CN117783933A - 一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，包括顺序连接的信号处理单元、敏感部件以及末端电阻，所述敏感部件包括至少两根绞合的导线；信号处理单元接收回路的电阻、阻抗、容抗，根据阻抗变化判断火灾的发生，根据电阻变化判断敏感部件的开路故障及其故障点位置，根据容抗变化判断敏感部件的短路故障及其故障点位置；本发明的优点在于：准确指示故障点位，从而无需采用整体更换线缆的方式进行维护，大大减少人力与物力成本，避免造成不必要的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及火灾探测器领域，具体涉及一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器。
背景技术
线型感温火灾探测器(感温电缆)是一种市面上很常见的，安装简单、维护方便的火灾探测产品，广泛应用于消防领域。但因为与消防安全相关，感温电缆在实际工作过程中，任何类型的故障都有可能产生很严重的后果。而应用于变压器的感温电缆直接缠绕在变压器表面，长期置于户外复杂环境中，易受外界大气腐蚀，产生老化、断裂等现象，造成感温电缆的短路或断路的情况，引起火灾的误报、漏报等。目前应用于变压器的感温电缆在发生故障时，由于不能指示故障点部位，且现场无法采用人工方式查找故障点，因此一般采用整体更换的方式进行维护，增加人力与物力成本，并且造成不必要的浪费。
中国专利公开号CN103065420A公开了一种不可恢复缆式线型感温火灾探测器及其报警方法。探测器包括感温电缆和连在感温电缆一端的信号处理单元；感温电缆由两根之间设有感温绝缘层且绞合在一起的探测导体组成，感温绝缘层由负温度系数高分子绝缘材料、正温度系数高分子绝缘材料或电阻突变性负温度系数高分子绝缘材料中一种制成。该专利申请可通过其上感温绝缘层电阻的变化来实现温度探测，结合感温绝缘层材料所固有的软化特性使线芯发生短路来实现温度升限报警，能够区分非正常故障短路和温升火警短路，提高了感温电缆的探测灵敏度，减少了响应时间。另外，其还能测量探测导体短路点到起始点的距离，有利于现场的管理。其虽然能够检测导体短路点到起始点的距离，但是其检测方法仅仅是根据探测导体的内阻R线与其长度成正比的原理，但是没有给出具体的比例关系，从而无法准确获得短路点到起始点的距离。而且该专利申请不涉及开路故障的判断以及开路故障点位置的判断，因此整个方案无法准确指示故障点位。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术火灾探测器无法准确指示故障点位，从而需要采用整体更换线缆的方式进行维护，增加人力与物力成本，造成不必要的浪费。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题的：一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，包括顺序连接的信号处理单元、敏感部件以及末端电阻，所述敏感部件包括至少两根绞合的导线；信号处理单元接收回路的电阻、阻抗、容抗，根据阻抗变化判断火灾的发生，根据电阻变化判断敏感部件的开路故障及其故障点位置，根据容抗变化判断敏感部件的短路故障及其故障点位置。
进一步地，所述根据阻抗变化判断火灾的发生，包括：
信号处理单元接收回路中的当前阻抗值，将当前阻抗值与预设的标准阻抗值比较，若变化超出第一预设范围，则判断火灾发生，若变化未超出第一预设范围，则判断无火灾发生。
进一步地，所述根据电阻变化判断敏感部件的开路故障及其故障点位置，包括：
当电阻变化超过第二预设范围，则判断发生开路故障，通过公式L1＝(1+a)×C/C0×L0计算开路故障点距离信号处理单元的位置，其中，a为补偿系数，C为信号处理单元获取的回路的当前容抗，C0为敏感部件完好的情况下测得的回路容抗，L0为敏感部件完好的情况下的长度。
更进一步地，所述补偿系数的获取方式为：
分别选取样本为200m、150m、100m、50m感温电缆，利用电容测试仪分别测试对应的容抗值，记录为C200、C150、C100、C50，利用公式a＝(C200/200+C150/150+C100/100+C50/50)/4-1获得补偿系数。
进一步地，所述根据容抗变化判断敏感部件的短路故障及其故障点位置，包括：
当容抗变化超过第三预设范围，则判断发生短路故障，通过公式L2＝(R/R0×L0)/2获取短路故障点距离信号处理单元的位置，其中，R为信号处理单元获取的回路的当前阻值，R0为敏感部件完好的情况下测得的回路阻值，L0为敏感部件完好的情况下的长度。
进一步地，获取开路故障的故障点位置以后，更换敏感部件中开路故障的故障点位置到终端的导线。
进一步地，获取短路故障的故障点位置以后，对短路故障的故障点位置进行检查，更换对应故障点位置的敏感部件中的线缆。
进一步地，所述信号处理单元包括微处理器、火警检测单元、信号切换单元、短路故障检测单元及开路故障检测单元，所述微处理器分别与短路故障检测单元、火警检测单元、信号切换单元以及开路故障检测单元连接，信号切换单元分别与短路故障检测单元、火警检测单元、开路故障检测单元以及末端电阻连接。
更进一步地，所述信号处理单元还包括供电单元和显示单元，所述供电单元以及显示单元均与微处理器连接。
进一步地，所述信号处理单元和末端电阻均固定在变压器表面，所述敏感部件缠绕在变压器上。
本发明的优点在于：
(1)本发明根据阻抗变化判断火灾的发生，根据电阻变化判断敏感部件的开路故障及其故障点位置，根据容抗变化判断敏感部件的短路故障及其故障点位置，能够准确判断故障类型并且识别故障位置，从而根据故障位置针对性的更换部分线缆，无需采用整体更换线缆的方式进行维护，大大减少人力与物力成本，避免造成不必要的浪费。
(2)本发明能够根据阻抗变化判断火灾的发生，判断方式简单且相对准确。
(3)本发明提供具体的开路故障点位置计算方式，从而精准的计算出开路故障点，根据该故障点针对性的更换存在开路故障的线缆，方便快捷。
(4)本发明提供具体的短路故障点位置计算方式，从而精准的计算出短路故障点，根据该故障点针对性的更换存在短路故障的线缆，方便快捷。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器的整体结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器的原理示意图；
图3为本发明实施例所公开的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器的工作流程图；
图4为本发明实施例所公开的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器的故障辨识示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
如图1所示，一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，包括顺序连接的信号处理单元1、敏感部件2以及终端盒3，所述敏感部件2包括两根绞合的导线，导线表面涂敷热敏绝缘材料，敏感部件2能够对沿着其安装长度范围内任意一点的温度变化进行探测。终端盒3为一末端电阻，设置在敏感部件2的末端，与敏感部件2以及信号处理单元1构成电流回路，将回路中的参数传递给信号处理单元1。信号处理单元1接收回路的电阻、阻抗、容抗，根据阻抗变化判断火灾的发生，根据电阻变化判断敏感部件2的开路故障及其故障点位置，根据容抗变化判断敏感部件2的短路故障及其故障点位置。
如图2所示，所述信号处理单元1包括微处理器101、火警检测单元102、信号切换单元103、短路故障检测单元104及开路故障检测单元105，所述微处理器101分别与短路故障检测单元104、火警检测单元102、信号切换单元103以及开路故障检测单元105连接，信号切换单元103分别与短路故障检测单元104、火警检测单元102、开路故障检测单元105以及末端电阻连接。所述信号处理单元1还包括供电单元106和显示单元107，所述供电单元106以及显示单元107均与微处理器101连接。所述信号处理单元1和末端电阻均固定在变压器表面，所述敏感部件2缠绕在变压器上。
以下详细介绍火灾判断以及故障类型和故障位置点的判断方法。具体流程参阅图3。
1、根据阻抗变化判断火灾的发生
信号处理单元1接收回路中的当前阻抗值，将当前阻抗值与预设的标准阻抗值比较，若变化超出第一预设范围，则判断火灾发生，若变化未超出第一预设范围，则判断无火灾发生。第一预设范围可以通过多次现场实验取平均值得到。需要说明以下几点：
(1)常温下，火灾探测器阻抗值在20MΩ-200MΩ之间；
(2)当阻抗值降低至20MΩ-1KΩ时，认为有火灾发生；
(3)当火灾探测器阻抗值大于200MΩ时，认为开路故障；
(4)当火灾探测器阻抗值在1KΩ-0时，认为短路故障。
2、根据电阻变化判断敏感部件2的开路故障及其故障点位置
当电阻变化超过第二预设范围，则判断发生开路故障。第二预设范围一般是极大的一个值，接近∞，因此实际应用中只要设置成一个较大的阻值即可，例如200MΩ以上的一个阻值。也即，当火灾探测器阻抗值大于200MΩ时，认为开路故障。
通过公式L1＝(1+a)×C/C0×L0计算开路故障点距离信号处理单元1的位置，其中，a为补偿系数，C为信号处理单元1获取的回路的当前容抗，C0为敏感部件2完好的情况下测得的回路容抗，L0为敏感部件2完好的情况下的长度。
其中，补偿系数与感温电缆的加工工艺结构有关，如芯线绞合结构、芯线平行结构等，不同的成缆结构，补偿系数不同，需要分别计算。本发明提供一种补偿系数的获取方式如下：
分别选取样本为200m、150m、100m、50m感温电缆，利用精密电容测试仪分别测试对应的容抗值，记录为C200、C150、C100、C50，利用公式a＝(C200/200+C150/150+C100/100+C50/50)/4-1获得补偿系数。当补偿系数导致的实际测试误差较大时，可以适当增加选取样本的数量，根据上述补偿系数计算公式原理重新计算补偿系数，获取更加精准的补偿系数。
3、根据容抗变化判断敏感部件2的短路故障及其故障点位置
当容抗变化超过第三预设范围，则判断发生短路故障。第三预设范围接近于0，因此在0的附近设置一个小范围即可。或者按上述提及的，当火灾探测器阻抗值在1KΩ-0时，认为短路故障。
由于导体的电阻值与导体的长度成线性关系，因此根据测得的阻值与初始阻值(R/R0)的比值通过公式L2＝(R/R0×L0)/2获取短路故障点距离信号处理单元1的位置，其中，R为信号处理单元1获取的回路的当前阻值，R0为敏感部件2完好的情况下测得的回路阻值，L0为敏感部件2完好的情况下的长度。
如图4所示，获取开路故障的故障点位置以后，更换敏感部件2中开路故障的故障点位置到终端的导线。获取短路故障的故障点位置以后，对短路故障的故障点位置进行检查，更换对应故障点位置的敏感部件2中的线缆。
通过以上技术方案，本发明根据阻抗变化判断火灾的发生，根据电阻变化判断敏感部件2的开路故障及其故障点位置，根据容抗变化判断敏感部件2的短路故障及其故障点位置，能够准确判断故障类型并且识别故障位置，从而根据故障位置针对性的更换部分线缆，无需采用整体更换线缆的方式进行维护，大大减少人力与物力成本，避免造成不必要的浪费。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，其特征在于，包括顺序连接的信号处理单元、敏感部件以及末端电阻，所述敏感部件包括至少两根绞合的导线；信号处理单元接收回路的电阻、阻抗、容抗，根据阻抗变化判断火灾的发生，根据电阻变化判断敏感部件的开路故障及其故障点位置，根据容抗变化判断敏感部件的短路故障及其故障点位置。
2.根据权利要求1所述的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，其特征在于，所述根据阻抗变化判断火灾的发生，包括：
信号处理单元接收回路中的当前阻抗值，将当前阻抗值与预设的标准阻抗值比较，若变化超出第一预设范围，则判断火灾发生，若变化未超出第一预设范围，则判断无火灾发生。
3.根据权利要求1所述的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，其特征在于，所述根据电阻变化判断敏感部件的开路故障及其故障点位置，包括：
当电阻变化超过第二预设范围，则判断发生开路故障，通过公式L1＝(1+a)×C/C0×L0计算开路故障点距离信号处理单元的位置，其中，a为补偿系数，C为信号处理单元获取的回路的当前容抗，C0为敏感部件完好的情况下测得的回路容抗，L0为敏感部件完好的情况下的长度。
4.根据权利要求3所述的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，其特征在于，所述补偿系数的获取方式为：
分别选取样本为200m、150m、100m、50m感温电缆，利用电容测试仪分别测试对应的容抗值，记录为C200、C150、C100、C50，利用公式a＝(C200/200+C150/150+C100/100+C50/50)/4-1获得补偿系数。
5.根据权利要求1所述的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，其特征在于，所述根据容抗变化判断敏感部件的短路故障及其故障点位置，包括：
当容抗变化超过第三预设范围，则判断发生短路故障，通过公式L2＝(R/R0×L0)/2获取短路故障点距离信号处理单元的位置，其中，R为信号处理单元获取的回路的当前阻值，R0为敏感部件完好的情况下测得的回路阻值，L0为敏感部件完好的情况下的长度。
6.根据权利要求1所述的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，其特征在于，获取开路故障的故障点位置以后，更换敏感部件中开路故障的故障点位置到终端的导线。
7.根据权利要求1所述的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，其特征在于，获取短路故障的故障点位置以后，对短路故障的故障点位置进行检查，更换对应故障点位置的敏感部件中的线缆。
8.根据权利要求1所述的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，其特征在于，所述信号处理单元包括微处理器、火警检测单元、信号切换单元、短路故障检测单元及开路故障检测单元，所述微处理器分别与短路故障检测单元、火警检测单元、信号切换单元以及开路故障检测单元连接，信号切换单元分别与短路故障检测单元、火警检测单元、开路故障检测单元以及末端电阻连接。
9.根据权利要求8所述的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，其特征在于，所述信号处理单元还包括供电单元和显示单元，所述供电单元以及显示单元均与微处理器连接。
10.根据权利要求1所述的一种具有故障点识别功能的变压器火灾探测器，其特征在于，所述信号处理单元和末端电阻均固定在变压器表面，所述敏感部件缠绕在变压器上。
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