CN218584910U - 低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置，以STC8H1K28低功耗处理器为控制核心，外扩多路电缆接头温度采集模块、多路电缆接头起火烧毁检测模块、电缆电缆接头断开检测模块、以及爆炸或挖掘破坏的震荡检测模块，通过低功耗NB‑IOT实现接头位置定位、以及与远端服务器进行无线数据传输。本实用新型装置融合多传感信息快速实现电缆中间接头的过热、烧毁、断开、爆炸或挖掘等故障及定位信息采集，数据传输方便，运行功耗低、续航时间长。

Description

低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置

技术领域

本实用新型涉及电缆中间接头故障监测技术领域，尤其涉及一种低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置。

背景技术

电力电缆作为现代城市电力输送的主要载体和电力系统的重要组成部分，在整个配电网中起到至关重要的作用，运行中的电缆绝缘劣化状况一直是电网运行单位关注的重点，根据多年的运行经验及事故分析可知，电缆中间接头是配网线路中最薄弱的环节，超过90%的电缆运行故障发生在电缆中间接头位置。电缆中间接头因外力损伤、绝缘受潮、化学腐蚀、长期过负荷运行热效应、接头压接不紧发热、环境和温度老化故障的最直接原因是绝缘降低而被击穿，会引起电缆发生接地或短路事故的发生，甚至引起电气设备的烧毁、火灾、大面积停电的事故发生。因此，对电缆中间接头故障进行实时监测，能够及时发现并消除安全隐患，提高电网运行的安全可靠性。

目前,大多数主干电缆的中间接头管理仍处于计划检修、定期维护的状态，采用人工巡检方式不仅费时费力,而且还不能及时发现安全隐患。针对这种情况,目前对电缆接头故障监测大多是通过电缆接头温度变化进行判断的，在电缆连接头安装温度传感器，实时采集温度并进行判断，当温度高于设置阈值时就进行故障报警，这种方法受环境温度变化的影响大，当周围环境异常或夏天高温天气下可能产生误判。另外，采用单一的温度变化进行故障监测，无法诊断故障演化程度，比如：是否起火烧毁接头、产生爆炸、接头断开等，也无法对其他故障进行检测，比如：人为挖掘破坏接头。

实用新型内容

为加快电缆接头故障抢修工作，提升信息化水平及综合治理效益，对电缆接头运行状况进行实时监测，融合多传感信息对电缆中间接头故障信息进行实时采集，快速定位故障接头位置,适时调整检修时间和缩小停电范围，为用户提供良好的停电体会，提升供电服务质量和客户满意度，本实用新型提出一种低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置。

该装置以STC8H1K28低功耗处理器为控制核心，外扩多路电缆接头温度采集模块、多路电缆接头起火烧毁检测模块、电缆接头断开检测模块、以及爆炸或挖掘破坏的震荡检测模块，通过低功耗NB-IOT实现接头位置定位、以及与远端服务器进行无线数据传输。进一步可以采用3.6V开路电压、6000mAh容量的锂电池供电，休眠状态下的电流为16uA，续航时间可达5年，且带有低电量报警功能。本实用新型装置融合多传感信息快速实现电缆中间接头的过热、烧毁、断开、爆炸或挖掘等故障及定位信息采集，数据传输方便，运行功耗低、续航时间长。

本实用新型具体采用以下技术方案：

一种低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置，其特征在于：多路电缆接头温度采集模块、爆炸或挖掘破坏的震荡检测模块、多路电缆接头起火烧毁检测模块、电缆接头断开检测模块和无线传输模块分别连接MCU；

所述多路电缆接头温度采集模块包括2路电缆接头温度采集模块，采用铂热敏电阻进行温度检测，一路铂热敏电阻埋于中间接头处的金属护套与电缆外表皮之间，用于采集中间接头内部温度，另一路铂热敏电阻安置在电缆外表皮，用于采集中间接头外部温度；

所述爆炸或挖掘破坏的震荡检测模块用于将震荡过程输出的低电平触发MCU外部中断处理；

所述多路电缆接头起火烧毁检测模块分别在A、B、C三相电缆接头处的金属护套与电缆外表皮之间埋设绝缘双绞线，双绞线另一端分别连接控制器的不同接口，用于当接头燃烧使双绞线绝缘皮烧毁，导致双绞线短接时，触发MCU外部中断处理；

所述电缆接头断开检测模块在电缆接头处的外表皮埋设有一根回路导线，用于检测接头是否烧毁断开，导线两端分别接在同一接口的不同端，接头断开的同时导致导线断路，以触发MCU外部中断处理。

进一步地，所述MCU采用STC8H1K28低功耗处理器；所述多路电缆接头温度采集模块通过多路ADC通道连接MCU；所述MCU通过外扩多路电缆接头连接爆炸或挖掘破坏的震荡检测模块、多路电缆接头起火烧毁检测模块和电缆接头断开检测模块，并通过INT外部中断实现异常检测。

进一步地，爆炸或挖掘破坏的震荡检测模块为BL-2529。

进一步地，所述MCU通过USART接口外扩连接NB-IOT低功耗无线传输模块，通过I/O口作为控制端连接无线传输模块。

进一步地，采用锂电池供电。

进一步地，所述锂电池经过电量检测电路通过ADC通道连接MCU实现电压采集。

相比于现有技术，本实用新型及其优选方案以STC8H1K28低功耗处理器为控制核心，外扩多路电缆接头温度采集模块、多路电缆接头起火烧毁检测模块、电缆接头断开检测模块、以及爆炸或挖掘破坏的震荡检测模块，融合多传感信息快速实现电缆中间接头的过热、烧毁、断开、爆炸或挖掘等故障及定位信息采集，通过低功耗NB-IOT实现接头位置定位、以及与远端服务器进行无线数据传输，数据传输方便，采用3.6V开路电压、6000mAh容量的锂电池供电，休眠状态下的电流为16uA，续航时间可达5年，运行功耗低、续航时间长。

附图说明

图1是本实用新型实施例装置整体电路结构框架图。

图2是本实用新型实施例STC8H1K28与各模块的连接电路示意图。

图3是本实用新型实施例多路温度采集电路图。

图4是本实用新型实施例烧毁、断开、震荡异常检测电路图。

图5是本实用新型实施例NB-IOT模块及接口电路图。

图6是本实用新型实施例电池电量检测电路图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

1. 故障综合监测装置整体框架

本实施例提供的电缆中间接头故障信息采集装置电路结构的整体框架如图1所示：该装置以STC8H1K28低功耗处理器为控制核心，外扩多路电缆接头温度采集模块，采用铂热敏电阻进行温度检测，通过多路ADC通道实现温度数据采集；外扩多路电缆接头连接起火烧毁检测模块、电缆接头断开检测模块、以及爆炸或挖掘破坏的震荡检传感开关，通过INT外部中断实现异常检测；通过USART接口外扩NB-IOT低功耗无线数据传输模块，通过I/O口控制NB-IOT模块实现接头位置定位、以及与远端服务器的无线数据交互；采用3.6V开路电压、6000mAh容量的锂电池供电，整个装置在休眠状态下的电流为16uA，续航时间可达5年；通过ADC通道电压采集，结合I/O口控制实现电池电量检测，具有低电量报警功能。本实施例装置融合多传感信息快速实现电缆中间接头的过热、烧毁、断开、爆炸或挖掘等故障及定位信息采集，数据传输方便，运行功耗低、续航时间长。

2.各部分功能模块及电路介绍

2.1 装置控制核心处理器

该装置的控制核心为STC8H1K28低功耗处理器，处理器通过各个引脚引脚外扩功能模块，各个引脚与模块的连接信号如图2所示：通过多路ADC1、ADC2通道实现温度数据采集；通过SC_DET0、SC_DET1、SC_DET2实现多路电缆接头起火烧毁检测；通过OL_INT实现电缆接头断开检测，通过ZD_INT实现爆炸或挖掘破坏的震荡检测；通过MCU_TX、MCU_RX外扩NB-IOT模块，通过RST_NB、MCU_WAKE、MCU_PWRKEY控制NB-IOT模块工作；通过V_BAT的ADC通道电压采集，结合V_BAT_SW控制实现电池电量检测。

2.2 多路温度采集模块

受技术条件的限制，电缆温度在线监测技术很难直接检测导体温度，一般仅限于对电缆外表皮或金属护套温度的测量，本实施例外扩2路电缆接头温度采集模块，采用铂热敏电阻进行温度检测，一路铂热敏电阻埋于中间接头处的金属护套与电缆外表皮之间，用于采集中间接头内部温度，另一路铂热敏电阻安置在电缆外表皮，用于采集中间接头外部温度，电路如图3所示，通过ADC1、ADC2通道实现两路温度数据采集，P1和P2接头用于连接铂热敏电阻。

2.3 接头烧毁、断开、震荡异常检测模块

为检测接头是否烧毁，本实施例分别在A、B、C三相电缆接头处的金属护套与电缆外表皮之间埋了绝缘双绞线，双绞线另一端分别接在P4、P5、P6接头处，如图4所示，当接头燃烧的同时将双绞线绝缘皮烧毁，导致双绞线短接，通过SC_DET0、SC_DET1、SC_DET2端触发MCU外部中断处理；为检测接头是否断开，在电缆接头处的外表皮埋了一根回路导线，导线两端分别接在P6接头的1和3端，如图4所示，接头断开的同时导致导线断路，通过OL_INT1端触发MCU外部中断处理；为进行爆炸或挖掘破坏的震荡检测，通过P7接一个微型震荡传感开关（BL-2529），震荡过程输出低电平通过ZD_INT端触发MCU外部中断处理。

2.5 NB-IOT定位及无线数据传输模块

为实现采集装置的接头位置定位及与服务端的数据交互，如图5所示，NB-IOT模块带有网络指示灯和SIM卡电路，MCU通过USART2接口与NB-IOT模块的USART2对接，通过RST_NB、MCU_WAKE、MCU_PWRKEY控制NB-IOT模块工作，实现接头位置定位、以及与远端服务器的无线数据交互。平时采集装置进入休眠状态时，通过USART2发送指令使NB-IOT模块进入休眠状态，以节省工作电流，而进入正常工作状态下通过MCU_WAKE唤醒NB-IOT模块。

2.6 电池电量检测模块

采集装置采用3.6V开路电压、6000mAh容量的锂电池供电，整个装置在休眠状态下的电流为16uA，续航时间可达5年。工作过程中，可以实时的进行电池电量检测，低电量情况需紧急报警，如图6所示，MCU通过V_BAT的ADC电压采集获取电池的工作电压，工作电压低于阈值时进行低电量报警，非电量检测状态下通过V_BAT_SW控制检测电路断开工作，以节省工作电流。

3. 整体功能实现流程与步骤

基于以上提供的装置设计，本实施例提供一种整体功能实现流程与步骤如下，需要说明的是，该种工作流程可以由本领域技术人员结合本领域公知技术在装置设计的基础上得出，不应视为对本实施例装置方案的方法限定，也不属于实现发明目的的必要特定方法：

步骤1、开机启动采集装置，系统软硬件初始化，NB-IOT模块网络参数初始化。

步骤 2、启动NB-IOT模块，NB-IOT模块入网并与服务器连接。

步骤 3、通过ADC1、ADC2通道实现两路温度数据采集，实现中间接头内部温度和外部温度采集。

步骤 4、是否有中断响应请求，如果有请求，通过中断源判断实现多路电缆接头起火烧毁检测、电缆接头断开检测、爆炸或挖掘破坏的震荡检测。否则进入下个步骤。

步骤 5、通过V_BAT的ADC电压采集获取电池的工作电压，采集结束后通过V_BAT_SW控制检测电路断开工作，以节省工作电流。

步骤 6、将采集的两路温度、烧毁、断开、爆炸或挖掘等故障及定位信息，以及电池电量，通过NB-IOT模块传输到服务器。

步骤 7、控制系统进入低功耗模式，通过USART2发送指令使NB-IOT模块进入休眠状态，以节省工作电流，定时休眠10分钟。

步骤 8、休眠期间是否有中断响应请求，如果有请求，通过中断源判断实现多路电缆接头起火烧毁检测、电缆接头断开检测、爆炸或挖掘破坏的震荡检测，并启动NB-IOT模块将报警传输到服务器。否则等待休眠结束。

步骤 9、 休眠时间到，系统定时唤醒，如果电量低于阈值的50%转到步骤10，否则转到步骤2继续循环。

步骤 10、系统停止故障检测功能，每隔10分钟通过NB-IOT模块发送低电量报警信息至服务器。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置，其特征在于：多路电缆接头温度采集模块、爆炸或挖掘破坏的震荡检测模块、多路电缆接头起火烧毁检测模块、电缆接头断开检测模块和无线传输模块分别连接MCU；

所述多路电缆接头温度采集模块包括2路电缆接头温度采集模块，采用铂热敏电阻进行温度检测，一路铂热敏电阻埋于中间接头处的金属护套与电缆外表皮之间，用于采集中间接头内部温度，另一路铂热敏电阻安置在电缆外表皮，用于采集中间接头外部温度；

所述爆炸或挖掘破坏的震荡检测模块用于将震荡过程输出的低电平触发MCU外部中断处理；

所述多路电缆接头起火烧毁检测模块分别在A、B、C三相电缆接头处的金属护套与电缆外表皮之间埋设绝缘双绞线，双绞线另一端分别连接控制器的不同接口，用于当接头燃烧使双绞线绝缘皮烧毁，导致双绞线短接时，触发MCU外部中断处理；

所述电缆接头断开检测模块在电缆接头处的外表皮埋设有一根回路导线，用于检测接头是否烧毁断开，导线两端分别接在同一接口的不同端，接头断开的同时导致导线断路，以触发MCU外部中断处理。

2.根据权利要求1所述的低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置，其特征在于：所述MCU采用STC8H1K28低功耗处理器；所述多路电缆接头温度采集模块通过多路ADC通道连接MCU；所述MCU通过外扩多路电缆接头连接爆炸或挖掘破坏的震荡检测模块、多路电缆接头起火烧毁检测模块和电缆接头断开检测模块，并通过INT外部中断实现异常检测。

3.根据权利要求2所述的低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置，其特征在于：爆炸或挖掘破坏的震荡检测模块为BL-2529。

4.根据权利要求2所述的低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置，其特征在于：所述MCU通过USART接口外扩连接NB-IOT低功耗无线传输模块，通过I/O口作为控制端连接无线传输模块。

5.根据权利要求2所述的低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置，其特征在于：采用锂电池供电。

6.根据权利要求5所述的低功耗长续航的电缆中间接头故障信息采集装置，其特征在于：所述锂电池经过电量检测电路通过ADC通道连接MCU实现电压采集。

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