CN211826440U - 一种电缆接头综合监控设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电缆接头综合监控设备，包括:环流采集器，具有用于连接接头状态传感单元的采集模块、用于将采集模块的采集得到的采集数据进行数据转换处理的处理模块以及用于与采集终端通信的通信模块；与所述环流采集器连接的电源装置，包括用于从电缆上取电的感应电源装置；本实用新型采用感应电源装置从电缆上取电转为环形采集器能够使用的直流电；通过多个不同类型的信号采集子卡自由组合，实现护套环流和接头温度检测的自由组合，适应不同现场不同信号种类和通道数量的需求；通过现场组网通信或者物联网通信实现采集数据上传；并在信号采集子卡与信号采集端子的连接处和/或直流电源输入端设置有抗强电磁干扰单元，抗电磁干扰强。

Description

一种电缆接头综合监控设备

技术领域

本实用新型涉及供电技术领域，尤其是一种电缆接头综合监控设备。

背景技术

对于三芯电力电缆而言，三芯电力电缆的三根线芯共用同一个金属护套，当三相电流基本平衡时，三相感应电流几乎为零，合成磁通也几乎为零；但对于单芯电力电缆而言，金属护套的感应电势与三芯电缆不同，单芯电缆的导线与金属护层的关系，可以看作2个单匝的线圈，当电缆的导体部分流过交变电流时，即在周围产生交变磁场，交变磁场就会在金属护套上产生感应电动势，由于单芯电缆每根线芯专用一个金属护套，因此金属护套上始终有感应电动势存在，感应电压的大小与电缆的负载电流及同一回路中电缆的敷设方式及线路长度有关，同时也与周围回路的排列方式、距离有关，尤其当电缆很长时，护层上的感应电压可达到较高的数值，金属护层通过接地线与大地之间形成回路，会产生感应环流，金属护套环流出现异常，很可能使电缆外护套破损，出现多点接地现象，若接地不好，会感应出较大护套电压，对人员造成伤害。

电缆接头是电缆线路中不可缺少的部件，用它来实现两段电缆的连接，同时改善两根电缆末端电场，长电路必须将两段或多段电缆通过电缆接头连接，往往电缆护套从电缆接头处将护套环流接地，保证线路安全。

现阶段，电力电缆输配电的方式，已经被越来越多的大中型企业所使用，然而电力电缆的绝大多数故障是由电缆接头附件造成的，因此，电缆接头的综合监控是电缆运行状态的关键部分，而电缆接头的运行状态除了与护套环流、护套电压相关，还和温度相关，电缆接头异常时往往伴随异常温度的出现，综上，对电缆接头的护套环流、护套电压和温度实时监控尤为重要。

由于输电现场的环境多样，很多现实条件往往制约了电缆综合监测的实现，虽然很多厂家已经推出了护套环流和温度监测方案，但是输电现场往往是不确定的，比如没有220V交流供电，现场网络不通导致监测数据无法上传，现场出现强电磁干扰环境，电缆沟或者电缆隧道湿度较高甚至出现电缆泡水情况，具体问题如下：

（1）电缆输电线路可能有单条到多条回路，不同应用信号的种类和数量可能不同，单个监控设备往往很难覆盖不同应用场合。

（2）在现场有220V交流供电时，现场采集监测设备可以通过交流转直流变换供电工作；但是很多时候电缆隧道是没有直接可用的电源。

（3）传统的接头监测数据上传方式是现场组网，比如工业以太网，CAN总线,RS485等，但是这需要较大的现场施工布线工作量，并且，现场总线单点故障或者断路会导致整个网络瘫痪，使得多个监测点数据无法获取。

（4）由于电缆往往是110KV甚至是220KV高压输电，电缆接头存在各种电磁干扰，严重的雷击干扰甚至会直接通过电源或者信号耦合进监测设备，损坏设备。

以上任意一个问题都对电缆接头监测提出了挑战，因此需要寻找一种能够解决此类问题的方法。

实用新型内容

有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个，本实用新型提供了一种电缆接头综合监控设备，包括:环流采集器，具有用于与接头状态传感单元连接的采集模块、用于将采集模块的采集得到的采集数据进行数据转换处理的处理模块以及用于与采集终端通信的通信模块；与所述环流采集器连接的电源装置，包括用于从电缆上取电的感应电源装置。

根据本专利背景技术中对现有技术所述，目前的电缆接头监控设备，单个监控设备很难覆盖不同应用场合，电缆接头存在各种电磁干扰，部分现场会出现没有直接可用的电源、监测数据无法及时上传的情况；而本实用新型公开的电缆接头综合监控设备，工作电源为直流电源，在没有市电可用的情况下，能够直接从高压电缆上感应取电并将取得电能转换为设备能够工作的12V或者24V直流电压源，供电方式灵活。

另外，根据本实用新型公开的一种电缆接头综合监控设备还具有如下附加技术特征：

进一步地，所述环流采集器包括壳体以及设置在所述壳体内的电路单元；所述壳体上设置有连接所述电源装置的直流供电端子、用于外接所述接头状态传感单元的m个信号端子以及通信接口单元；所述电路单元具有所述处理模块、m个与所述处理模块相连接的信号采集子卡以及与所述处理模块相连接的所述通信模块；所述直流供电端子与所述处理模块直接或间接连接；m个所述信号端子与m个所述信号采集子卡一一对应连接；所述通信接口单元与所述通信模块对应连接；m个所述信号端子与m个所述信号采集子卡构成所述采集模块。

进一步地，所述m为4，所述接头状态传感单元包括环流传感器、护套电压传感器以及温度传感器中的至少一个。

更进一步地，每个信号端子能够外接4路采集信号，即每个所述信号采集子卡能够支持4路传感器输入，每个采集信号可以为护套环流或护套电压或温度信号。

更进一步地，所述壳体上设置4m个信号指示灯，4m个所述信号指示灯与m个所述信号端子的4个采集信号连接通路一一对应。

环流采集器可以通过不同类型的信号采集子卡自由组合，实现护套环流和接头温度检测的自由组合，以适应不同现场不同信号种类和通道数量的需求，监测对象灵活。

更进一步地，所述通信接口单元包括现场网络接口和/或用于外接GPRS天线、NB-Iot天线或4G天线的天线接口；所述通信模块包括与所述现场网络接口相连通的现场网络标准接口和/或与所述天线接口对应的通信子卡。

通过现场网络标准接口来满足环流采集器在电缆接头分布式现场的组网通信或单点上传的需求。

更进一步地，所述通信接口单元包括所述天线接口；所述通信模块包括与所述天线接口对应的通信子卡；所述通信子卡上设置有外接SIM卡的SIM卡插槽；所述壳体上设置有与所述SIM卡插槽相对应的插孔以及覆盖在所述插孔上的翻盖。

更进一步地，所述通信接口单元包括现场网络接口和用于外接GPRS天线、NB-Iot天线或4G天线的天线接口；所述通信模块包括与所述现场网络接口相连通的现场网络标准接口和与所述天线接口对应的通信子卡；所述电路单元包括顶层电路板、中间层电路板以及底层电路板；所述处理模块以及所述现场网络标准接口集成在所述中间层电路板上；m个所述信号采集子卡集成在所述底层电路板上；所述通信子卡设置在所述顶层电路板上。

现场通信不仅可以通过工业以太网或者RS485组网通信，上传数据，也可以通过成本较低的物联网通信，通过GPRS、NB-Iot或4G网络上传数据，通信方式多样，使监测数据能够有效及时的上传。

更进一步地，所述电路单元还具有输入电源保护电路，所述输入电源保护电路的直流输入端与所述直流供电端子相连接，所述输入电源保护电路的直流输出端与所述处理模块相连接；所述输入电源保护电路设置在所述中间层电路板上。

更进一步地，在所述信号采集子卡与所述信号采集端子的连接处设置有抗强电磁干扰单元。

更进一步地，在所述直流输入端设置有抗强电磁干扰单元。

更进一步地，所述抗强电磁干扰单元包括气体放电管、压敏电阻和TVS。

当监控设备处于强电磁干扰环境下时，由于在电源端口和信号端口做隔离保护，电磁抗扰度能够达到工业4级，抗电磁干扰能力强。

进一步地，所述现场网络接口包括以太网接口和/或RS485接口；所述现场网络标准接口包括太网标准接口和/或RS485标准接口。

进一步地，所述感应电源装置具有用于设置在所述电缆上的电流互感器以及与所述电流互感器连接的电压变换电路以及与所述电压变换电路的输出端连接的储能单元，所述储能单元的输出端与所述环流采集器连接。

通过电流互感器（电流互感器采用非接触的方式环绕在电缆上）耦合得到交流电流，再将该交流电流通过电压变换电路进行泄放保护、整流、滤波、开关电源隔离保护，转换为环流采集器可用的直流电压，并将电能储存在储能单元中；在电缆电流不足时，可以通过提前储存在储能单元中的能量对环流采集器供电，并自动配置为间歇供电工作模式，保证环流采集器能间歇持续工作。

进一步地，所述电源装置还包括现场外接电源装置。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型提供的电缆接头综合监控设备的结构框图；

图2为本实用新型提供的环流采集器的结构示意图；以及

图3为本实用新型提供的感应电源装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件；下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“横”、“竖”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用新型的限制。

本实用新型的构思如下，采用感应电源装置从电缆上取电转为环形采集器能够使用的直流电；通过多个不同类型的信号采集子卡自由组合，实现护套环流和接头温度监测的自由组合，适应不同现场不同信号种类和通道数量的需求；通过现场组网通信或者物联网通信实现采集数据上传；并在信号采集子卡与信号采集端子的连接处和/或直流输入端设置有抗强电磁干扰单元，抗电磁干扰强。

图1为本实用新型提供的电缆接头综合监控设备的结构框图；图2为本实用新型提供的环流采集器的结构示意图；以及图3为本实用新型提供的感应电源装置的结构示意图。

如图1至图3所示，根据本实用新型的实施例，电缆接头综合监控设备，包括:环流采集器，具有用于与接头状态传感单元连接的采集模块、用于将采集模块的采集得到的采集数据进行数据转换处理的处理模块以及用于与采集终端通信的通信模块；与所述环流采集器连接的电源装置，包括用于从电缆上取电的感应电源装置。

根据本专利背景技术中对现有技术所述，目前的电缆接头监控设备，单个监控设备很难覆盖不同应用场合，电缆接头存在各种电磁干扰，部分现场会出现没有直接可用的电源、监测数据无法及时上传的情况；而本实用新型公开的电缆接头综合监控设备，工作电源为直流电源，在没有市电可用的情况下，能够直接从高压电缆上感应取电并将取得电能转换为设备能够工作的12V或者24V直流电压源，供电方式灵活。

另外，根据本实用新型公开的一种电缆接头综合监控设备还具有如下附加技术特征：

根据本实用新型的一些实施例，所述环流采集器包括壳体1以及设置在所述壳体1内的电路单元；所述壳体1上设置有连接所述电源装置的直流供电端子2、用于外接所述接头状态传感单元的m个信号端子3以及通信接口单元4；所述电路单元具有所述处理模块、m个与所述处理模块相连接的信号采集子卡以及与所述处理模块相连接的所述通信模块；所述直流供电端子2与所述处理模块直接或间接连接；m个所述信号端子3与m个所述信号采集子卡一一对应连接；所述通信接口单元4与所述通信模块对应连接；m个所述信号端子3与m个所述信号采集子卡构成所述采集模块,如图2所示。

根据本实用新型的一些实施例，所述m为4，所述接头状态传感单元包括环流传感器、护套电压传感器以及温度传感器中的至少一个。

根据本实用新型的一些实施例，每个信号端子3能够外接4路采集信号，即每个所述信号采集子卡能够支持4路传感器输入，每个采集信号可以为护套环流或护套电压或温度信号。

根据本实用新型的一个实施例，所述壳体1上设置4m个信号指示灯，4m个所述信号指示灯与m个所述信号端子3的4个采集信号连接通路一一对应。

环流采集器可以通过不同类型的信号采集子卡自由组合，实现护套环流和接头温度检测的自由组合，以适应不同现场不同信号种类和通道数量的需求，监测对象灵活。

根据本实用新型的一些实施例，所述通信接口单元4包括现场网络接口和/或用于外接GPRS天线、NB-Iot天线或4G天线的天线接口；所述通信模块包括与所述现场网络接口相连通的现场网络标准接口和/或与所述天线接口对应的通信子卡。

通过现场网络标准接口来满足环流采集器在电缆接头分布式现场的组网通信或单点上传的需求。

根据本实用新型的一些实施例，所述通信接口单元4包括所述天线接口；所述通信模块包括与所述天线接口对应的通信子卡；所述通信子卡上设置有外接SIM卡的SIM卡插槽；所述壳体上设置有与所述SIM卡插槽相对应的插孔以及覆盖在所述插孔上的翻盖5。

根据本实用新型的一些实施例，所述通信接口单元4包括现场网络接口和用于外接GPRS天线、NB-Iot天线或4G天线的天线接口；所述通信模块包括与所述现场网络接口相连通的现场网络标准接口和与所述天线接口对应的通信子卡；所述电路单元包括顶层电路板、中间层电路板以及底层电路板；所述处理模块以及所述现场网络标准接口集成在所述中间层电路板上；m个所述信号采集子卡集成在所述底层电路板上；所述通信子卡设置在所述顶层电路板上。

现场通信不仅可以通过工业以太网或者RS485组网通信，上传数据，也可以通过成本较低的物联网通信，通过GPRS、NB-Iot或4G网络上传数据，通信方式多样，使监测数据能够有效及时的上传。

根据本实用新型的一些实施例，所述电路单元还具有输入电源保护电路，所述输入电源保护电路的直流输入端与所述直流供电端子2相连接，所述输入电源保护电路的直流输出端与所述处理模块相连接；所述输入电源保护电路设置在所述中间层电路板上。

根据本实用新型的一些实施例，在所述信号采集子卡与所述信号采集端子的连接处设置有抗强电磁干扰单元。

根据本实用新型的一些实施例，在所述直流输入端设置有抗强电磁干扰单元。

根据本实用新型的一些实施例，所述抗强电磁干扰单元包括气体放电管、压敏电阻和TVS。

当监控设备处于强电磁干扰环境下时，由于在电源端口和信号端口做隔离保护，电磁抗扰度能够达到工业4级，抗电磁干扰能力强。

根据本实用新型的一些实施例，所述现场网络接口包括以太网接口和/或RS485接口；所述现场网络标准接口包括太网标准接口和/或RS485标准接口。

根据本实用新型的一些实施例，所述感应电源装置具有用于设置在所述电缆上的电流互感器以及与所述电流互感器连接的电压变换电路以及与所述电压变换电路的输出端连接的储能单元，所述储能单元的输出端与所述环流采集器连接。

通过电流互感器（电流互感器采用非接触的方式环绕在电缆上）耦合得到交流电流，再将该交流电流通过电压变换电路进行泄放保护、整流、滤波、开关电源隔离保护，转换为环流采集器可用的直流电压，并将电能储存在储能单元中；在电缆电流不足时，可以通过提前储存在储能单元中的能量对环流采集器供电，并自动配置为间歇供电工作模式，保证环流采集器能间歇持续工作。

根据本实用新型的一个实施例，所述电源装置还包括现场外接电源装置。

根据本发明的一个实施例，所述处理模块为MCU处理模块。

任何提及“一个实施例”、“实施例”、“示意性实施例”等意指结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例中；在本说明书各处的该示意性表述不一定指的是相同的实施例；而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点均落在本领域技术人员的范围之内。

尽管参照本实用新型的多个示意性实施例对本实用新型的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本实用新型原理的精神和范围之内；具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本实用新型的精神；除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电缆接头综合监控设备，其特征在于，包括:

环流采集器，具有用于与接头状态传感单元连接的采集模块、用于将所述采集模块的采集得到的采集数据进行数据转换处理的处理模块以及用于与采集终端通信的通信模块；

与所述环流采集器连接的电源装置，包括用于从电缆上取电的感应电源装置。

2.根据权利要求1所述的一种电缆接头综合监控设备，其特征在于，所述环流采集器包括壳体以及设置在所述壳体内的电路单元；所述壳体上设置有连接所述电源装置的直流供电端子、用于外接所述接头状态传感单元的m个信号端子以及通信接口单元；所述电路单元具有所述处理模块、m个与所述处理模块相连接的信号采集子卡以及与所述处理模块相连接的所述通信模块；

所述直流供电端子与所述处理模块直接或间接连接；m个所述信号端子与m个所述信号采集子卡一一对应连接；所述通信接口单元与所述通信模块对应连接；

m个所述信号端子与m个所述信号采集子卡构成所述采集模块。

3.根据权利要求2所述的一种电缆接头综合监控设备，其特征在于，所述通信接口单元包括现场网络接口和/或用于外接GPRS天线、NB-Iot天线或4G天线的天线接口；所述通信模块包括与所述现场网络接口相连通的现场网络标准接口和/或与所述天线接口对应的通信子卡。

4.根据权利要求3所述的一种电缆接头综合监控设备，其特征在于，所述通信接口单元包括所述天线接口；所述通信模块包括与所述天线接口对应的通信子卡；所述通信子卡上设置有外接SIM卡的SIM卡插槽；所述壳体上设置有与所述SIM卡插槽相对应的插孔以及覆盖在所述插孔上的翻盖。

5.根据权利要求3所述的一种电缆接头综合监控设备，其特征在于，

所述通信接口单元包括现场网络接口和用于外接GPRS天线、NB-Iot天线或4G天线的天线接口；所述通信模块包括与所述现场网络接口相连通的现场网络标准接口和与所述天线接口对应的通信子卡；

所述电路单元包括顶层电路板、中间层电路板以及底层电路板；所述处理模块以及所述现场网络标准接口集成在所述中间层电路板上；m个所述信号采集子卡集成在所述底层电路板上；所述通信子卡设置在所述顶层电路板上。

6.根据权利要求5所述的一种电缆接头综合监控设备，其特征在于，所述电路单元还具有输入电源保护电路，所述输入电源保护电路的直流输入端与所述直流供电端子相连接，所述输入电源保护电路的直流输出端与所述处理模块相连接；所述输入电源保护电路设置在所述中间层电路板上；在所述信号采集子卡与所述信号采集端子的连接处和/或所述直流输入端设置有抗强电磁干扰单元。

7.根据权利要求3所述的一种电缆接头综合监控设备，其特征在于，所述现场网络接口包括以太网接口和/或RS485接口；所述现场网络标准接口包括太网标准接口和/或RS485标准接口。

8.根据权利要求3所述的一种电缆接头综合监控设备，其特征在于，所述m为4，所述接头状态传感单元包括环流传感器、护套电压传感器以及温度传感器中的至少一个。

9.根据权利要求1所述的一种电缆接头综合监控设备，其特征在于，所述感应电源装置具有用于设置在所述电缆上的电流互感器以及与所述电流互感器连接的电压变换电路以及与所述电压变换电路的输出端连接的储能单元，所述储能单元的输出端与所述环流采集器连接。

10.根据权利要求1所述的一种电缆接头综合监控设备，其特征在于，所述电源装置还包括现场外接电源装置。

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