CN113848513A - 一种多功能传感器及其应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能传感器及其应用方法，传感器包括：电流互感模块及模数转换模块均封装在金属外壳内，电流互感模块用于检测多种频率的电流；数转换模块与每个电流互感器及上位机信号连接，用于将电流互感模块检测到的电流模拟信号转换为数字信号后发送至上位机；温度传感器安装于金属外壳的外部，其与上位机信号连接，用于测试待测区域温度，并将其发送至上位机，从而通过将多种检测模块集成于同一设备中，实现对不同频率电流及温度的检测，解决了现有技术中的独立安装多种传感器独立安装时存在体积过大，难以安装的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备传感领域，具体涉及一种多功能传感器。
背景技术
电缆逐渐成为城市地区输电系统的主要通道，其具有占地少、美观的特点。电缆运行过程中可能会由于制造工艺不良或外力破坏导致的绝缘缺陷、施工疏忽导致的接地缺陷等问题。当电缆出现交叉互联错误时，接地箱中的接地排上的工频电流会显著增大，可通过工频电流互感器测量；当出现绝缘缺陷时，接地排上会出现明显的高频电流，可通过高频电流传感器测量；当电缆存在高阻接地故障时，接地箱中的保护器会有明显的发热现象，可通过红外成像测量。目前，巡检人员主要通过手持式工频电流互感器、高频电流互感器和红外成像检测电缆接地箱内接地排和保护器的状态来判断电缆是否存在上述潜在缺陷。
由于电缆线路沿线接地箱数量众多，因此急需能够实现接地箱接地排工频电流、高频电流和保护器温度的在线监测。由于接地箱内空间狭小，独立安装三种传感器存在体积过大，难以安装的问题，且孤立的运用监测数据难以有效地判断电缆接地是否存在故障。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的独立安装多种传感器独立安装时存在体积过大，难以安装的缺陷，从而提供一种多功能传感器及其应用方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种多功能传感器，包括：电流互感模块、温度传感器、金属外壳及模数转换模块，其中，电流互感模块及模数转换模块均封装在金属外壳内，电流互感模块用于检测多种频率的电流；模数转换模块与每个电流互感器及上位机信号连接，用于将电流互感模块检测到的电流模拟信号转换为数字信号后发送至上位机；温度传感器安装于金属外壳的外部，其与上位机信号连接，用于测试待测区域温度，并将其发送至上位机。
在一实施例中，多功能传感器还包括：旋转连接器，其安装于金属外壳上，温度传感器安装于旋转连接器上。
在一实施例中，多功能传感器还包括：多针脚连接端子，其安装于金属外壳的外部，用于为温度传感器、模数转换器提供电源端子、接地端子、时钟端子，以及二者与上位机通信的数据端子。
在一实施例中，电流互感模块包括：工频电流互感器及高频电流互感器。
在一实施例中，工频电流互感器由硅钢环形磁芯和顺时缠绕在硅钢环形磁芯上的铜绕组组成。
在一实施例中，高频电流传感器由高频软磁环形磁芯和缠绕在高频软磁环形磁芯上的铜绕组组成。
在一实施例中，温度传感器为红外成像设备，其安装至旋转连接器上，通过调整旋转连接器的角度，控制红外成像设备对准待测区域。
在一实施例中，模数转换模块及温度传感器具有不同的寻址地址。
在一实施例中，工频电流互感器及高频电流互感器通过环氧封装在金属外壳内。
在一实施例中，多功能传感器还包括：
卡接件，其安装于金属外壳上。
第二方面，本发明实施例提供一种多功能传感器的应用方法，基于第一方面的多功能传感器，应用方法包括：电流互感模块实时检测当前时刻的工频电流、温度传感器实时检测当前时刻的待测区域温度；上位机将获取的当前时刻的工频电流、当前时刻的待测区域温度，与历史数据比较；若当前时刻的待测区域温度比历史数据中最高温度高时，将最高温度所对应的工频电流与当前时刻的工频电流比较；若当前时刻的工频电流大于最高温度所对应的工频电流时，判定待测区域发热与接地电流增大有关、接地相序错误；若当前时刻的工频电流不大于最高温度所对应的工频电流时，判定待测区域发热与接地电阻增大有关、保护器悬浮故障。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的多功能传感器，电流互感模块及模数转换模块均封装在金属外壳内，电流互感模块用于检测多种频率的电流；数转换模块与每个电流互感器及上位机信号连接，用于将电流互感模块检测到的电流模拟信号转换为数字信号后发送至上位机；温度传感器安装于金属外壳的外部，其与上位机信号连接，用于测试待测区域温度，并将其发送至上位机，从而通过将多种检测模块集成于同一设备中，实现对不同频率电流及温度的检测，并解决了现有技术中的独立安装多种传感器独立安装时存在体积过大，难以安装的问题。
2.本发明提供的多功能传感器，多功能传感器检测电缆的运行状况时，可以将卡接件卡在电缆接地箱内的接地排上，并调整红外成像设备的角度对准电缆接地箱内的保护器，当工频电流互感器检测到工频电流、工频电流明显增大时，可以判定电缆出线交叉互联错误，当高频电流互感器检测到明显的高频电流时，可以判定电缆出线绝缘缺陷；当红外成像设备检测到接地箱中的保护器有明显的发热现象时，可以判定电缆存在高阻接地故障。
3.本发明提供一种多功能传感器的应用方法，电流互感模块实时检测当前时刻的工频电流、温度传感器实时检测当前时刻的待测区域温度；上位机将获取的当前时刻的工频电流、当前时刻的待测区域温度，与历史数据比较；若当前时刻的待测区域温度比历史数据中最高温度高时，将最高温度所对应的工频电流与当前时刻的工频电流比较；若当前时刻的工频电流大于最高温度所对应的工频电流时，判定待测区域发热与接地电流增大有关、接地相序错误；若当前时刻的工频电流不大于最高温度所对应的工频电流时，判定待测区域发热与接地电阻增大有关、保护器悬浮故障，从而实现通过连接传感器的上位机对监测的接地工频电流和红外测温结果进行分析，可自动判断电缆的接地故障缺陷类型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的多功能传感器的一个具体示例的组成图；
图2为本发明实施例提供的多功能传感器的另一个具体示例的组成图；
图3为本发明实施例提供的多功能传感器的另一个具体示例的组成图；
图4为本发明实施例提供的多功能传感器的另一个具体示例的组成图；
图5为本发明实施例提供的多针脚连接端子示意图；
图6为本发明实施例提供的多功能传感器的另一个具体示例的组成图；
图7为本发明实施例提供的多功能传感器一个具体示例的示意图；
图8为本发明实施例提供的工频电流传感器的一个具体示例的组成图；
图9为本发明实施例提供的高频电流传感器的一个具体示例的组成图；
图10为本发明实施例提供的多功能传感器内部模块电气连接方式；
图11为本发明实施例提供的工频电流传感器的I2C协议时序关系图；
图12为本发明实施例提供的多功能传感器的应用方法的一个具体示例的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种多功能传感器，应用于对待测设备进行多种运行参数进行检测的场合，如图1所示，包括：电流互感模块1、温度传感器2、金属外壳3及模数转换模块4。
如图1所示，本发明实施例的电流互感模块1及模数转换模块4均封装在金属外壳3内，电流互感模块1用于检测多种频率的电流；模数转换模块4与每个电流互感器及上位机信号连接，用于将电流互感模块1检测到的电流模拟信号转换为数字信号后发送至上位机；温度传感器2安装于金属外壳3的外部，其与上位机信号连接，用于测试待测区域温度，并将其发送至上位机。
具体地，如图2所示，本发明实施例的金属外壳3可以分为第一金属外壳31、第二金属外壳32，第一金属外壳31与第二金属外壳32为相互连通的壳体，电流互感模块1置于第一金属外壳31内，模数转换模块4置于第二金属外壳32内，且电流互感模块1与模数转换模块4通信连接，第一金属外壳31与第二金属外壳32的大小分别根据电流互感模块1、模数转换模块4设置，温度传感器2设置于第一金属外壳31外侧。
在一具体实施例中，如图3所示，多功能传感器还包括：旋转连接器5，其安装于金属外壳3上，温度传感器2安装于旋转连接器5上，其中，通过控制旋转连接器5的角度，控制温度传感器2运动。
在一具体实施例中，如图4所示多功能传感器还包括：多针脚连接端子6，其安装于金属外壳3的外部，用于为温度传感器2、模数转换器提供电源端子、接地端子、时钟端子，以及二者与上位机通信的数据端子。
具体地，本发明实施例的多针脚连接端子6如图5所示，其包含电源端子VCC、接地端子GND、时钟端子CLK以及数据端子DATA。
在一具体实施例中，如图6所示，本发明实施例的电流互感模块1包括：工频电流互感器11及高频电流互感器12，工频电流互感器11及高频电流互感器12通过环氧封装在金属外壳3内，具体地，如图7所示多功能传感器的剖面图，图7中，工频电流互感器11及高频电流互感器12为环形，则第一金属外壳31为环形。
如图8所示，本发明实施例的工频电流互感器11由硅钢环形磁芯111和顺时缠绕在硅钢环形磁芯上的铜绕组112组成，其中，顺时缠绕在硅钢环形磁芯上的铜绕组112的两端按照顺时针方向记为V和GND。
如图9所示，高频电流传感器由高频软磁环形磁芯121和缠绕在高频软磁环形磁芯上的铜绕组122组成，缠绕在高频软磁环形磁芯上的铜绕组122122的两端按照顺时针方向记为V和GND。
本发明实施例的温度传感器2为红外成像设备，其安装至旋转连接器5上，通过调整旋转连接器5的角度，控制红外成像设备对准待测区域。
本发明实施例将工频电流互感器11和高频电流传感器通过环氧封装在金属外壳3内，金属外壳3装有旋转连接器5，与红外成像设备相连，因此可任意调节红外成像设备的角度，便于对准电缆接地箱内的保护器。此外，工频电流互感器11与高频电流传感器连接到符合I2C协议的模数转换模块4中，红外成像设备也选用符合I2C协议的模块，因此可通过I2C总线实现工频电流互感器11、高频电流传感器和红外成像结果与外部主机的连接，并通过外部主机自身的远程通信模块发送到远端主站。
如图10所示，顺时缠绕在硅钢环形磁芯上的铜绕组112的V端与遵循I2C协议的模数转换模块4的通道V1相连，GND端与红外成像设备的GND相连；缠绕在高频软磁环形磁芯上的铜绕组122的V端与遵循I2C协议的模数转换模块4的通道V2相连，GND端与红外成像设备的GND端相连；红外成像设备的VCC端与模数转换模块4的VCC端共同焊接到多针脚连接端子6的VCC端；红外成像设备的GND端与模数转换模块4的GND端共同焊接到多针脚连接端子6的GND端；红外成像设备的CLK端与模数转换模块4的CLK端共同焊接到多针脚连接端子6的CLK端；红外成像设备的DATA端与模数转换模块4的DATA端共同焊接到多针脚连接端子6的DATA端。此外，应保证模数转换模块4的I2C寻址地址与红外成像设备I2C寻址地址不同。
在一具体实施例中，多功能传感器还包括卡接件，其安装于金属外壳3上，其可以用于固定多功能传感器。
具体地，本发明实施例的多功能传感器检测电缆的运行状况时，可以将卡接件卡在电缆接地箱内的接地排上，并调整红外成像设备的角度对准电缆接地箱内的保护器，当工频电流互感器11检测到工频电流、工频电流明显增大时，可以判定电缆出线交叉互联错误，当高频电流互感器12检测到明显的高频电流时，可以判定电缆出线绝缘缺陷；当红外成像设备检测到接地箱中的保护器有明显的发热现象时，可以判定电缆存在高阻接地故障。
在一具体实施例中，模数转换模块4及温度传感器2具有不同的寻址地址，以便主机与二者通讯，例如：主机按照图11中的I2C协议时序关系调整CLK连接线和DATA连接线的高低电平获取工频电流传感器、高频电流传感器和红外成像设备的结果。
以工频电流传感器为例，记工频电流传感器连接的基于I2C协议的8比特模数转换模块4的通道地址为A6A5A4A3A2A1A0(共7位)。则主机按照以下方法读取工频电流传感器的数据：
(1)首先将CLK连接线和DATA连接线的电平置1，之后将DATA连接线的电平置0，此时已启动I2C协议。
(2)将CLK连接线置0，然后将DATA连接线置A6，再将CLK连接线置1，等待10us。
(3)将CLK连接线置0，然后将DATA连接线置A5，再将CLK连接线置1，等待10us。
(4)将CLK连接线置0，然后将DATA连接线置A4，再将CLK连接线置1，等待10us。
(5)将CLK连接线置0，然后将DATA连接线置A3，再将CLK连接线置1，等待10us。
(6)将CLK连接线置0，然后将DATA连接线置A2，再将CLK连接线置1，等待10us。
(7)将CLK连接线置0，然后将DATA连接线置A1，再将CLK连接线置1，等待10us。
(8)将CLK连接线置0，然后将DATA连接线置A0，再将CLK连接线置1，等待10us。
(9)将CLK连接线置0，然后将DATA连接线置1，再将CLK连接线置1，等待模数转换模块4发出响应。
(10)检测到模数转换模块4发出响应后，将CLK连接线置0，再将CLK连接线置1，读取高频电流传感器测量结果的第1个比特。
(11)将CLK连接线置0，再将CLK连接线置1，读取高频电流传感器测量结果的第2个比特。
(12)将CLK连接线置0，再将CLK连接线置1，读取高频电流传感器测量结果的第3个比特。
(13)将CLK连接线置0，再将CLK连接线置1，读取高频电流传感器测量结果的第4个比特。
(14)将CLK连接线置0，再将CLK连接线置1，读取高频电流传感器测量结果的第5个比特。
(15)将CLK连接线置0，再将CLK连接线置1，读取高频电流传感器测量结果的第6个比特。
(16)将CLK连接线置0，再将CLK连接线置1，读取高频电流传感器测量结果的第7个比特。
(17)将CLK连接线置0，再将CLK连接线置1，读取高频电流传感器测量结果的第8个比特。
(18)将读取到的8比特高频电流数据由2进制转换为10进制。
此外，将上述步骤中的地址A6A5A4A3A2A1A0替换为高频电流传感器和红外成像设备的地址，可获取高频电流传感器和红外成像设备的测量结果。
实施例2
本发明实施例提供一种多功能传感器的应用方法，基于实施例1的多功能传感器，如图12所示，应用方法包括：
步骤S1：电流互感模块实时检测当前时刻的工频电流、温度传感器实时检测当前时刻的待测区域温度。
步骤S2：上位机将获取的当前时刻的工频电流、当前时刻的待测区域温度，与历史数据比较。
步骤S3：若当前时刻的待测区域温度比历史数据中最高温度高时，将最高温度所对应的工频电流与当前时刻的工频电流比较。
步骤S4：若当前时刻的工频电流大于最高温度所对应的工频电流时，判定待测区域发热与接地电流增大有关、接地相序错误；若当前时刻的工频电流不大于最高温度所对应的工频电流时，判定待测区域发热与接地电阻增大有关、保护器悬浮故障。
具体地，本发明实施例的历史数据中包含多个检测时刻，每个检测时刻包含电流互感模块检测的工频电流、温度传感器检测的待测区域温度，本发明实施例的多功能传感器检测电缆的运行状况时，可以将卡接件卡在电缆接地箱内的接地排上，并调整红外成像设备的角度对准电缆接地箱内的保护器，因此为了判别保护器发热的原因，将电流互感模块的检测数据与温度传感器的检测数据相结合进行判断，具体如下：
现标记多功能传感器在ti时刻监测到的工频电流和温度值为(Iti，Tti)，上位机收到多功能传感器发送的工频电流和温度值(Iti，Tti)后，与上位机中的历史数据(Itj，Ttj)进行比对，若温度Tti高于历史温度Ttj，则上位机将历史数据中仅次于当前温度Tti的历史数据(Itn，Ttn)取出与(Iti，Tti)比对，由于温度的变化一般较为缓慢，因此Ttn≈Tti。由欧姆定律可知，保护器的发热与保护器流过的电流和保护器的等值电阻有关，若当前时刻的工频电流Iti大于历史最热点时刻的Itn，表明发热与接地电流增大有关，判断为接地相序错误缺陷。若当前时刻的工频电流Iti等于或小于历史最热点时刻的Itn，表明发热与接地电阻增大有关，判断为保护器悬浮故障，通过上述方法，可有效的区分电缆接地相序缺陷和接地悬浮缺陷。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (11)
1.一种多功能传感器，其特征在于，包括：电流互感模块、温度传感器、金属外壳及模数转换模块，其中，
电流互感模块及模数转换模块均封装在所述金属外壳内，电流互感模块用于检测多种频率的电流；
所述模数转换模块与每个电流互感器及上位机信号连接，用于将电流互感模块检测到的电流模拟信号转换为数字信号后发送至上位机；
所述温度传感器安装于所述金属外壳的外部，其与上位机信号连接，用于测试待测区域温度，并将其发送至上位机。
2.根据权利要求1所述的多功能传感器，其特征在于，还包括：
旋转连接器，其安装于所述金属外壳上，所述温度传感器安装于所述旋转连接器上。
3.根据权利要求1所述的多功能传感器，其特征在于，还包括：
多针脚连接端子，其安装于所述金属外壳的外部，用于为温度传感器、模数转换器提供电源端子、接地端子、时钟端子，以及二者与上位机通信的数据端子。
4.根据权利要求1所述的多功能传感器，其特征在于，所述电流互感模块包括：工频电流互感器及高频电流互感器。
5.根据权利要求4所述的多功能传感器，其特征在于，所述工频电流互感器由硅钢环形磁芯和顺时缠绕在硅钢环形磁芯上的铜绕组组成。
6.根据权利要求4所述的多功能传感器，其特征在于，所述高频电流传感器由高频软磁环形磁芯和缠绕在高频软磁环形磁芯上的铜绕组组成。
7.根据权利要求2所述的多功能传感器，其特征在于，所述温度传感器为红外成像设备，其安装至所述旋转连接器上，通过调整旋转连接器的角度，控制所述红外成像设备对准待测区域。
8.根据权利要求1所述的多功能传感器，其特征在于，所述模数转换模块及温度传感器具有不同的寻址地址。
9.根据权利要求4所述的多功能传感器，其特征在于，所述工频电流互感器及高频电流互感器通过环氧封装在金属外壳内。
10.根据权利要求1所述的多功能传感器，其特征在于，还包括：
卡接件，其安装于所述金属外壳上。
11.一种多功能传感器的应用方法，其特征在于，基于权利要求1-10任一项所述的多功能传感器，所述应用方法包括：
电流互感模块实时检测当前时刻的工频电流、温度传感器实时检测当前时刻的待测区域温度；
上位机将获取的当前时刻的工频电流、当前时刻的待测区域温度，与历史数据比较；
若当前时刻的待测区域温度比历史数据中最高温度高时，将最高温度所对应的工频电流与当前时刻的工频电流比较；
若当前时刻的工频电流大于最高温度所对应的工频电流时，判定待测区域发热与接地电流增大有关、接地相序错误；若当前时刻的工频电流不大于最高温度所对应的工频电流时，判定待测区域发热与接地电阻增大有关、保护器悬浮故障。
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