的作用是通过电流的隔离变换实现部分电能从导线到感应电源模块的转移。

3)LORA通讯技术：LoRa 是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 MHz等。LoRa技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。

4)LOAR LAN中继技术：采用LORA将数据采集之后，通过LAN口将数据上报的数据集中方式。

进一步的，在本实施例中，本发明技术方案还实现了如下功能：

（1）功能强：实现了电缆接头的综合状态监测，功能全面，极大的满足了电缆接头管理需要。

（2）扩展性好:系统为模块化组合结构，分配增加灵活可变。根据客户要求系统可增加新功能，定制灵活。

（3）可靠性高：采用工业级成熟应用传感器，采用了成熟可靠的供电技术，抗电磁干扰，电源管理等技术，电缆接头系统终端安装位置无地域限制，满足分布广泛的电缆接头监测点设置。

（4）施工方便：采用低功耗、高效率无线通信技术，嵌入式技术，自动控制采集模式。

（5）低功耗设计，强干扰下微弱信号处理良好，传感器等技术的研究和开发。

（6）可远程集中管理配置，安全保密，多种组网适应不同需要。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高压电缆接头无线测温监测装置，其特征在于，包括：设置于高压电缆接头本体一端的感应取电单元、贴设于所述高压电缆接头本体外部周侧且与所述感应取电单元相连的带状测温单元、设置于高压电缆接头本体一端且分别与所述感应取电单元以及所述带状测温单元相连的采集与无线通信单元以及设置于高压电缆接头现场与所述采集与无线通信单元无线匹配的现场集中显示单元。

2.根据权利要求1所述的一种高压电缆接头无线测温监测装置，其特征在于，所述带状测温单元通过分别设置于所述高压电缆接头本体端部以及中部的帮扎带贴设于所述高压电缆接头本体外部周侧。

3.根据权利要求1所述的一种高压电缆接头无线测温监测装置，其特征在于，所述带状测温单元包括带状传感器以及与待带状传感器一端相连的防水接线盒；所述防水接线盒设置于所述高压电缆接头本体一端且与所述采集与无线通信单元和所述感应取电单元相连；所述带状传感器包括由内到外依次设置的传感器导线层、低烟无卤阻燃管层、高压电缆热缩套管层以及第一绝缘阻燃云母片层；所述带状传感器还包括设置于所述传感器导线层与所述低烟无卤阻燃管层之间且位于远离所述高压电缆接头本体一侧的第二绝缘阻燃云母片层；所述带状传感器还包括设置于所述第一绝缘阻燃云母片层下端面与所述高压电缆接头本体之间的导热率胶带层。

4.根据权利要求3所述的一种高压电缆接头无线测温监测装置，其特征在于，所述传感器导线层内等间隔均匀设置有多根热敏电阻传感器导线。

5.根据权利要求1所述的一种高压电缆接头无线测温监测装置，其特征在于，所述感应取电单元采用CT感应取电装置，为所述采集与无线通信单元供电。

6.根据权利要求1所述的一种高压电缆接头无线测温监测装置，其特征在于，所述采集与无线通信单元包括一第一外壳体以及设置于该第一外壳体内的温度采集电路、第一控制电路、第一LoRa无线通信电路；所述温度采集电路与所述第一LoRa无线通信电路均与所述第一控制电路相连；所述温度采集电路与所述带状测温单元相连，用于采集温度数据；所述第一LoRa无线通信电路与所述现场集中显示单元无线匹配。

7.根据权利要求1所述的一种高压电缆接头无线测温监测装置，其特征在于，所述现场集中显示单元包括一第二外壳体以及设置于第二外壳体内的第二LoRa无线通信电路、第二控制电路以及Rj45局域网通信电路；所述第二外壳体前侧还嵌设有一显示屏电路；所述第二LoRa无线通信电路、所述Rj45局域网通信电路、所述显示屏电路均与所述第二控制电路相连；所述第二LoRa无线通信电路与所述采集与无线通信单元无线匹配；所述Rj45局域网通信电路与设置于监控中心的上位机匹配；所述显示屏电路用于显示温度数据。

8.一种基于权利要求1所述的一种高压电缆接头无线测温监测装置的高压电缆接头无线测温监测方法，其特征在于，通过贴设于所述高压电缆接头本体外部周侧的带状测温单元实时监测高压电缆接头本体的温度，设置于高压电缆接头本体一端的采集与无线通信单元采集所述带状测温单元监测的温度数据，并上传至设置于高压电缆接头现场的现场集中显示单元；所述现场集中显示单元显示上传的温度数据，并将该温度数据上传至监控中心的上位机；设置于高压电缆接头本体一端的感应取电单元为所述采集与无线通信单元以及所述带状测温单元供电。