環網櫃電纜接頭溫度監控系統及方法

2023-06-12 10:00:11 2

環網櫃電纜接頭溫度監控系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種環網櫃電纜接頭溫度監控系統及方法，包括環網櫃，所述環網櫃包括電纜室、開關室、二次走線室、PT櫃室、配網自動化室、環網櫃配電終端、溫度監控終端、溫度傳感器。在溫度監控過程中，通過分別實時測量環網櫃內環境溫度和環網櫃內電纜接頭溫度並傳送給溫度監控終端內的數位訊號處理器，對數據經過一定的補償、校驗，得出電纜接頭實際溫升速率，與之前設定的電纜接頭實際溫升速率閥值進行比較。當電纜接頭實際溫升速率超出閥值時，數位訊號控制器產生報警信號，並使報警模塊啟動報警，同時以上數據和狀態都發送至遠程主站，使得遠程主站的工作人員可以對環網櫃內失火等危險突發事件快速反應，減少損失。
【專利說明】環網櫃電纜接頭溫度監控系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種監控系統及方法，尤其涉及一種電纜接頭溫度監控系統及方法。【背景技術】
[0002]隨著我國社會經濟持續快速發展和人民生活水平的不斷提高，電力用戶對供電可靠性、電能質量和供電安全性提出了更高的要求。國內如今大力推廣智能配電網正在迅速發展，環網櫃作為智能配電網的主要電力設備能夠大大提高配電網的供電可靠性、經濟性，並降低勞動強度，提高管理水平和服務質量，促進智能配電網的發展。電力電纜具有經久耐用、佔地少、可在各種場合下敷設等優點，在電力系統輸配電中得到廣泛應用。然而，環網櫃其內部電纜接頭由於各種原因很容易發熱，發熱程度將會影響環網櫃自身運行乃至整個電網的運行安全，電纜接頭溫度過高會發生嚴重氧化，電纜使用壽命驟減，引起電纜接頭爆炸、絕緣擊穿、燃燒等，造成大規模停電及火災事故。
[0003]如何更好的對環網櫃內電纜接頭進行有效的實時在線監控，以保證環網櫃等電力設備的安全可靠運行，成為大家競相研究的課題。為了實現對環網櫃內電纜接頭的實時在線監控及預警，就需要在環網櫃內增加溫度傳感器對電纜接頭進行實時溫度監控。國內如今對電纜接頭進行溫度監測的方法很多，主要有粘貼測溫蠟片法、櫃外紅外成像法、櫃外紅外測溫法、接觸式傳感測溫法、光纖表貼測溫法、櫃內紅外測溫法等。然而，這些方法只是針對電纜接頭的絕對溫度進行實時在線監控，憑藉測得的電纜接頭絕對溫度來間接判斷電纜接頭的老化程度、絕緣擊穿程度、電流負荷大小和即將發生的安全隱患等。如果測得的電纜接頭絕對溫度值超過設定溫度報警上限值而產生報警信號，這種判斷方法本身是不可靠的，會帶來一些誤報警和不報警問題。
[0004]例如，環網櫃內所處的環境溫度是50°C，而設置的電纜接頭溫度上限值是70°C，因為電纜中存在一定的負荷電流產生發熱很容易使得電纜接頭的溫度達到70°C而產生報警，此時，電流值遠遠未達到設定電流的上限值，電纜並未發生絕緣擊穿是可以繼續正常可靠運行的。
[0005]又例如，環網櫃電纜接頭的溫度發生驟變，短時間內(5?10秒)由20°C上升到60°C，而環境溫度未發生較大變化，這些溫度始終在報警溫度範圍內而不會產生報警。而實際情況是電纜接頭很可能已經發生了絕緣擊穿導致的接地或短路故障。產生這些誤報警或不報警的原因是未考慮兩個重要的影響量:一是電纜接頭所處的環境溫度；二是電纜接頭本身及環境溫度的上升速率。因而，對電纜接頭可靠性判斷、監測及預警的判據要全方面衡量兩個相關量的影響，才能可靠的對電纜接頭進行實時在線監控。

【發明內容】

[0006]本發明的目的在於提供一種環網櫃內電纜接頭的溫度監控系統及方法。
[0007]本發明一種環網櫃電纜接頭溫度監控系統，包括電纜接頭溫度監控終端、溫度傳感器、信號傳輸線、加熱電阻、降溫風扇等。[0008]所述溫度監控終端包括數據採集模塊、數據處理模塊、報警模塊、通信模塊、顯示模塊和定值設定模塊。
[0009]所述溫度傳感器通過傳輸線與溫度監控終端的數據採集模塊和數據處理模塊相連，所述溫度監控終端的通信模塊通過現場總線或通過無線網絡與遠程主站系統通信，所述數據處理模塊與報警模塊通過現場總線相連。
[0010]所述溫度傳感器包括第一溫度傳感器和第二溫度傳感器，所述第一溫度傳感器測量電纜接頭周圍的環境絕對溫度，所述第二溫度傳感器直接測量電纜接頭絕對溫度。
[0011 ] 所述數據採集模塊和數據處理模塊可以設置在數位訊號控制器中，所述定值設定模塊為定值編碼器，其與數位訊號控制器的相應管腳相連。
[0012]所述通信模塊包括本地現場總線通信裝置和無線網絡通信裝置，所述本地現場總線通信裝置可以為RS485/232通信裝置，所述無線網絡通信裝置可以為無線網絡傳輸器。
[0013]所述溫度監控終端還包括高速光耦合器，所述高速光耦合器設置在數據處理模塊與所述通信模塊之間，設置在所述數據處理模塊與所述報警模塊和顯示模塊之間，還設置在數據處理模塊與環網櫃電路控制開關之間。
[0014]所述報警模塊為報警器，所述顯示模塊為顯示燈或顯示屏。
[0015]本發明一種環網櫃電纜接頭溫度監控系統設置在環網櫃內部，所述環網櫃包括電纜室、開關室、二次走線室、PT櫃室、配電自動化室、環網櫃配電終端、電纜等。
[0016]所述環網櫃配電終端和溫度監控終端設置在配電自動化室內，所述第一溫度傳感器設置在電纜室內，所述第二溫度傳感器設置在與電纜接頭相對應的位置。
[0017]所述數據處理模塊與環網櫃配電終端的開關相連。
[0018]本發明公開了一種根據上述環網櫃電纜接頭溫度監控系統進行電纜接頭溫度監控的方法，其步驟為:
[0019]通過環網櫃內紅外測溫傳感器對環網櫃內電纜接頭的絕對溫度進行溫度實時在線監測，並將測得的值傳送給溫度監控終端的數位訊號控制器；
[0020]通過安裝於環網櫃內的溫度傳感器對環網櫃內的環境絕對溫度進行實時在線監測，並將測得的值傳送給溫度監控終端的數位訊號控制器；
[0021]溫度監控終端獲得同一時刻的電纜接頭絕對溫度和環境絕對溫度兩個溫度，進行溫度比較，獲得電纜接頭的相對溫度；
[0022]溫度監控終端對一段時間內電纜接頭的的絕對溫度進行比較、計算、分析，得出電纜接頭的絕對溫升速率，對環境溫度的相同時間段內的絕對溫度進行比較、計算、分析，得出環境絕對溫升速率；
[0023]溫度監控終端的數位訊號控制器將一段時間內電纜接頭的相對溫度進行比較計算，得出電纜接頭的相對溫升速率Vl ;
[0024]溫度監控終端的數位訊號控制器將同一時刻的環境絕對溫升速率和電纜接頭絕對溫升速率進行比較計算，得出電纜接頭相對溫升速率v2 ；
[0025]所述數位訊號控制器將計算得出的電纜接頭相對溫升速率Vl和相對溫升速率v2進行補償、校驗，得到實際的電纜相對溫升速率vO ；
[0026]根據電纜接頭相對溫度和相對溫升速率vO，在定值編碼器上設置相對溫度和溫升速率閥值，並傳送給數位訊號控制器。當電纜接頭相對溫度或相對溫升速率vO超過所設定的上限閥值時，產生報警信號，由數位訊號控制器發送給報警燈或報警鈴，並產生風扇控制信號，給電纜櫃進行降溫。
[0027]當電纜接頭相對溫度或相對溫升速率VO超過最高上限閥值時，數位訊號控制器向環網櫃發送分合閘命令，使環網櫃斷電，以保證設備安全。
[0028]以上各數據和指令，都通過數位訊號控制器傳送給通信模塊，再由通信模塊傳送給遠程主站，由主站對設備進行監控，必要時下達控制指令。
[0029]所述控制指令由主站發送給通信模塊，通信模塊再將指令傳送給數位訊號控制器，由其對配電終端相應設備進行控制。
[0030]本發明採取對電纜接頭溫度監測、環網櫃內環境溫度監測以及電纜接頭和環境的相對溫度和相對溫度上升速率相結合的智能溫度監控方法，提出環網櫃內電纜接頭相對溫度及相對溫升速率的概念，發明了一種新型的環網櫃電纜接頭溫度監控終端。
[0031]通過對電纜接頭的相對溫度值、相對溫升速率值進行合理的判據分析，可以對環網櫃電纜接頭溫度狀態進行實時更為可靠的在線監測及預警，同時可根據溫度情況控制降溫風扇或加熱電阻，甚至必要時採取對環網櫃進行分合閘控制，以保證設備的安全和供電的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發明的溫度監控終端安裝結構示意圖；
[0033]圖2為本發明的系統整體架構圖；
[0034]圖3為本發明的硬體原理框圖；
[0035]圖4為本發明監控方法的數據處理流程圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細描述:
[0037]圖1為本發明實施例的溫度監控終端安裝結構示意圖，溫度監控終端安裝在一環網櫃中，環網櫃為一櫃體，櫃體中包括電纜室1、開關室2、二次走線室3、PT電源櫃4、配電自動化室5。配電自動化室5內設置有配電終端6和溫度監控終端7。電纜室位於環網櫃底部，有多個，其內部有電纜接頭8和傳感器。
[0038]環網櫃本體:環網櫃採取上斷路器、下負荷單元的共箱式結構，配備全絕緣的密封不鏽鋼外殼，內置SF氣體，可承受潮溼、多沙多塵的惡劣環境。
[0039]開關室2:有多個，位於電纜室上方，設置有環網櫃的開關設備。
[0040]二次走線室3:位於環網櫃頂部、開關室上方，環網櫃二次機櫃和傳感器、以及溫度監控終端的走線均通過二次走線室3布線。
[0041]PT電源櫃4:環網櫃二次供電的部分單獨配置有一個PT櫃，PT櫃可採取兩路供電的方式，可以從兩路進線獲得電源，並具有後備電源，以確保環網櫃能夠不間斷的給溫度監控終端和環網櫃配電終端提供可靠的電源。
[0042]配電自動化室5:配電自動化室內設置有溫度監控終端7和環網櫃的配電終端6，還包括通信模塊，用於與子站或主站進行通信。
[0043]配電終端6:用於為溫度監控終端供電。[0044]溫度監控終端7:數據採集模塊、數據處理模塊、報警模塊、通信模塊、顯示模塊和定值設定模塊，在圖中未示出。
[0045]第一溫度傳感器9:為安裝於高壓側電纜室內的紅外測溫傳感器，與電纜接頭保持適當的距離，測量電纜接頭8的絕對溫度值。IOkV和35kV環網櫃中探頭離電纜接頭的距離應保持在40mm以上，故紅外測溫探頭的距離係數比最小應該為10:1，可採用TN9系列的紅外測溫傳感器，測溫範圍為_30°C?+275°C，精度為0.1°C。
[0046]第二溫度溫度傳感器10:安裝於高壓側電纜室內，距離電纜接頭較遠，用於測量電纜室內的絕對環境溫度，並將測得的值傳送給溫度監控終端。可採用系列的SHTlO溫度傳感器，測量溫度範圍為_45°C?275°C，精度為0.1°C。
[0047]第一溫度溫度傳感器9和第二溫度傳感器10通過傳輸線與溫度監控終端7的數據採集模塊和數據處理模塊相連，溫度監控終端7的通信模塊通過現場總線或通過無線網絡與遠程主站通信，所述數據處理模塊與報警模塊通過現場總線相連。
[0048]圖2為本發明實施例的系統整體架構圖，多個環網櫃通過通訊網絡與主站通信。每個環網櫃內，電纜接頭溫度監測傳感器和環境溫度監測傳感器將所測得數據傳送給溫度監控終端，溫度監控終端將數據通過通訊網絡傳送給主站，當數據超過限定值時，報警與溫度控制模塊動作。
[0049]圖3為本發明實施例的硬體原理框圖。
[0050]環網櫃電纜室I內的第一溫度傳感器和第二溫度傳感器分別測量電纜室環境溫度以及電纜接頭溫度，二者與溫度監控終端的數位訊號控制器相連；溫度監控終端7內的定值編碼器與數位訊號控制器相連；通信模塊、報警模塊、顯示模塊分別連接有光耦合器，光耦合器的另一端連接至數位訊號控制器；數位訊號控制器還與環網櫃配電終端的開關相連，且二者之間串聯有光耦合器。
[0051]第一溫度傳感器與第二溫度傳感器分別為電纜接頭測溫傳感器、環境溫度傳感器，二者測得的值作為模擬量信號傳送給數位訊號控制器，定值編碼器輸入值由配電終端的數位訊號控制器測得，並作為輸入量，供數位訊號控制器作為判據。通信模塊通過現場總線協議與數位訊號控制器相連，同時，通過現場總線或無線網絡與後臺主站系統進行實時通訊。數位訊號控制器輸出的控制信號作用於環網櫃的斷路器開關、風扇或加熱電阻，分別用於使環網櫃進行分合閘操作、降溫處理或升溫處理。數位訊號控制器的報警控制、狀態顯示控制信號分別作用於報警器和數據顯示單元。其中，數位訊號控制器與報警模塊、環網櫃開關以及通信模塊之間分別通過光耦合器相連，以保證數據精確。報警模塊採用的報警器可包括蜂鳴報警、聲光報警，數據顯示模塊包括LED狀態指示燈、LCD液晶顯示屏等。
[0052]圖4為本發明監控方法的數據處理流程圖。
[0053]環網櫃電纜室內的溫度傳感器測得電纜接頭的絕對溫度和環境絕對溫度後，進行去噪處理，顯示在溫度監控終端的顯示屏上；數位訊號控制器將處理後數據通過一定的算法計算出電纜接頭相對溫度值、電纜接頭絕對溫升速率和環境絕對溫升速率，並顯示在顯示屏上；數位訊號控制器將三個新數據對比、計算，得出電纜接頭相對溫升速率並顯示在顯示屏上；上述信號通過補償、校驗，得出了電纜接頭相對溫升速率的最接近值，同樣發送至顯示屏；數位訊號控制器將所得最接近電纜接頭相對溫升速率值以及電纜接頭相對溫度值與設定閥值進行比較，並依照比較結果發出告警信號，同樣顯示在溫度監控終端的顯示屏上。
[0054]實際應用中，配電終端的數位訊號控制器採用型號為STM32f407VG的DSC晶片；晶片的內部資源很多，存儲容量大，價格便宜，同時ARM晶片有無線通信接口、乙太網通信接口，也能產生PWM波，能快速處理和輸出模擬量、數字量、控制信號、報警信號等。對控制信號、報警信號輸出增加TLP112光耦隔離，保證輸出信號的穩定性和抗幹擾性。採取宏電H7710系列的通信模塊，監控終端既能通過GPRS通信方式與主站之間交換數據，又能通過GSM通信方式把報警信號發送給用戶手機。同時具有RS232/RS485當地通信及維護接口。
[0055]以上的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護範圍。
【權利要求】
1.一種環網櫃電纜接頭溫度監控系統，包括環網櫃，所述環網櫃包括電纜室(I)、開關室(2)、二次走線室(3)、PT電源櫃(4)、配電自動化室(5)，所述配電自動化室(5)內設置有配電終端(6)和溫度監控終端(7)，所述電纜室(I)位於環網櫃底部，有多個，其內部有電纜接頭(8)和傳感器； 所述環網櫃採取上斷路器、下負荷單元的共箱式結構，配備全絕緣的密封不鏽鋼外殼，內置SF氣體； 所述開關室(2 )位於電纜室上方，設置有環網櫃的開關設備； 所述二次走線室(3)位於環網櫃頂部、開關室上方，環網櫃二次機櫃和傳感器、以及溫度監控終端的走線均通過二次走線室3布線； 其特徵在於，還包括遠程主站； 所述溫度監控終端(7)包括數位訊號控制器和報警模塊； 所述溫度傳感器設置在電纜室內，並通過信號傳輸線與溫度監控終端(7)相連； 所述溫度監控終端(7)與遠程主站相互通信； 所述溫度監控終端(7)與所述報警模塊相連。
2.根據權利要求1所述的環網櫃電纜接頭溫度監控系統，其特徵在於， 所述溫度傳感器包括第一溫度傳感器(9)和第二溫度傳感器(10)，所述第一溫度傳感器(9)測量電纜接頭絕對溫度，所述第二溫度傳感器(10)測量環網櫃電纜室內環境絕對溫度； 所述溫度監控終端(7)和所 述環網櫃配電終端(6)設置在配網自動化室(5)內； 所述溫度監控終端(7)通過現場總線或通過無線網絡與遠程主站通信； 所述溫度監控終端(7)與報警模塊通過現場總線相連； 所述溫度監控終端(7)還包括無線網絡傳輸模塊和顯示模塊。
3.根據權利要求2所述的環網櫃電纜接頭溫度監控系統，其特徵在於， 還包括定值編碼器、光耦合器； 所述配電終端(6)的數位訊號控制器與所述報警模塊、所述顯示模塊、所述通信模塊之間設置有光耦合器。
4.根據權利要求3所述的環網櫃電纜接頭溫度監控系統，其特徵在於， 所述報警模塊為報警器，所述顯示模塊為顯示屏； 所述數位訊號控制器可採用型號為STM32f407VG的DSC晶片； 所述通信模塊可採用H7710系列。
5.一種利用權利要求1-4任一所述環網櫃電纜接頭溫度監控系統進行環網櫃電纜接頭(8)溫度的方法，其特徵在於包括以下步驟: 通過環網櫃內溫度傳感器分別測量環網櫃內的環境絕對溫度和電纜接頭絕對溫度； 計算電纜接頭對環網櫃環境的相對溫度； 計算一段時間內電纜接頭的相對溫升速率； 對電纜接頭的相對溫度和相對溫升速率設置上限閥值，當電纜接頭的相對溫度和相對溫升速率超過上限閥值時，產生報警； 數位訊號控制器向環網櫃配電終端(6)發送分閘命令，使環網櫃斷電，以保證設備安全；同時溫度監控終端(7)將報警信號傳送給通信模塊，由通信模塊通過本地現場總線或無線網絡傳送給遠程主站； 遠程主站對環網櫃溫度監控終端(7 )發送指令，使之啟動降溫裝置，進行降溫等操作。
6.根據權利要求5所述的環網櫃電纜接頭溫度監控方法，其特徵在於包括以下步驟: 通過環網櫃內所述第一溫度傳感器(9 )對環網櫃內電纜接頭(8 )的絕對溫度進行溫度實時在線監測，並將測得的值傳送給溫度監控終端(7)的數位訊號控制器； 通過安裝於環網櫃內的第二溫度傳感器(10)對環網櫃內的絕對環境溫度進行實時在線監測，並將測得的值傳送給溫度監控終端(7)的數位訊號控制器； 溫度監控終端(7)對一段時間內電纜接頭(8)的絕對溫度進行比較、計算、分析，得出電纜接頭的絕對溫升速率，對環 境溫度的相同時間段內的絕對溫度進行比較、計算、分析，得出環境絕對溫升速率； 溫度監控終端(7)的數位訊號控制器將一段時間內的環境絕對溫升速率和電纜接頭絕對溫升速率進行比較計算，得出電纜接頭相對溫升速率v2 ； 所述溫度監控終端(7 )獲得同一時刻的電纜接頭絕對溫度和環境絕對溫度兩個溫度，進行溫度比較，獲得電纜接頭的相對溫度； 溫度監控終端(7)的數位訊號控制器將一段時間內電纜接頭的相對溫度進行比較計算，得出電纜接頭的相對溫升速率Vl ； 所述數位訊號控制器將計算得出的電纜接頭相對溫升速率Vl和相對溫升速率v2進行補償、校驗，得到實際的電纜相對溫升速率vO ； 根據電纜相對溫升速率vO，在定值編碼器上設置電纜接頭相對溫度閥值和電纜接頭相對溫升速率閥值，並傳送給數位訊號控制器；當電纜接頭相對溫度閥值和電纜接頭相對溫升速率超過相應閥值時，數位訊號控制器發出報警信號，並發送給報警燈或報警鈴，並產生風扇控制信號，給電纜室(I)進行降溫； 同時，數位訊號控制器向環網櫃配電終端(6)發送分閘命令，使環網櫃斷電，以保證設備安全。
7.根據權利要求6所述的環網櫃電纜接頭溫度監控方法，其特徵在於: 所述溫度監控終端(7)既能通過GPRS通信方式與主站之間交換數據，又能通過GSM通信方式把報警信號發送給用戶手機，同時具有RS232/RS485當地通信及維護接口。
【文檔編號】G05B19/418GK103676888SQ201310695855
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】楊敦高, 劉玉剛, 曹西徵, 李振林 申請人:北京合銳賽爾電力科技有限公司