CN109765454A - 无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，包括传感器单元、单片机单元、无线通信单元、灭火器单元以及在线取能单元；传感器单元，用于采集电缆中间接头周围温湿度信号、电磁场分部信号、紫外线火焰信号以及烟雾信号，并传输给单片机单元，单片机单元用于ADC数据采集、传感器信号运算处理、开关信号输出以及与无线通信单元数据交换，灭火器单元用于接收单片机单元的开关信号进行工作，在线取能单元用于给上述所有单元提供工作电源。优点：通过实时监测电缆沟电缆中间接头的工作情况，对有故障告警的电缆沟提前进行检修；同时在发生火情时及时自动启动灭火，避免电缆损坏，防止越级跳闸等较为严重的后果。

Description

无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置

技术领域

本发明涉及一种无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，属于电力电子、高电压与绝缘、单片机技术、信号处理与分析技术领域。

背景技术

随着我国经济持续快速增长，生活用电以及企业用电需求越来越大。电力电缆作为传输电能的重要载体之一，其可靠性具有重要意义。长期复杂运行环境下在电力电缆收到电、热、化学效应的影响，其绝缘品质逐渐劣化，最终将导致绝缘破坏。而电缆接头是电缆线路绝缘最薄弱的环节,容易出现缺陷导致运行故障。

电缆沟中的电缆在运行中的监控通过值班员日常巡视，手段单一，且无法直接进行观察，对于电缆发生火灾或运行过程中的不安全隐患较难及时发现。电缆沟起火隐蔽性强，影响范围大，抢修恢复时间长，一旦发生可能会造成较为严重的后果。电缆火灾除了造成电缆损坏，还可能造成设备跳闸、减供负荷、甚至对救火人员造成伤害等严重的后果。不但会给经济带来严重损失，而且会扰乱广大居民和企业的正常生活、生产秩序。

目前电力电缆劣化及异常诊断方法主要分为离线检测和在线监测。离线检测常用方法主要包括阻抗法、行波法和定期的绝缘预防性试验，这类方法一般是在断电情况下进行，而断电的现象应该是电力系统极力避免的；而且预防性试验一般是对全部电缆开展试验，某些原本良好的电缆由于多次在高于额定电压情况下进行试验会导致电缆绝缘的更加快速老化。在线监测技术主要有直流分量法、直流叠加法和局部放电法等，这些方法均存在局限性，比如直流分量不易被检测、容易被其它信号干扰、误差很大等。随着高压电力电缆的制造水平以及运行要求的不断提高，现有的检测技术具有很大的局限性和不确定性，从而使得电力电缆的状态检测没有得到很大的进展。

此外，国家电网公司曾统计过电力电缆设备运行故障/缺陷情况，统计结果发现70%以上的电力电缆线路运行故障是由电缆附件故障引起的,而其中最主要的就是接头故障。每年因电缆接头故障导致线路停运的事故不在少数,造成的经济损失相当可观。因此，开展电缆中间接头部位的状态监测有重大意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，其一方面能够实时准确监测电缆沟电缆的运行环境及运行状况，利于对电缆工作状态进行可靠分析，另一方面在遇到故障及火情时能够及时发出报警信号，并自动启动灭火，避免电缆的损坏。

为解决上述技术问题，本发明提供一种无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，其特征在于，包括传感器单元、单片机单元、无线通信单元、灭火器单元以及在线取能单元，所述单片机单元分别连接传感器单元、无线通信单元、灭火器单元以及在线取能单元；

所述传感器单元，用于采集电缆中间接头周围温湿度信号、电磁场分部信号、紫外线火焰信号以及烟雾信号，并传输给单片机单元，单片机单元用于ADC数据采集、传感器信号运算处理、开关信号输出以及与无线通信单元数据交换，灭火器单元用于接收单片机单元的开关信号进行工作，所述在线取能单元用于给上述所有单元提供工作电源。

进一步地，所述传感器单元包括：温湿度传感器，电磁场测量探头，紫外火焰传感器，烟雾传感器；

所述温湿度传感器、电磁场测量探头、紫外火焰传感器、烟雾传感器分别采集电缆中间接头周围的温湿度信号、电磁场分部信号、紫外线火焰信号以及烟雾信号，并传输给单片机单元。

进一步地，所述单片机单元读取温湿度传感器所监测到的电缆中间接头附近温湿度数据，判断是否存在发热故障；单片机单元读取电磁场测量探头所监测到的电缆中间接头附近电磁场数据，判断是否存在局部放电；单片机单元继续处理电磁场监测数据，通过内部加载的模式识别算法，判断电缆中间接头是否存在内部缺陷；单片机单元读取紫外火焰传感器数据以及烟雾传感器数据，判断是否存在火情，如果存在火情，单片机单元输出开关信号至灭火器单元，灭火器动作；单片机单元将上述读取的监测数据以及运行状态的判定情况传输至无线通信单元，无线通信单元利用通讯协议将这些信息传输至远程设备，使用户得以通过远程设备监控电缆沟运行情况，及时发现故障并去现场排查。

进一步地，所述单片机单元包括STM32核心开发板及DC-DC电源转换模块；其中STM32核心开发板搭载ARM微处理器，用于读取传感器模拟信号，开展进行逻辑运算，向串行数据线、I/O口输出信号，与无线通信单元进行数据交换；DC-DC电源转换模块用于将在线取能单元输入的直流电压转换为单片机、传感器、无线通信单元所需的工作电源。

进一步地，所述无线通信单元主要由GSM/GPRS模块和LoRa模块两部分构成，其中GSM/GPRS模块用于实现监控装置信息与手机的通讯，包括GSM短信、蓝牙串口两种方式；GSM/GPRS模块还用于发送卫星定位信号；LoRa模块用于与实现监控装置信息与PC机的点对点数据透传。

进一步地，所述灭火器单元采用电控方式触发，触发信号由单片机单元提供；单片机单元通过读取的紫外线火焰信号及烟雾信号来判断是否存在火情，如果存在火情则单片机单元发出高电平触发继电器动作，从而接通热阻丝、点燃灭火器防水引线，使灭火器动作。

进一步地，所述在线取能单元包括电磁感应线圈和逆变器，电磁感应线圈通过感应电缆线上的交流电流，产生交流电压，经逆变器转换为直流电源，为监控装置供电。

进一步地，所述灭火器单元、单片机单元、传感器单元、逆变器通过支撑板和支撑管固定，灭火器单元的防水引线、热阻丝布置在支撑管中。

进一步地，所述支撑板和支撑管采用环氧树脂材料制成。

进一步地，支撑板为两个，且两个支撑板平行设置，分别为第一支撑板和第二支撑板；传感器单元和灭火器单元位于第一支撑板的两侧，在线取能单元的逆变器部分、单片机单元固定于第二支撑板上；无线通信单元、继电器集成与单片机单元壳体内；支撑管垂直穿过第一支撑板和第二支撑板；单片机单元、在线取能单元逆变器、传感器单元之间通过防水线缆和航空插头连接，继电器和热阻丝之间通过线缆和防水接头连接。

本发明所达到的有益效果：

本发明通过实时监测电缆沟电缆中间接头的工作情况，对有故障告警的电缆沟提前进行检修；同时在发生火情时及时自动启动灭火，避免电缆损坏，减少因事故引起的停电范围，防止越级跳闸等较为严重的后果，从而有效避免了重大经济损失，同时也间接保障了普通用户和企业的正常用电。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为本发明的电气连接图；

图3为本发明的工作方式1原理图；

图4为本发明的工作方式2原理图。

图中的1是单片机单元，2是传感器单元，3是灭火器单元，4是环氧树脂支撑板，5是热阻丝，6是航空插头，7是防水接头，8是环氧树脂支撑管，9是在线取能单元，10是电缆头及电缆，11是无线通信单元，12是继电器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供的无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置。所述装置主要组成部分传感器单元2、灭火器单元3、单片机单元1、无线通信单元11、在线储能单元9。各个单元之间的空间布局通过环氧树脂支撑板4、环氧树脂支撑管8保持固定，环氧树脂支撑板4为两个，且两个环氧树脂支撑板4平行设置，分别为第一支撑板和第二支撑板；传感器单元1和灭火器单元3位于第一支撑板的两侧，在线取能单元9的逆变器、单片机单元1固定于第二支撑板上；无线通信单元11、继电器12集成与单片机单元1壳体内；环氧树脂支撑管8垂直穿过第一支撑板和第二支撑板；在线取能单元9的感应线圈套在电缆头及电缆10旁的高压电缆上，单片机单元1、在线取能单元9的逆变器、传感器单元2之间通过防水线缆和航空插头6连接，继电器12和热阻丝5之间通过防水线缆和防水接头7连接；各个单元之间的电气连接线布置在航空插头上，灭火器引线及其热阻丝布置在支撑金属管中，保证了防水、便捷和美观。

如图2所示，所述单片机单元包括STM32核心开发板及DC-DC电源转换模块，所述STM32核心开发板通过ADC口读取传感器模拟信号、进行逻辑运算，并通过串行数据线向GSM/GPRS模块和LoRa模块和继电器输出信号，用于实现单片机信号与远程设备之间的通讯；DC-DC电源转换模块用于为单片机、各传感器器件、继电器提供所需工作电压；灭火器单元采用电控方式触发，触发信号由单片机提供，单片机发出高电平使继电器开通，继而热阻丝加热，点燃引线，触发灭火器动作。

如图3所示，本发明的工作方式1为监控数据查询模式，即：传感器实时监测电缆沟电缆中间接头附近的温湿度信号、紫外火焰信号、烟雾信号以及电磁场信号，单片机读取传感器信号，开展故障分析识别，包括发热故障分析、局部放电分析、内部缺陷分析火情预警分析；单片机将上述读取的监测数据及故障分析结果发送至无线通信单元；事先配对好的手机及PC机向监控装置的无线通信模块发送读取信息指令，无线通信模块接受到相应指令后，向手机及PC机发送实时存储的传感器数据及故障分析结果。

如图4所示，本发明的工作方式2为故障预警模式，即：传感器实时监测电缆沟电缆中间接头附近的温湿度信号、紫外火焰信号、烟雾信号以及电磁场信号，单片机读取传感器信号，开展故障分析识别，包括火情预警分析、发热故障分析、局部放电分析、内部缺陷分析；根据故障分析结果，判断是否发生火情，如果发生了则向无线通信单元发出报警信号，无线通信单元将该信号发送至配对好的手机或PC机，同时单片机输出高电平信号触发灭火器灭火；如果没有发生火情，则判断是否存在故障缺陷，如果发生了则向无线通信单元发出报警信号，无线通信单元将该信号发送至配对好的手机或PC机；如果没有发生故障，则单片机继续读取传感器数据，如此循环往复。本发明装置中火情报警的优先级高于其他运行故障，故图4中，单片机先判断是否存在火情，再判断是否存在故障缺陷。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，其特征在于，包括传感器单元、单片机单元、无线通信单元、灭火器单元以及在线取能单元，所述单片机单元分别连接传感器单元、无线通信单元、灭火器单元以及在线取能单元；

所述传感器单元，用于采集电缆中间接头周围温湿度信号、电磁场分部信号、紫外线火焰信号以及烟雾信号，并传输给单片机单元，单片机单元用于ADC数据采集、传感器信号运算处理、开关信号输出以及与无线通信单元数据交换，灭火器单元用于接收单片机单元的开关信号进行工作，所述在线取能单元用于给上述所有单元提供工作电源。

2.根据权利要求1所述的无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，其特征在于，所述传感器单元包括：温湿度传感器，电磁场测量探头，紫外火焰传感器，烟雾传感器；

所述温湿度传感器、电磁场测量探头、紫外火焰传感器、烟雾传感器分别采集电缆中间接头周围的温湿度信号、电磁场分部信号、紫外线火焰信号以及烟雾信号，并传输给单片机单元。

3.根据权利要求2所述的无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，其特征在于，所述单片机单元读取温湿度传感器所监测到的电缆中间接头附近温湿度数据，判断是否存在发热故障；单片机单元读取电磁场测量探头所监测到的电缆中间接头附近电磁场数据，判断是否存在局部放电；单片机单元继续处理电磁场监测数据，通过内部加载的模式识别算法，判断电缆中间接头是否存在内部缺陷；单片机单元读取紫外火焰传感器数据以及烟雾传感器数据，判断是否存在火情，如果存在火情，单片机单元输出开关信号至灭火器单元，灭火器动作；单片机单元将上述读取的监测数据以及运行状态的判定情况传输至无线通信单元，无线通信单元利用通讯协议将这些信息传输至远程设备，使用户得以通过远程设备监控电缆沟运行情况，及时发现故障并去现场排查。

4.根据权利要求1所述的无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，其特征在于，所述单片机单元包括STM32核心开发板及DC-DC电源转换模块；其中STM32核心开发板搭载ARM微处理器，用于读取传感器模拟信号，开展进行逻辑运算，向串行数据线、I/O口输出信号，与无线通信单元进行数据交换；DC-DC电源转换模块用于将在线取能单元输入的直流电压转换为单片机、传感器、无线通信单元的工作电源。

5.根据权利要求1所述的无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，其特征在于，所述无线通信单元主要由GSM/GPRS模块和LoRa模块两部分构成，其中GSM/GPRS模块用于实现监控装置信息与手机的通讯，包括GSM短信、蓝牙串口两种方式；GSM/GPRS模块还用于发送卫星定位信号；LoRa模块用于与实现监控装置信息与PC机的点对点数据透传。

6.根据权利要求1所述的无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，其特征在于，所述灭火器单元采用电控方式触发，触发信号由单片机单元提供；单片机单元通过读取的紫外线火焰信号及烟雾信号来判断是否存在火情，如果存在火情则单片机单元发出高电平触发继电器动作，从而接通热阻丝、点燃灭火器防水引线，使灭火器动作。

7.根据权利要求1所述的无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，其特征在于，所述在线取能单元包括电磁感应线圈和逆变器，电磁感应线圈通过感应电缆线上的交流电流，产生交流电压，经逆变器转换为直流电源，为监控装置供电。

8.根据权利要求7所述的无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，其特征在于，所述灭火器单元、单片机单元、传感器单元、逆变器通过支撑板和支撑管固定，灭火器单元的防水引线、热阻丝布置在支撑管中。

9.根据权利要求8所述的无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，其特征在于，所述支撑板和支撑管采用环氧树脂材料制成。

10.根据权利要求8所述的无线式电缆沟电缆中间接头运行状态监控装置，其特征在于，支撑板为两个，且两个支撑板平行设置，分别为第一支撑板和第二支撑板；传感器单元和灭火器单元位于第一支撑板的两侧，在线取能单元的逆变器部分、单片机单元固定于第二支撑板上；无线通信单元、继电器集成与单片机单元壳体内；支撑管垂直穿过第一支撑板和第二支撑板；单片机单元、在线取能单元逆变器、传感器单元之间通过防水线缆和航空插头连接，继电器和热阻丝之间通过线缆和防水接头连接。