電力電纜接頭溫度和PD參數的監測裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開一種電力電纜接頭的溫度和PD雙參數監測裝置。裝置由溫度測量單元、組合式電源單元、PD測量單元、MCU主控單元和WiFi/2G/3G/4G多通道單元組成。WiFi/2G/3G/4G多通道單元根據監測裝置安裝點的無線信號情況，自動選擇網絡。雙參數監測有助于發現電纜的故障征兆，實現故障預警；數字溫度傳感器借助接頭內部預埋和冗余規范安裝技術，提高了測量的可靠性和一致性。開口卡裝式結構的取能CT線圈，以及過壓保護和沖擊保護電路，提高了感應取電電源的可靠性；感應取電電源+鋰電池備用電源構成組合式電源，組合式電源結構簡單、性能可靠。

【技術實現步驟摘要】
電力電纜接頭溫度和PD參數的監測裝置
本專利技術屬電力電纜監測裝置的技術范疇；特別是指采集電力電纜接頭的溫度和PD雙參數、溫度傳感器應用接頭內部預埋和冗余規范安裝技術、通過WiFi/2G/3G/4G多通道模塊傳輸數據、感應取電+鋰電池組合供電的監測裝置。
技術介紹
電網供電的可靠性關系到生產能否順利進行，生活品質的好壞優劣。隨著電網覆蓋范圍的擴大，故障波及區域和造成的負面影響越來越大。2003年8月14日，美國和加拿大經歷了大面積停電事故，供電中斷29小時，受災人數5000余萬；2012年7月30日，印度遭遇特大規模停電，影響人數一度達3.7億，約1/3印度人無電可用。2008年1月10日～2月2日，我國南方地區接連出現四次罕見的冰凍災害；冰雪災害造成36740條10kV及以上電力線路、1743座變電站停運，1億多人口供電中斷；國家電網損失104.5億元，中央直屬發電企業損失613億元。供電的可靠性涉及發電部門、輸電部門和配電部門三家的可靠性，其中城市配電領域的可靠性很大程度上取決于電力電纜的可靠性。以二線城市X市為例，X市敷設的10kV電力電纜長600m，考慮到運維之需，約300m設一電纜接頭；為降低技術與施工的難度，電力電纜接頭均安裝在供電電纜分接箱中。分接箱是一種戶內或戶外裝置，通常安裝于街邊、路旁或者小區，對電纜線路進行分接、分支、接續或轉換，扮演電能匯集與分配樞紐的角色。在電力電纜保有量逐年遞增、早期敷設電纜步入或逼近壽命終點的雙重因素推動下，2012～2014年X市電纜故障數呈明顯的上升態勢，統計數據見表1。必須指出，X市非個案特例，我國大中城市電力電纜的現狀大同小異，形勢非常嚴峻。業內同行的共識是：相當一段時間內，電力電纜的高故障數將是電力行業的新常態；電力電纜的囧境使電力系統的可靠性遇到了前所未有的挑戰。表12012～2014年X市的電力電纜故障數據年份201220132014電力電纜故障數(次)513604723相對2012年的比值100％117.7％140.9％電纜接頭是電纜線路中不可或缺的組成部分；根據連接對象的不同，電纜接頭又稱電纜終端頭或電纜中間頭，兩者的專業術語統稱為電纜附件。電纜導電線芯外是接地的銅屏蔽層，導電線芯與屏蔽層之間形成徑向分布電場。正常電纜的電場只有從線芯沿半徑向銅屏蔽層的電力線，沒有線芯的軸向電場(電力線)，電場分布均勻。制作電纜頭時剝去了屏蔽層，破壞了電纜電場分布，產生對絕緣不利的切向電場(軸向電力線)--在剝去屏蔽層的線芯處電力線向屏蔽層斷口處集中，斷口處就是電纜最易被擊穿的部位。電纜接頭外套裝電應力管抑制切向電場是有效的，但是電纜接頭依然是電纜電網的薄弱環節。統計表明：接頭故障次數高居電纜總故障數的90％。因此，有必要在線監測電力電纜接頭的運行狀態；在線監測有助于發現故障和故障征兆，發現故障征兆是及時檢修、提前排除電纜故障、提升運維水準的前提。在線監測電纜接頭狀態的設計任務書應包含：監測參數，采集監測參數的技術路線，獲取電能的途徑以及采集數據的傳輸方法。非電量參數溫度是電纜接頭在線監測的必選參數。溫度升高，接頭的接觸電阻增加、氧化加速；絕緣介質溫度升高(電阻值具有負溫度系數)，導致流過絕緣介質的電流增大，即介質的功耗、發熱量增大，促成絕緣介質的加速老化甚至擊穿。溫度測量有接觸式、非接觸式兩大類；而接觸式測溫又細分出點式(熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、數字溫度傳感器)、線式(感溫電纜、分布式光纖溫度傳感器、光纖光柵溫度傳感器)兩種。從技術成熟度、易用性和經濟指標的綜合視角考量，業界傾向點接觸的數字溫度傳感器；但數字溫度傳感器使用中曝露出三點缺陷，應分折原因并采取相應的技術手段補救。首先，測量的溫度數據一致性欠佳；源由被測對象是接頭的表面溫度，測量值受環境和安裝點不規范的影響；傳感器預埋電纜接頭內部、規范安裝點能改進測量數據的一致性。其次，傳感器可靠性有待提高的問題，擬通過冗余技術解決。缺陷之三，溫度對象本質上是大時間常數、純滯后對象，溫升至故障發生存在一個量變到質變的漸變過程；顯然，溫度單參數很難滿足“發現故障征兆”的用戶訴求；解決方案是引入能實時表征電纜接頭運行狀態的監測參數--局部放電。局部放電(PartialDischarge，PD)是電場作用下絕緣介質發生的放電短路現象，PD既可發生在絕緣介質內部，也會出現在絕緣介質的表面或邊緣。PD具有間歇性和實時性，絕緣介質中未形成永久的放電通道，尚不足使絕緣介質擊穿；但它是電纜附件絕緣劣化的主要原因之一，又是表征電纜附件絕緣狀態的重要特征量；監測局部放電有利于“發現故障征兆”。IEC、IEEE以及CIGRE等國際電力權威機構推薦PD試驗作為電纜絕緣狀況評價的最佳方法；PD監測有脈沖電流測試、振動加速、電磁波、局部放電量和超聲波法等，其中脈沖電流法是唯一納入國際標準(IEC60270)的方法--根據耦合原理、通過HFCT傳感器，采集電纜PD時產生的脈沖電流信號，判斷電纜附件絕緣狀態，實施故障預警。溫度和PD的雙參數監測補齊了溫度單參數在“發現故障征兆”上的短板。電纜分接箱高度分散設置在X全市，電纜接頭監測裝置的主流供能架構是CT感應+鋰電池在線充電；主流供能架構的技術成熟，缺點是可靠性差強人意，需探尋源由并設計針對性電路。CT取能線圈一次側的電流是變量、存在過壓，應設計過電壓保護電路；電纜線路存在無法避免的微秒級雷電沖擊或短路電流，可設計基于TVS的沖擊保護電路。鋰電池的充電電路相對復雜，可靠性一般，舍棄鋰電池充電電路；因為國家電網X市的運維條例要求，10kV電力電纜的巡檢周期≤3個月，因此鋰電池在線充電略顯多余。感應取電電源配置過壓保護和沖擊保護電路，采用開口卡裝式結構的取能CT線圈；再輔以鋰電池備用電源，構成電纜接頭監測裝置的組合式電源。2008年8月，X市進入無線數字城市；10kV電力電纜線路大多位于無線數字城市的WiFi覆蓋域內，采集數據借助WiFi/2G/3G/4G多通道模塊傳輸是不二選擇。不失一般性，本文面向X市的10kV電力電纜戶內終端接頭展開論述。電力電纜接頭監測裝置領域較有代表性的知識產權成果綜述如下：·專利技術專利“一種基于射頻技術的電纜接頭精確測溫技術和裝置”(ZL201110056255.6)，提出直接接觸式方法測量電纜接頭或芯線表面溫度，通過射頻將數據傳輸到外置接收器，外置接收器通過射頻向內置測溫器提供電能，解決內置測溫器的供電問題?！＠夹g專利“高壓電纜接頭局部放電在線監測裝置及其在線監測方法”(ZL200910024123.8)，提出電容耦合傳感器的高壓XLPE電纜接頭局部放電在線監測方法，通過在電纜接頭兩端的電纜本體上固定金屬箔構成容性電極來耦合局部放電信號，并通過檢測阻抗將耦合到的電流信號轉換為電壓信號。上述有益探索，有一定的參考價值，但探索成果仍存在局限。因此，有必要在現有電力電纜接頭監測裝置基礎上，作進一步的創新設計。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術的不足，提供一種電力電纜接頭溫度和PD參數的監測裝置溫度和PD雙參數監測裝置由溫度測量單元、組合式電源單元、PD測量單元、MCU主控單元和WiFi/2G/3G/4G多通道單元組成；組合式電源單元與溫度測量單元、PD測量單本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種溫度和PD雙參數監測裝置，其特征在于裝置由由溫度測量單元(100)、組合式電源單元(200)、PD測量單元(300)、MCU主控單元(400)和WiFi/2G/3G/4G多通道單元(500)組成；組合式電源單元(200)與溫度測量單元(100)、PD測量單元(300)、MCU主控單元(400)和WiFi/2G/3G/4G多通道單元(500)相連，提供溫度和PD雙參數監測裝置的電能；溫度測量單元(100)和PD測量單元(300)與主控單元(400)相連，MCU主控單元(400)與WiFi/2G/3G/4G多通道單元(500)相連；根據溫度和PD雙參數監測裝置安裝地點的無線信號情況，WiFi/2G/3G/4G多通道單元(500)自動選擇網絡：如存在WiFi網絡則優先選擇WiFi，如處在WiFi網絡盲點則選擇2G或3G或4G網絡；溫度測量單元(100)由第1數字溫度傳感器(10)、第2數字溫度傳感器(20)、第3數字溫度傳感器(30)、第4數字溫度傳感器(40)和電纜接頭均溫環(50)組成；電纜接頭均溫環(50)與電纜接頭過盈配合，電纜接頭均溫環(50)外徑環面上、等距設置4個數字溫度傳感器安裝孔，孔間夾角90°，4個數字溫度傳感器安裝孔與4個數字溫度傳感器一一對應；數字溫度傳感器預埋在安裝孔內，安裝空隙用導熱材料填充；數字溫度傳感器型號DS18B20；第1數字溫度傳感器(10)腳3接V...

【技術特征摘要】
1.一種溫度和PD雙參數監測裝置，其特征在于裝置由由溫度測量單元(100)、組合式電源單元(200)、PD測量單元(300)、MCU主控單元(400)和WiFi/2G/3G/4G多通道單元(500)組成；組合式電源單元(200)與溫度測量單元(100)、PD測量單元(300)、MCU主控單元(400)和WiFi/2G/3G/4G多通道單元(500)相連，提供溫度和PD雙參數監測裝置的電能；溫度測量單元(100)和PD測量單元(300)與主控單元(400)相連，MCU主控單元(400)與WiFi/2G/3G/4G多通道單元(500)相連；根據溫度和PD雙參數監測裝置安裝地點的無線信號情況，WiFi/2G/3G/4G多通道單元(500)自動選擇網絡：如存在WiFi網絡則優先選擇WiFi，如處在WiFi網絡盲點則選擇2G或3G或4G網絡；溫度測量單元(100)由第1數字溫度傳感器(10)、第2數字溫度傳感器(20)、第3數字溫度傳感器(30)、第4數字溫度傳感器(40)和電纜接頭均溫環(50)組成；電纜接頭均溫環(50)與電纜接頭過盈配合，電纜接頭均溫環(50)外徑環面上、等距設置4個數字溫度傳感器安裝孔，孔間夾角90°，4個數字溫度傳感器安裝孔與4個數字溫度傳感器一一對應；數字溫度傳感器預埋在安裝孔內，安裝空隙用導熱材料填充；數字溫度傳感器型號DS18B20；第1數字溫度傳感器(10)腳3接VCC、腳5接地，腳4與電阻R0相連、接MCU主控單元(400)C8051F060腳55，電阻R0的另一端接VCC；第2數字溫度傳感器(20)、第3數字溫度傳感器(30)和第4數字溫度傳感器(40)的設置方式與第1數字溫度傳感器(10)相同。2.根據權利要求1所述的一種溫度和PD雙參數監測裝置，其特征在于所述的組合式電源單元(200)由開氣隙卡口式取能線圈(210)、過電壓保護模塊(220)、整流濾波模塊(230)、瞬態保護模塊(240)、DC-DC模塊(250)、超級電容存儲和備用鋰電池模塊(260)組成；開氣隙卡口式取能線圈(210)套裝在電纜外部，依次與整流濾波模塊(230)端點a和b、DC-DC模塊(250)端點c1和d、超級電容存儲和備用鋰電池模塊(260)相連，超級電容存儲和備用鋰電池模塊(260)的輸出端提供溫度和PD雙參數監測裝置的電能；過電壓保護模塊(220)并接在整流濾波模塊(230)的a、b輸入端，瞬態保護模塊(240)并接在整流濾波模塊(230)的c1、d輸出端；開氣隙卡口式取能線圈(210)從電力電纜取能，整流濾波后給溫度和PD雙參數監測裝置供電，同時給超級電容充電儲能；鋰電池是整流濾波模塊供電、以及超級電容存儲電能供電的備用電源，電力電纜巡檢時定期更換鋰電池；過電壓保護模塊(220)由過電壓保護的執行子模塊和過電壓保護的檢測控制子模塊組成；過電壓保護的執行子模塊并接在a、b端，以固態繼電器SSR為核心，SSR輸出的一端與a相連，SSR輸出的另一端經耗能電阻R220與b相連；過電壓保護的檢測控制子模塊并接在c1、d端，包括依次相連的穩壓管D221、D222和D223，D223的另一端與可調電阻R221相連、兩者公共點的電壓V220，可調電阻R221的另一端經穩壓管D224接地、即d端，D221的另一端則接c1端；V220與SSR的控制端相連；當c1、d端電壓Vc1d＞75V時，V220≥SSR的動作電壓VT、常開型SSR導通閉合、開氣隙卡口式取能線圈(210)的感應電流通過導通閉合的SSR和耗能電阻R220泄放，箝制Vc1d≤75V；穩壓管D221、D222和D223型號1N4747A，穩壓管D224型號1N4742A，SSR型號JZC-22F-12VDC-1ZS；整流濾波模塊(230)由橋式整流電路、∏型濾波電路組成，橋式整流電路的輸入端a和b、輸出端c和d，∏型濾波電路的輸入端c和d、輸出端c1和d；瞬態保護模塊(240)以瞬變電壓抑止二極管D240為核心，D240并接在c1和d端，電纜上出現短路電流、特別是雷電沖擊電流時，D240提供后續電路的瞬態保護，瞬變電壓抑止二極管D240型號5KP78CA；DC-DC模塊(250)以MAX5035B為核心，MAX5035B的腳7與電阻R251、電容C251相連并連接c1端，電阻R251的另一端與電阻R252相連，電阻R252另一端與電容C251另一端、MAX5035B的腳3、6相連接地，MAX5035B腳2經電容C252接地，MAX503...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李牧，徐立，黃懿明，吳明光，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33