CN207882380U - 接触网主回路电气节点过热在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种接触网主回路电气节点过热在线监测系统，包括若干电气节点温度监测终端和信息管理与报警后台系统，温度监测终端通过4G网络通信网络将监测到的电气节点温度数据传输给信息管理与报警后台系统；温度监测终端包括MCU处理器控制模块、温度采集模块和4G网络通信模块、电池模块，MCU处理器控制模块分别与温度采集模块、4G网络通信模块、电池模块连接；信息管理与报警后台系统将接收到的信息反馈给管理人员。本实用新型通过4G网络通信技术和温感监测技术，将温度监测终端采集到的接触网主回路电气节点温度数据传输至信息管理与报警后台系统，实现对接触网主回路电气节点温度状态的在线实时监测。
Description
技术领域
本实用新型属于电气化铁道牵引供电技术领域，涉及一种接触网主回路电气节点过热在线监测系统。
背景技术
在电气化铁路接触网设备中难免会出现各类故障，其中电气烧伤在事故前难以预测而且危害严重，所以受到电运营检修部门的重视。据统计，某供电段一年内发生各种接触网故障135件，其中48件事故为电气烧伤类，占总故障数的36.3％。
在牵引运能逐年增加的情况下，接续管、预绞式线夹和电连接线夹等接触网主回路电气节点温度过高，轻则导致烧熔、烧损接触网设备，重则将引发塌网、断线等事故，严重影响了供电质量和正常的运输秩序。电气化铁路日常检修中对接触网主回路电气节点过热状态尚无在线实时的监测手段，致使相关主回路故障得不到有效的监测和预警。
目前监测接触网主回路电气节点温度状态的手段多为人工巡视方法，但人为因素较大，存在误判现象。也引入车载高速红外摄像仪，但其测量精度容易受环境影响，且无法做到全天候实时监测电气节点过热情况。现存接触网主回路电气节点温度状态监测方式已远远无法满足接触网检修作业信息智能化、专业化和实时性等方面的要求，建立一套基于4G网络通信的接触网主回路电气节点过热在线监测系统已是现代接触网检修作业技术发展的必然趋势，从而达到提前预警、即时报警、推动检修作业科学智能化以及提高天窗检修作业效率的目的。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种接触网主回路电气节点过热在线监测系统，解决了现有接触网主回路电气节点过热监测精度低、无法实时监测的问题。
本实用新型所采用的技术方案是，接触网主回路电气节点过热在线监测系统，包括若干电气节点温度监测终端和信息管理与报警后台系统，温度监测终端通过4G网络通信网络将监测到的电器节点温度数据传输给信息管理与报警后台系统；
温度监测终端包括MCU处理器控制模块、温度采集模块和4G网络通信模块、电池模块，MCU处理器控制模块分别与温度采集模块、4G网络通信模块、电池模块连接；
信息管理与报警后台系统用于管理接触网主回路电气节点温度信息数据，并将信息反馈给管理人员。
本实用新型的特点还在于，
温度监测终端固定安装于接触网接续管、预绞式线夹和电连接线夹处。
温度监测终端还包括环境温度监测器和被测电气节点参照体温度监测器，环境温度监测器和被测电气节点参照体温度监测器均与MCU处理器控制模块连接。
环境温度监测器安装在被测电气节点附近，被测电气节点参照体温度监测器安装在供电线线索上。
MCU处理器控制模块包括处理器和与之相适应的存储电路、复位电路、时钟电路。
处理器型号为STM32F103C8T6。
温度采集模块包括温感元件和与之相适应的温度变送电路。
温感元件为PT100铂热电阻。
4G网络通信模块由ESP8266模块和4G工业无线路由器组成。
本实用新型的有益效果是，接触网主回路电气节点过热在线监测系统，通过4G网络通信技术和温感监测技术，将温度监测终端采集到的接触网主回路电气节点温度数据传输至信息管理与报警后台系统，实现对接触网主回路电气节点温度状态的在线实时监测。经信息管理与报警后台系统的数据处理，达到提前预警，即时报警，发现电气主回路温度异常点，确定电气连接状态及设备缺陷的目的。为检修作业提供依据，有利于合理制定检修计划内容，提高接触网天窗检修作业智能化水平和作业效率，保障接触网主回路的安全运行。
附图说明
图1是本实用新型接触网主回路电气节点过热在线监测系统中的温度监测终端的结构示意图；
图2是温度变送电路结构示意图；
图3是ESP8266模块外围电路结构示意图；
图4是温度监测终端运行流程图；
图5是数据采集模块数据采集流程图；
图6是本实用新型接触网主回路电气节点过热在线监测系统运行流程图。
图中，1.MCU处理器控制模块，2.温度采集模块，3.4G网络通信模块，4.电池模块，5.处理器，6-1.存储电路，6-3.复位电路，6-3.时钟电路，7.温感元件，8.温度变送电路，9.ESP8266模块，10.4G工业无线路由器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型接触网主回路电气节点过热在线监测系统的结构，包括若干电气节点温度监测终端和信息管理与报警后台系统，温度监测终端通过4G网络通信网络将监测到的电气节点温度数据传输给信息管理与报警后台系统；
温度监测终端，如图1所示，包括MCU处理器控制模块1、温度采集模块2和4G网络通信模块3、电池模块4，MCU处理器控制模块1分别与温度采集模块2、4G网络通信模块3、电池模块4连接；
温度监测终端固定安装于接触网接续管、预绞式线夹和电连接线夹处。
温度监测终端还包括环境温度监测器和被测电气节点参照体温度监测器，环境温度监测器和被测电气节点参照体温度监测器均与MCU处理器控制模块1连接，环境温度监测器安装在被测接触网主导电回路电气节点附近，用于监测温升；被测电气节点参照体温度监测器安装在供电线线索上，用于监测温差。
所监测的温升是指被测电气节点温度与环境温度之差；温差指被测电气节点温度与被测电气节点参照体温度之差。监测到的温升或温差数据信息传输至MCU处理器控制模块1进行处理，并通过4G网络通信模块3将监测到的信息传输至信息管理与报警后台系统，信息管理与报警后台系统将接收到的数据信息与以设定的值进行比较，当被测电气节点温升超过规定值时，或温差超过规定值时，信息管理与报警后台系统显示温升或温差异常信息，发出预警，并通知管理人员进行处理。
将被测电气节点温差与温升之比的百分数，称为相对温差(δ)，监测相对温差，可以综合考虑到环境因素、主导电回路所流过的电流大小以及设备是否缺陷等对被测电气节点温度的影响，避免了因单一因素而引起的误报警动作。
MCU处理器控制模块1包括处理器5和与之相适应的存储电路6-1、复位电路6-2、时钟电路6-3。处理器5型号为STM32F103C8T6。STM32F103C8T6处理器性价比高、配置丰富灵活、低功耗和体积小，包含两个12位的ADC(模拟/数字转换器)，其具有16个外部通道，以1MHz转换速率实现单次转换或扫描转换，足以配合温度采集模块高效准确的采集接触网主回路电气节点的实时温度值。
温度采集模块2包括温感元件7和与之相适应的温度变送电路8。温感元件7为PT100铂热电阻。PT100铂热电阻具有在-50～200℃范围内具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强、响应时间快及使用寿命长的特点。与之匹配的温度变送电路8，如图2所示。REF3030(图中U1)工作电压为3.3V，稳定输出3.0V电压，PT100铂热电阻与电阻R1，R2，R3共同构成了一个差分电路，计算铂热电阻两端电压与3.0V之间的压差，再经过AD623运算放大电路，将压差信号放大到0～3.3V，输出至MCU-ADC引脚，经MCU处理器将压差信号计算还原为PT100铂热电阻所测得温度。
4G网络通信模块3由ESP8266模块9和4G工业无线路由器10组成，通过二者的相互配合实现温度监测终端的4G网络通信功能。
4G网络通信能够保证对电气节点温度状态的在线实时监测、即时判定电气节点运行状态和判定缺陷等级，且具有信息传输经济性、稳定性等特点。
ESP8266模块核心元器件选用低功耗、连接方式简易、高集成性和高性价比的ESP-12F。ESP-12F支持标准的IEEE802.11b/g/n协议，内置完整的TCP/IP协议栈。ESP-12F可为已有设备添加联网功能，亦可构建成独立的网络控制器，广泛应用于工业无线控制、智能无线传感器网络、无线Mesh网络等领域。
ESP8266模块外围电路如图3所示。图中模块的电源引脚为管脚8，工作电压为3.3V，模块的接地引脚为管脚15、16，管脚21、22分别为模块串口通信的接收和发送引脚。上述部分是4G网络通信模块成功实现温度数据传输功能的关键。ESP8266模块采用PCB天线，射频部分全内部集成，内部带自动校准功能，外带金属屏蔽壳，通过FCC&CE认证。
温度监测终端高效、精确采集接触网主回路电气节点实时温度数据，通过4G网络通信的方式将温度数据实时传输至信息管理与报警后台系统。其工作流程如图4所示。先配置4G工业路由器，再配置ESP8266模块，使模块工作在STATION模式下，待4G网络通信模块成功连接4G网络后，与云服务器对接，连接信息管理与报警后台系统。温度监测终端实时采集其装设位置电气节点的温度，并实时将温度信息上传至信息管理与报警系统。当一段时间内未收到终端发来的温度数据，后台管理管理系统判定温度监测终端异常，并进行设备异常报警。
温度采集模块2采集接触网主回路电气节点温度数据的过程，如图5所示，设定每秒采样1次，每分钟内对比出最高温度Tmax，每隔一分钟将Tmax值实时传输至信息管理与报警后台系统，做进一步数据处理。环境温度监测器和被测电气节点参照体温度监测器的数据采集频率、周期与温度采集模块2相同。
本实用新型接触网主回路电气节点过热在线监测系统的工作流程如图6所示，当4G网络通信搭建成功之后，温度监测终端实时采集温度数据并通过4G网络发送至信息管理与报警后台系统。后台管理系统收到温度数据后将该数据与预设阈值进行比较，若超出阈值范围，则判断该终端监测的电气节点温度异常，发出预警或报警动作。
对本实用新型接触网主回路电气节点过热在线监测系统的温度采集数据进行误差评价：
于实验室恒温加热箱内进行温度采样实验，实验数据如表1所示。得出本系统温度监测终端采集的温度误差不大于±1℃，平均误差为0.36℃。实验结果证明本系统温度监测终端温度采样数据准确度高。
表1温度误差数据
本实用新型通过4G网络通信技术和温感监测技术，将温度监测终端采集到的接触网主回路电气节点温度数据传输至信息管理与报警后台系统，实现对接触网主回路电气节点温度状态的在线实时监测。通过温度监测，找出电气主回路温度异常点，从而确定主导电回路电气连接状态及设备缺陷，为检修作业提供依据，有利于合理制定检修计划内容，提高接触网天窗检修作业智能化水平和作业效率，保障接触网主回路的安全运行。
Claims (9)
1.接触网主回路电气节点过热在线监测系统，其特征在于，包括若干电气节点温度监测终端和信息管理与报警后台系统，温度监测终端通过4G网络通信网络将监测到的电器节点温度数据传输给信息管理与报警后台系统；
温度监测终端包括MCU处理器控制模块(1)、温度采集模块(2)和4G网络通信模块(3)、电池模块(4)，MCU处理器控制模块(1)分别与温度采集模块(2)、4G网络通信模块(3)、电池模块(4)连接；
信息管理与报警后台系统用于管理接触网主回路电气节点温度信息数据，并将信息反馈给管理人员。
2.根据权利要求1所述的接触网主回路电气节点过热在线监测系统，其特征在于，所述温度监测终端固定安装于接触网接续管、预绞式线夹和电连接线夹处。
3.根据权利要求1所述的接触网主回路电气节点过热在线监测系统，其特征在于，所述温度监测终端还包括环境温度监测器和被测电气节点参照体温度监测器，环境温度监测器和被测电气节点参照体温度监测器均与MCU处理器控制模块(1)连接。
4.根据权利要求3所述的接触网主回路电气节点过热在线监测系统，其特征在于，所述环境温度监测器安装在被测电气节点附近，被测电气节点参照体温度监测器安装在供电线线索上。
5.根据权利要求1所述的接触网主回路电气节点过热在线监测系统，其特征在于，所述MCU处理器控制模块(1)包括处理器(5)和与之相适应的存储电路(6-1)、复位电路(6-2)、时钟电路(6-3)。
6.根据权利要求5所述的接触网主回路电气节点过热在线监测系统，其特征在于，所述处理器(5)型号为STM32F103C8T6。
7.根据权利要求1所述的接触网主回路电气节点过热在线监测系统，其特征在于，所述温度采集模块(2)包括温感元件(7)和与之相适应的温度变送电路(8)。
8.根据权利要求7所述的接触网主回路电气节点过热在线监测系统，其特征在于，所述温感元件(7)为PT100铂热电阻。
9.根据权利要求1所述的接触网主回路电气节点过热在线监测系统，其特征在于，所述4G网络通信模块(3)由ESP8266模块(9)和4G工业无线路由器(10)组成。
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| CN201820248380.4U CN207882380U (zh) | 2018-02-11 | 2018-02-11 | 接触网主回路电气节点过热在线监测系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN109412173A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-01 | 国网江苏省电力有限公司太仓市供电分公司 | 一种基于温差的并联电容器成套装置过热预警方法 |
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2018
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