一种配电网一次设备的温度告警系统及方法与流程

本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及一种配电网一次设备的温度告警系统及方法。

背景技术：

过热是电气设备常见的故障，配电网一次设备过热的原因是多方面的。根据调查研究表明，以各类电气接触不良为特征的发热故障占各类异常发热故障的首位，以各种导体接头为主的发热占所有热故障的70%以上，在各种单元式设备内部热故障中，电气接触不良的发热也占有相当的比例，绝缘性发热故障比例相对较小。配电网一次设备发热问题普遍存在，潜在的危险是不容忽视的，特别是随着负荷的增加、设备的老化，环境温度和电气接点温度容易偏高，如果不及时处理可能导致着火或爆炸事故。因此，一次设备的温度告警是非常重要的。一次设备中需要测温的部位有：变压器进、出线接点，高、低压开关柜的触头，电缆的接头和电缆与电气设备的连接处，母线的接头等。

目前红外热成像技术比以前有了很大的进步，但由于它是离线式的，此技术操作复杂，价格昂贵，不易普及。而且常见的中压开关柜开关触头位于全封闭金属铠装柜中，常规的红外测温无法实现。目前实际运行的有光纤测温、无线测温，但均需在开关柜的每个触头上使用专用的温度传感器、同时配合专用管理主机来实现温度的实时检测，虽然测温可以较准确，但应用成本较高，通常需安装于静触头需母线停电，因此目前在现场推广运用的并不多。

实际上，变压器进、出线接点和高、低压开关柜触头等部位的实时温度不重要，只是要防止触头温升阀值不要超过触头弹簧的退火温度（通常不能超150℃），以防弹簧失去弹力，加速恶化接触不良；也不能超过绝缘材料的承受温度（如f级绝缘为155℃），以防绝缘失效。只要能及时发现并处理这些过热缺陷，并不会对配电网一次设备的正常运行造成不可挽回影响，现场运维迫切需要一个简单易用、经济可靠的智能告警“示温蜡片”，一旦发现变压器进出线和开关触头等部位的温度异常即后台实时告警。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述弊端，从而提供了一种配电网一次设备的温度告警系统及方法。

在第一方面，本发明提供了一种配电网一次设备的温度告警系统。该系统包括塑料光纤和温度告警装置，所述塑料光纤缠绕设置在配电网一次设备中所需测温处，其包括第一连接头和第二连接头，所述温度告警装置包括一外壳，外壳内设有光纤发射单元、处理器、驱动单元、光敏检测单元、a/d转换单元和网络传输单元，

所述驱动单元与处理器相连，用以根据处理器的控制指令驱动所述光纤发射单元发光；

所述光纤发射器与所述光纤的第一连接头相连，用以将接收的驱动电信号转换为光信号并传输至所述塑料光纤；

所述光敏检测单元与所述光纤的第二连接头相连，用以检测塑料光纤传输过来的光的信号强度，并根据光的信号强度输出不同的模拟电压信号至所述a/d转换单元；

所述a/d转换单元与所述处理器相连，用以将光敏检测单元发送的模拟电压信号转换为数字电压信号并发送至所述处理器；

所述处理器与所述网络传输单元相连，用以控制所述驱动单元的工作，以及根据接收的电压信号大小判断塑料光纤的温度值，并将超过预设温度值的判断结果通过网络传输单元传输至后台服务器。

进一步地，所述系统还包括滤波放大单元，所述滤波放大单元包括阻容滤波电路和同相放大电路，

所述同相放大电路与所述光敏检测单元相连，用以对光敏检测单元输出的电信号进行放大；

所述阻容滤波电路与所述同相放大电路和所述a/d转换单元分别连接，用以将同相放大电路放大后的电信号进行滤波处理。

进一步地，所述驱动单元采用型号为ds75452的双通道的串行驱动器。

进一步地，所述光敏检测单元包括型号为mg45的光敏电阻和封装在其外面的接口，所述接口用以连接所述光纤的第二连接头。

进一步地，所述塑料光纤缠绕2至3周在配电网一次设备的变压器进/出线接点、高/低压开关柜的触头、电缆的接头、母线的接头和电缆与电气设备的连接处。

进一步地，所述光纤发射单元采用hfbr-1532光纤发射器。

进一步地，所述温度告警装置的外壳上设有卡扣。

在第二方面，本发明还提供了一种配电网一次设备的温度告警方法，该方法包括：

驱动光纤发射器发射光源，以向所述塑料光纤传输光信号，所述塑料光纤缠绕在配电网一次设备中所需测温处；

接收塑料光纤反馈回的光信号，根据光信号的强度输出对应的模拟电压信号；

将模拟电压信号转换为数字电压信号；

根据数字电压信号，判断所述塑料光纤的温度；

将超过预设温度值的判断结果通过网络传输单元传输至后台服务器。

进一步地，所述将模拟电压信号转换为数字电压信号之前还包括：将模拟电压信号进行信号放大和滤波处理。

进一步地，所述配电网一次设备中所需测温处包括：变压器进/出线接点、高/低压开关柜的触头、电缆的接头、母线的接头和电缆与电气设备的连接处。

本发明利用塑料光纤绝缘性能高，芯材耐热性能差的特点将塑料光纤缠绕在感温点，尾端引出到温度告警装置。一旦测温处温度超过测温处光纤的玻璃化转化温度，光纤的芯层液化后卡断，光通道就将中断，告警装置即可上送超温告警，相应申请停电进行检修。有效避免了过热造成的一次设备故障，避免了事故的发生，保障了配电网的安全、稳定运行。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种配电网一次设备的温度告警系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种配电网一次设备的温度告警系统的电路原理图；

图3为本发明实施例提供的温度告警系统与变压器进出线的连接示意图；

图4为本发明实施例提供的温度告警系统与开关柜开关触头的连接示意图；

图5为本发明实施例提供的一种配电网一次设备的温度告警方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是，附图仅为示例性说明，并未按照严格比例绘制，而且其中可能有为描述便利而进行的局部放大、缩小，对于公知部分结构亦可能有一定缺省。

塑料光纤（pof）相对于传统石英光纤，便宜易得，同时具有直径大（1mm）、柔软易弯曲、易加工连接、使用方便的特点。塑料光纤采用电气性能良好材料如硅橡胶、三元乙丙橡胶包覆，绝缘性能高。但其芯材为高分子材料，耐热性能较差。塑料光纤常用的通光芯材pmma（俗称有机玻璃），其玻璃化转化温度是105℃，超过此温度，pmma玻璃化后变成液态，如果在外力作用下形成卡断点，就不能正常传输光。本发明则是利用塑料光纤的特性来进行配电网一次设备感温点的温度测量。

图1为本发明提供的一种配电网一次设备的温度告警系统电路原理图。

如图1所示，该实施例提供了一种配电网一次设备的温度告警系统电路图。该系统包括塑料光纤1和温度告警装置2。

塑料光纤1缠绕2-3周在配电网一次设备中所需测温处，如变压器进/出线接点、高/低压开关柜的触头、电缆的接头、母线的接头和电缆与电气设备的连接处。塑料光纤的总长不超过3米。塑料光纤1带有第一连接头11和第二连接头12，两连接头均为标准的sc接头。

温度告警装置2包括一外壳，外壳上还可设置卡扣结构，设置卡扣结构的目的可方便放置告警装置。外壳内设有处理器21、驱动单元22、光纤发射单元23、光敏检测单元24、a/d转换单元25和网络传输单元26。

驱动单元22采用ds75452的双通道的串行驱动器，每个通道由一个与门和一个三极管构成，第一个通道是两路信号a1和a2的与门输出，第二个通道是两路信号b1和b2的与门输出。信号输入端a1和b2与电源vcc相连，并与电容c2串联后接地，信号输入端a2和b1与处理器21相连。第一个通道的信号输出端y1(三极管的集电级）和第二个通道的信号输出端y2（三极管的集电级）与光纤发射单元23和电阻r6相连接，第一通道的三极管发射极和第二通道的三极管发射级接地。本实施例中的驱动单元23主要用来接收处理器21发送的控制指令，提供光纤发射单元23所需要的工作电压以驱动光纤发射单元23发光。当处理器21给出低电平信号时候，两个与门输出低电平，两个三极管不导通，输出口y1和y2被电源vcc拉为高电平，光纤发射单元23导通。反之，当处理器21给出高电平信号时候，两个与门输出高电平，两个三极管导通，输出口y1和y2被短接至地，光纤发射单元23不导通。本领域的普通技术人员应当理解，本实施例中的驱动单元22还可以采取其它类型的驱动电路，如通过独立器件mos管和非门构成的驱动电路。

光纤发射单元23采用hfbr-1532型号的光纤发射器，其信号输入端与驱动单元22的输出端相连，其信号输出端与光纤1的第一连接头11相连，其主要用来将接收的驱动电压信号转换为光信号并传输至塑料光纤1。

光敏检测单元24包括mg45的光敏电阻r2和封装在其外面的接口，该接口主要用以连接光纤1的第二连接头。光敏电阻r2一端接地，另一端与电阻相接后接入电源vcc。通过光敏电阻r2检测塑料光纤1传输过来的光的信号强度，并根据光的信号强度输出不同的模拟电压信号至a/d转换单元25。

a/d转换单元25为16位a/d转换芯片，其与处理器22相连，用以将光敏检测单元24发送的模拟电压信号转换为数字电压信号并发送至处理器21。

处理器21采用msp430处理芯片，其与网络传输单元26相连，主要用来协调控制各单元的工作及信号的处理。例如，处理器21控制驱动单元22提供光纤发射单元23所需工作电压，以及根据a/d转换单元25发送的电压信号大小判断塑料光纤的温度值，并将超过预设温度值的判断结果通过网络传输单元26传输至后台服务器，由后台服务器进行报警指示。

网络传输单元26与后台服务器无线连接，其可以为gsm模块、gprs模块、edge模块、cdma模块和wcdma模块中的任意一种。根据采用不同的无线发送模块将处理器21输出的报警信号以不同的网络传输协议发送至后台服务器。

另外，由于发生的光信号在传输过程中会被干扰和减弱，经过光敏检测单元24输出的电压信号较原有的信号会减弱和失真，所以本发明实施例可在光敏检测单元24和a/d转换单元25之间增设滤波放大单元27，通过滤波放大单元27将光敏检测单元24传输的电压信号进行放大、滤波处理后再送入a/d转换单元25。本实施例中的滤波放大单元27包括阻容滤波电路27.1和同相放大电路27.2。

同相放大电路27.2运放的同相输入端与电阻r1相连后接入电源vcc，反相输入端通过电阻r3接地，反相输入端与输出端接有反馈电阻r3，输出端与阻容滤波电路27.1的电阻r5一端相连接，电阻r5的另一端分别电容c1的一端和a/d转换单元25相连接，电容c1的另一端接地。本实施例中的同相放大电路27.2主要用以对光敏检测单元输出的电信号进行放大，阻容滤波电路27.1用以将同相放大电路27.2放大后的电信号进行滤波处理后再送入a/d转换单元25。

图2为本发明实施例提供的一种配电网一次设备的温度告警系统的电路原理图。

如图2所示，本实施例的配电网一次设备的温度告警系统包括光纤1和温度告警装置2，温度告警装置2包括处理器21、驱动单元22、光纤发射单元23、光敏检测单元24、a/d转换单元25、网络传输单元26和滤波放大单元27。

当温度告警装置2上电时，由处理器21发出驱动信号，驱动单元22驱动光纤发射单元发光，发出的光信号经过塑料光纤1传输至光敏检测单元24，由光敏检测单元24检测穿过塑料光纤的光的信号强度，并输出对应的模拟电压信号至滤波放大单元27，由滤波放大单元27对光敏检测单元24输出的模拟电压信号进行滤波放大处理器后送入a/d转换单元25，通过a/d转换单元25将模拟电压信号转换为数字电压信号后送入处理器21，由处理器21根据a/d转换单元25发送的电压信号大小判断塑料光纤的温度值，并将超过预设温度值的判断结果通过网络传输单元26传输至后台服务器，由后台服务器进行报警指示。

图3为本发明实施例提供的温度告警系统与变压器进出线的连接示意图；

如图3所示，将塑料光纤1缠绕设置在变压器进出线位置，缠绕2-3周作为感温点，塑料光纤两端引出到温度告警装置2，通过温度告警装置2来检测变压器进出线位置塑料光纤的温度，一旦发现变压器进出线部位的温度异常即后台实时告警。

图4为本发明实施例提供的温度告警系统与开关柜开关触头的连接示意图。

如图4所示，将塑料光纤1缠绕设置在开关柜开关触头臂近触头处位置，缠绕2-3周作为感温点，塑料光纤1两端引出到温度告警装置2，通过温度告警装置2来检测开关触头位置塑料光纤的温度，一旦发现变压器进出线部位的温度异常即后台实时告警。

图5为本发明实施例提供的一种配电网一次设备的温度告警方法流程图。

在步骤501中，驱动光纤发射器发射光源，以向所述塑料光纤传输光信号，所述塑料光纤缠绕在配电网一次设备中所需测温处，例如，变压器进/出线接点、高/低压开关柜的触头、电缆的接头、母线的接头和电缆与电气设备的连接处。

在步骤502中，接收塑料光纤反馈回的光信号，根据光信号的强度输出对应的模拟电压信号。

在步骤503中，将步骤502中的模拟电压信号进行信号放大和滤波处理，该步骤可以对微弱的光信号进行放大和去除谐波处理，减少波形的失真度。

在步骤504中，将模拟电压信号转换为数字电压信号。

在步骤505中，根据数字电压信号，判断所述塑料光纤的温度。

在步骤506中，将超过预设温度值的判断结果通过网络传输单元传输至后台服务器。

因此，本发明基于上述实施例实现了配电网一次设备的温度告警，有效避免了过热造成的一次设备故障，避免了事故的发生，保障了配电网的安全、稳定运行。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。