CN111722155B - 一种电缆接头故障监测系统及监测方法 - Google Patents

一种电缆接头故障监测系统及监测方法 Download PDF

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Abstract

一种电缆接头故障监测系统，包括环境温度监测装置、电缆接头本体温度监测装置、微处理器、电缆运行电流监测单元，电缆运行电流监测单元包括第一电流互感器、采样电阻、电能计量芯片，第一电流互感器的二次侧输出端与采样电阻的两端连接，采样电阻的信号输出端通过电能计量芯片与微处理器的信号输入端口连接，系统运行时，通过算法处理，微处理器根据运行电流值计算出电缆接头正常温度，再根据电缆接头测得的本体温度以及环境温度进行算法处理，完成对电缆接头的故障监测。该设计有效提高了电缆接头故障诊断的精准度。

Description

一种电缆接头故障监测系统及监测方法
技术领域
本发明属于电力设状态监测领域，具体涉及一种电缆接头故障监测系统及监测方法。
背景技术
电缆作为电力系统的重要组成部分，由于其长期带电运行，易燃、老化等故障发生的几率较大，尤其是电缆之间的接头，容易因接触电阻增大、外部环境影响以及电缆大电流运行导致该处的故障，为生产运行带来安全隐患，因此其监测和维护尤为重要。
通过对目前发生过的电缆故障分析发现，电缆接头处发生的各类故障并不是一个突发的过程，而是一个循序渐进的过程，且一般都伴随有接头温度的升高。除了电缆接头在故障情况下会发生温度异常升高以外，当电缆运行中出现电缆负荷超过载流量的情况时，电缆接头的温度也会导致其超过准许温度，最终引起火灾。因此，温度是电缆接头安全运行的一个十分重要的参数，需要严密监测。但是，从电缆接头过热到事故的发生，其发展速度比较缓慢，时间较长，如果人工间断性的离线监测，不能保证对所有接头故障情况的实时掌握，为此，电缆接头温度自动监测系统应运而生。
目前的电缆接头温度自动监测系统多通过实时采集待测电缆接头处的实际温度及其四周环境温度，并根据比较这两组温度数据的大小以及变化来判定待测电缆接头是否发生故障，这种监测方式忽略了运行电流值的改变所造成的电缆接头温度变化因素，会导致无法准确捕捉电缆接头的状态。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种能够准确判定电缆接头状态的电缆接头故障监测系统及其监测方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种电缆接头故障监测系统，包括环境温度监测装置、电缆接头本体温度监测装置、微处理器，所述环境温度监测装置、电缆接头本体温度监测装置的信号输出端与微处理器的信号输入端口连接；
所述系统还包括电缆运行电流监测单元，所述电缆运行电流监测单元包括第一电流互感器、采样电阻、电能计量芯片，所述第一电流互感器的二次侧输出端与采样电阻的两端连接，所述采样电阻的信号输出端通过电能计量芯片与微处理器的信号输入端口连接；
所述微处理器用于结合环境温度数据、电缆接头本体温度数据以及电缆运行电流数据对电缆接头进行故障监测并发出警报信号。
所述系统还包括CT取电单元，所述CT取电单元包括第二电流互感器、整流滤波电路、可充电电池，所述整流滤波电路的输入、输出端分别与第二电流互感器的二次侧、可充电电池的充电端连接，所述可充电电池的放电端与环境温度监测装置、电缆接头本体温度监测装置、微处理器、电能计量芯片的电源输入端连接。
所述系统还包括NB-IoT无线通信模块，所述微处理器的警报信号输出端口通过NB-IoT无线通信模块与云平台通讯连接，且NB-IoT无线通信模块的电源输入端与可充电电池的放电端连接。
所述环境温度监测装置位于电缆接头外围，所述电缆接头本体温度监测装置位于电缆接头本体上，所述第一电流互感器、第二电流互感器均固定在靠近电缆接头的电缆上。
所述第一电流互感器、第二电流互感器的变比为200:1。
一种电缆接头故障监测系统的监测方法，依次包括以下步骤：
S1、第m秒时，所述微处理器根据运行电流数值计算得出电缆接头正常温度，并计算该电缆接头正常温度与此时电缆接头本体温度的差值ΔCn，若ΔCn＞3℃，则判断电缆接头可能出现故障，发出二级异常警报，其中，所述电缆接头本体温度为电缆接头本体温度监测装置监测到的电缆接头温度与环境温度监测装置监测到的环境温度的差值；
S2、第m+59秒时，所述微处理器根据运行电流数值计算得出电缆接头正常温度，并计算电缆接头正常温度与此时电缆接头本体温度的差值ΔCn+1，随后得到ΔCn+1与ΔCn的差值ΔΦn；
S3、第m+119秒、m+179秒、m+239秒、m+299秒时均重复步骤S2，分别得到ΔCn+2与ΔCn+1的差值ΔΦn+1、ΔCn+3与ΔCn+2的差值ΔΦn+2、ΔCn+4与ΔCn+3的差值ΔΦn+3、ΔCn+5与ΔCn+4的差值ΔΦn+4，若ΔΦn、ΔΦn+1、ΔΦn+2、ΔΦn+3、ΔΦn+4中至少有四个数值大于零，且ΔCn、ΔCn+1、ΔCn+2、ΔCn+3、ΔCn+4、ΔCn+5都大于3℃，则微处理器3判定电缆接头出现故障，发出一级异常警报。
所述系统还包括NB-IoT无线通信模块，所述微处理器的警报信号输出端口通过NB-IoT无线通信模块与云平台通讯连接；
所述步骤S1、S3还包括NB-IoT无线通信模块将微处理器发出的警报信号上传到云平台的操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种电缆接头故障监测系统增设了包括第一电流互感器、采样电阻、电能计量芯片的电缆运行电流监测单元，且第一电流互感器的二次侧输出端与采样电阻的两端连接，采样电阻的信号输出端通过电能计量芯片与微处理器的信号输入端口连接，当系统运行时，第一电流互感器二次侧的小电流会流到采样电阻，采样电阻采集该电信号并输入到电能计量芯片，电能计量芯片处理电信号后传送给微处理器，微处理器再根据接收到的运行电流信号计算得出电缆接头正常温度，并得到其与此时电缆接头本体温度的差值ΔCn，若ΔCn都大于3℃，则判断电缆接头可能出现故障，随后每隔一段时间进行一次差值计算，得到ΔΦn、ΔΦn+1、ΔΦn+2、ΔΦn+3、ΔΦn+4，若ΔΦn、ΔΦn+1、ΔΦn+2、ΔΦn+3、ΔΦn+4中至少有四个数值大于零，且ΔCn、ΔCn+1、ΔCn+2、ΔCn+3、ΔCn+4、ΔCn+5都大于3℃，则确定电缆接头的接触电阻值变大、温度异常升高、电缆接头出现故障，本设计将电缆运行电流作为电缆接头故障诊断的因素之一，并采用一级警报与二级警报联合的故障诊断方式，有效提高了故障诊断的精准度。因此，本发明提高了电缆接头故障诊断的精准度。
2、本发明一种电缆接头故障监测系统还包括CT取电单元，且CT取电单元包括第二电流互感器、整流滤波电路、可充电电池，整流滤波电路的输入、输出端分别与第二电流互感器的二次侧、可充电电池的充电端连接，可充电电池的放电端与环境温度监测装置、电缆接头本体温度监测装置、微处理器、电能计量芯片的电源输入端连接，该设计通过直接在电缆上取电以提供系统运行所需电源，解决了电缆接头安装在高空中不便于更换电池的问题。因此，本发明解决可电池更换不便的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中，环境温度监测装置1、电缆接头本体温度监测装置2、微处理器3、电缆运行电流监测单元4、第一电流互感器41、采样电阻42、电能计量芯片43、CT取电单元5、第二电流互感器51、整流滤波电路52、可充电电池53、NB-IoT无线通信模块6。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，一种电缆接头故障监测系统，包括环境温度监测装置1、电缆接头本体温度监测装置2、微处理器3，所述环境温度监测装置1、电缆接头本体温度监测装置2的信号输出端与微处理器3的信号输入端口连接；
所述系统还包括电缆运行电流监测单元4，所述电缆运行电流监测单元4包括第一电流互感器41、采样电阻42、电能计量芯片43，所述第一电流互感器41的二次侧输出端与采样电阻42的两端连接，所述采样电阻42的信号输出端通过电能计量芯片43与微处理器3的信号输入端口连接；
所述微处理器3用于结合环境温度数据、电缆接头本体温度数据以及电缆运行电流数据对电缆接头进行故障监测并发出警报信号。
所述系统还包括CT取电单元5，所述CT取电单元5包括第二电流互感器51、整流滤波电路52、可充电电池53，所述整流滤波电路52的输入、输出端分别与第二电流互感器51的二次侧、可充电电池53的充电端连接，所述可充电电池53的放电端与环境温度监测装置1、电缆接头本体温度监测装置2、微处理器3、电能计量芯片43的电源输入端连接。
所述系统还包括NB-IoT无线通信模块6，所述微处理器3的警报信号输出端口通过NB-IoT无线通信模块6与云平台通讯连接，且NB-IoT无线通信模块6的电源输入端与可充电电池53的放电端连接。
所述环境温度监测装置1位于电缆接头外围，所述电缆接头本体温度监测装置2位于电缆接头本体上，所述第一电流互感器41、第二电流互感器51均固定在靠近电缆接头的电缆上。
所述第一电流互感器41、第二电流互感器51的变比为200:1。
一种电缆接头故障监测系统的监测方法，依次包括以下步骤：
S1、第m秒时，所述微处理器3根据m秒时的运行电流值计算得出电缆接头正常温度，并计算电缆接头正常温度与此时电缆接头本体温度的差值ΔCn，若ΔCn＞3℃，则判断电缆接头可能出现故障，发出二级异常警报，其中，所述电缆接头本体温度为电缆接头本体温度监测装置2监测到的电缆接头温度与环境温度监测装置1监测到的环境温度的差值；
S2、第m+59秒时，所述微处理器3根据m+59秒的运行电流值计算得出电缆接头正常温度，并计算电缆接头正常温度与此时电缆接头本体温度的差值ΔCn+1，随后得到ΔCn与ΔCn+1的差值ΔΦn；
S3、第m+119秒、m+179秒、m+239秒、m+299秒时均重复步骤S2，分别得到ΔCn+2与ΔCn+1的差值ΔΦn+1、ΔCn+3与ΔCn+2的差值ΔΦn+2、ΔCn+4与ΔCn+3的差值ΔΦn+3、ΔCn+5与ΔCn+4的差值ΔΦn+4，若ΔΦn、ΔΦn+1、ΔΦn+2、ΔΦn+3、ΔΦn+4中至少有四个数值大于零，且ΔCn、ΔCn+1、ΔCn+2、ΔCn+3、ΔCn+4、ΔCn+5都大于3℃,则微处理器3判定电缆接头出现故障，发出一级异常警报。
所述系统还包括NB-IoT无线通信模块6，所述微处理器3的警报信号输出端口通过NB-IoT无线通信模块6与云平台通讯连接；
所述步骤S1、S3还包括NB-IoT无线通信模块6将微处理器3发出的警报信号上传到云平台的操作。
变比：本发明将第一电流互感器41、第二电流互感器51的变比设定为200:1，可同时满足CT取电功率以及运行电流监测精度的要求。
实施例1：
参见图1，一种电缆接头故障监测系统，包括环境温度监测装置1、电缆接头本体温度监测装置2、微处理器3、电缆运行电流监测单元4、CT取电单元5、NB-IoT无线通信模块6，所述电缆运行电流监测单元4包括第一电流互感器41、采样电阻42、电能计量芯片43，所述CT取电单元5包括第二电流互感器51、整流滤波电路52、可充电电池53，所述环境温度监测装置1、电缆接头本体温度监测装置2均为接触式温度传感器，且环境温度监测装置1位于电缆接头外围，电缆接头本体温度监测装置2位于电缆接头本体上，环境温度监测装置1、电缆接头本体温度监测装置2的信号输出端与微处理器3的信号输入端口连接，所述第一电流互感器41、第二电流互感器51的变比为200:1、且均固定在靠近电缆接头的电缆上，所述第一电流互感器41的二次侧输出端与采样电阻42的两端连接，所述采样电阻42的信号输出端通过电能计量芯片43与微处理器3的信号输入端口连接，所述整流滤波电路52的输入、输出端分别与第二电流互感器51的二次侧、可充电电池53的充电端连接，所述可充电电池53的放电端与环境温度监测装置1、电缆接头本体温度监测装置2、微处理器3、电能计量芯片43、NB-IoT无线通信模块6的电源输入端连接，所述微处理器3的警报信号输出端口通过NB-IoT无线通信模块6与云平台通讯连接。
实施例2：
将某一电缆接头人为损坏后采用电缆接头故障监测系统进行监测，依次按照以下步骤进行：
S1、参见表1，第1秒时，所述微处理器3根据来自电能计量芯片43的运行电流数据计算得出电缆接头正常温度
Figure BDA0002556812920000061
为12.1℃，并计算电缆接头正常温度与此时电缆接头本体温度的差值ΔCn为5.5℃，由于ΔCn＞3℃，则判断电缆接头有可能出现故障，发出二级异常警报，并通过NB-IoT无线通信模块6上传到云平台，其中，所述电缆接头本体温度为电缆接头本体温度监测装置2监测到的电缆接头温度与环境温度监测装置1监测到的环境温度的差值；
S2、第60秒时，所述微处理器3根据来自电能计量芯片43的运行电流数据计算得出电缆接头正常温度
Figure BDA0002556812920000062
为17.6℃，并计算电缆接头正常温度与此时电缆接头本体温度的差值ΔCn+1为8.7℃，随后得到ΔCn+1与ΔCn的差值ΔΦn为3.2℃；
S3、第120秒、180秒、240秒、300秒时均重复步骤S2，分别得到ΔΦn+1为0.7℃、ΔΦn+2为1.8℃、ΔΦn+3为0.3℃、ΔΦn+4为0.4℃，由于ΔΦn、ΔΦn+1、ΔΦn+2、ΔΦn+3、ΔΦn+4均大于零，且ΔCn、ΔCn+1、ΔCn+2、ΔCn+3、ΔCn+4、ΔCn+5都大于3℃,则微处理器3判定电缆接头的接触电阻值变大、温度异常升高、电缆接头出现故障，发出一级异常警报，并通过NB-IoT无线通信模块6上传到云平台。
表1各时间点监测的运行电流、环境温度以及电缆接头温度数据
Figure BDA0002556812920000063
Figure BDA0002556812920000071

Claims (6)

1.一种电缆接头故障监测系统的监测方法，其特征在于：
所述系统包括环境温度监测装置(1)、电缆接头本体温度监测装置(2)、微处理器(3)、电缆运行电流监测单元(4)，所述环境温度监测装置(1)、电缆接头本体温度监测装置(2)的信号输出端与微处理器(3)的信号输入端口连接，所述电缆运行电流监测单元(4)包括第一电流互感器(41)、采样电阻(42)、电能计量芯片(43)，所述第一电流互感器(41)的二次侧输出端与采样电阻(42)的两端连接，所述采样电阻(42)的信号输出端通过电能计量芯片(43)与微处理器(3)的信号输入端口连接；
所述微处理器(3)用于结合环境温度数据、电缆接头本体温度数据以及电缆运行电流数据对电缆接头进行故障监测并发出警报信号；
所述监测方法依次包括以下步骤：
S1、第m秒时，所述微处理器(3)根据来自电能计量芯片(43)的运行电流数据计算得出电缆接头正常温度，并计算该电缆接头正常温度与此时电缆接头本体温度的差值ΔCn，若ΔCn＞3℃，则判断电缆接头可能出现故障，发出二级异常警报，其中，所述电缆接头本体温度为电缆接头本体温度监测装置(2)监测到的电缆接头温度与环境温度监测装置(1)监测到的环境温度的差值；
S2、第m+59秒时，所述微处理器(3)根据来自电能计量芯片(43)的运行电流数据计算得出电缆接头正常温度，并计算电缆接头正常温度与此时电缆接头本体温度的差值ΔCn+1，随后得到ΔCn+1与ΔCn的差值ΔΦn；
S3、第m+119秒、m+179秒、m+239秒、m+299秒时均重复步骤S2，分别得到ΔCn+2与ΔCn+1的差值ΔΦn+1、ΔCn+3与ΔCn+2的差值ΔΦn+2、ΔCn+4与ΔCn+3的差值ΔΦn+3、ΔCn+5与ΔCn+4的差值ΔΦn+4，若ΔΦn、ΔΦn+1、ΔΦn+2、ΔΦn+3、ΔΦn+4中至少有四个数值大于零，且ΔCn、ΔCn+1、ΔCn+2、ΔCn+3、ΔCn+4、ΔCn+5都大于3℃，则微处理器(3)判定电缆接头出现故障，发出一级异常警报。
2.根据权利要求1所述的一种电缆接头故障监测系统的监测方法，其特征在于：
所述系统还包括NB-IoT无线通信模块(6)，所述微处理器(3)的警报信号输出端口通过NB-IoT无线通信模块(6)与云平台通讯连接；
所述步骤S1、S3还包括NB-IoT无线通信模块(6)将微处理器(3)发出的警报信号上传到云平台的操作。
3.根据权利要求2所述的一种电缆接头故障监测系统的监测方法，其特征在于：
所述系统还包括CT取电单元(5)，所述CT取电单元(5)包括第二电流互感器(51)、整流滤波电路(52)、可充电电池(53)，所述整流滤波电路(52)的输入、输出端分别与第二电流互感器(51)的二次侧、可充电电池(53)的充电端连接，所述可充电电池(53)的放电端与环境温度监测装置(1)、电缆接头本体温度监测装置(2)、微处理器(3)、电能计量芯片(43)的电源输入端连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种电缆接头故障监测系统的监测方法，其特征在于：所述NB-IoT无线通信模块(6)的电源输入端与可充电电池(53)的放电端连接。
5.根据权利要求3所述的一种电缆接头故障监测系统的监测方法，其特征在于：所述环境温度监测装置(1)位于电缆接头外围，所述电缆接头本体温度监测装置(2)位于电缆接头本体上，所述第一电流互感器(41)、第二电流互感器(51)均固定在靠近电缆接头的电缆上。
6.根据权利要求3所述的一种电缆接头故障监测系统的监测方法的监测方法，其特征在于：所述第一电流互感器(41)、第二电流互感器(51)的变比为200:1。
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