一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置和监测方法

文档序号:10652615阅读:388来源:国知局
一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置和监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置和监测方法,包括微处理器模块,微处理器模块连接有北斗定位模块、环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器,并通过无线通信模块连接到监控终端,环境温湿度传感器用于测定连接端子周围的温度和湿度,温度传感器用于测定连接端子处的温度,电流传感器用于测定连接端子流过的电流。本发明通过环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器的采集,并通过无线通信模块将数据传输到监控终端,实现连接端子处的在线实时监测,大大提高了监控可靠性,采用无线传输,省去了电缆的使用,并可实现短期和长期的监测,并通过定位模块实现故障点的方便寻找,快速排出故障,大大提高维护效率。
【专利说明】
-种铜错过渡连接端子工作状态在线监测装置和监测方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种铜侣过渡连接端子工作状态在线监测装置和监测方法,属于铜侣 过渡连接端子工作状态的监测装置。
【背景技术】
[0002] 我国盛产侣而铜资源贫乏,铜作为我国仅次于石油的第二大战略物资,进口依存 度达到70%。2013年底,国家发改委和工信部已经确定W侣节铜的战略方向,W侣节铜成为 各行业关注热点。由于侣合金材料不仅具有铜材的高导电、导热率,而且具有价格低、质量 轻、耐腐蚀、美观、经济等优点。因此,对于电网来说,侣合金电缆及附属产品在一定范围内 可代替铜电缆。根据我国电力工业"十二?五"发展规划,预计2015年全国IlOkV及W上输电 线路长度将达130万公里,2020年将达170万公里。因此,侣合金电缆迎来了良好的发展机 遇。电缆铜侣过渡连接端子是侣合金电缆在电网中使用的重要部件之一,根据运行经验显 示90% W上的电缆运行故障是由电缆连接端子故障引发的。
[0003] 现有的监测采用人工进行定期监测,监测费时费力,监测不实时,易造成故障发 生,且监测效率低和监测不可靠,而购买单独的监测设备,设备成本昂贵,维护成本也高。

【发明内容】

[0004] 本发明要解决的技术问题是:提供一种铜侣过渡连接端子工作状态在线监测装置 和监测方法,实现对铜侣过渡连接端子工作状态的实时、快速和可靠的监测,更加省时省 力,减少故障发生概率,监测效率高,检测更加可靠,设备成本低,维护方便快捷,提高状态 监测设备的可扩展性,W解决现有技术中存在的问题。
[0005] 本发明采取的技术方案为:一种铜侣过渡连接端子工作状态在线监测装置,包括 微处理器模块,所述微处理器模块连接有北斗定位模块、环境溫湿度传感器、溫度传感器和 电流传感器,并通过无线通信模块连接到监控终端,所述环境溫湿度传感器用于测定连接 端子周围的溫度和湿度,所述溫度传感器用于测定连接端子处的溫度,所述电流传感器用 于测定连接端子流过的电流。
[0006] 优选的,上述微处理器模块还连接有数据存储模块,数据存储模块包括SD卡,通过 SD卡的数据存储模块将采集的环境溫湿度、端子溫度W及电流信息进行存储,保证了装置 采集的可靠性。
[0007] 优选的,上述环境溫湿度传感器采用数字式溫湿度传感器甜T15。
[000引优选的,上述溫度传感器采用数字式溫度传感器DS18B20。
[0009] 优选的,上述电流传感器采用霍尔传感器。
[0010] 优选的,上述无线通信模块采用的是双频的GPRS/GSM模块SIM900A,采用的GPRS模 块实现将现场数据可靠地传至远端监控终端。
[0011] 优选的,上述微处理模块采用微处理器MSP430fl49,MSP430f 149具有低功耗的特 点,其内部除了集成有64KB的程序存储区、数据区、特殊功能寄存器区,还集成有十二位的 A/D转换单元。
[0012] 优选的,上述微处理器模块和无线通信模块安装在防水的塑料电器盒内的电路板 上,环境溫湿度传感器、溫度传感器和电流传感器通过安装在塑料电器盒上的防水接头连 接到电路板上的微处理器模块。
[0013] 优选的,上述塑料电器盒还设置有六个A/D转换接口,六个A/D转换接口连接到微 处理器模块,提高了装置的可扩展性。
[0014] -种铜侣过渡连接端子工作状态在线监测装置的监测方法,该方法包括W下步 骤:
[0015] 通过北斗模块、环境溫湿度传感器、溫度传感器和电流传感器测得铜侣过渡端子 处的位置、环境溫湿度和连接端子溫度及电流;
[0016] (2)通过测得的环境溫度、连接端子溫度W及电流和电流通过时间,计算连接端子 处热传导热量和热对流热量,公式如下:
[0017] 在热传导的热量表示为:Q = OA T*M,C为连接端子物质的比热,M为连接端子物质 的质量,A T为溫差;
[001引热对流的传热量为:
,h为物质的对流传热系数,A为换热面积,A T为溫 差;
[0019] (3)溫度校正,将步骤(2)中计算得到的热量代入下列计算模型,即可求得连接端 子处实际溫度:
[0020] T= c〇iQ/(C*M)+?2<1)/化*A)
[0021] 上式中,01和O 2是通过大量的热量输入和溫度输出采用最小二乘法确认的系数;
[0022] Q为连接端子处产生的焦耳热;
[0023] C为连接端子物质的比热;
[0024] M为连接端子物质的质量;
[0025] 4连接端子物质热对流的传热量;
[0026] h为连接端子物质的对流传热系数;
[0027] A为连接端子物质截面换热面积。
[0028] 本发明的有益效果:与现有技术相比,本发明通过环境溫湿度传感器、溫度传感器 和电流传感器的采集,并通过无线通信模块将数据传输到监控终端,实现连接端子处的在 线实时监测,大大提高了监控可靠性,采用无线传输,省去了电缆的使用,并可实现短期和 长期的监测,并通过定位模块实现故障点的方便寻找,快速排出故障,大大提高维护效率, 本发明还具有结构简单、操作方便快捷和监测可靠的特点。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明的控制连接结构示意图;
[0030] 图2是本发明的装置结构示意图;
[0031 ]图3是图2的左视结构示意图;
[0032] 图4是侣合金电缆铜侣过渡连接器结构截面示意图。
[0033] 图中:1-蓄电池,2-电源接线端子,3-北斗定位模块,4-微处理器模块,5-无线通信 模块,6-电路板,7-北斗定位模块天线,8-北斗模块接线端子,9-传感器接口端子,10-开关, 11-塑料电器盒,12-天线,101-连接管,102-导电线忍,103-导电膏层。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
[0035] 实施例1:如图1-图4所示,一种铜侣过渡连接端子工作状态在线监测装置,包括微 处理器模块,微处理器模块连接有北斗定位模块、环境溫湿度传感器、溫度传感器和电流传 感器,并通过无线通信模块连接到监控终端,环境溫湿度传感器用于测定连接端子周围的 溫度和湿度,溫度传感器用于测定连接端子处的溫度,电流传感器用于测定连接端子流过 的电流,微处理器模块还连接有提供供电的电源单元。
[0036] 优选的,上述微处理器模块还连接有数据存储模块,数据存储模块包括SD卡。
[0037] 优选的,上述环境溫湿度传感器采用数字式溫湿度传感器甜T15。
[0038] 优选的,上述溫度传感器采用数字式溫度传感器DS18B20。
[0039] 优选的,上述电流传感器采用霍尔传感器。
[0040] 优选的,上述无线通信模块采用的是双频的GPRS/GSM模块SIM900A。
[0041 ] 优选的,上述微处理模块采用微处理器MSP430f 149。
[0042] 优选的,上述微处理器模块和无线通信模块安装在防水的塑料电器盒内的电路板 上,环境溫湿度传感器、溫度传感器和电流传感器通过安装在塑料电器盒上的防水接头连 接到电路板上的微处理器模块。
[0043] 优选的,上述塑料电器盒还设置有六个A/D转换接口,六个A/D转换接口连接到微 处理器模块。
[0044] 塑料电器盒11内的微处理器模块4、无线通信模块5、北斗定位模块3-端与电路板 6相连,电源单元1为蓄电池,蓄电池与电路板6-端相连,无线通信模块5另一端与天线12相 连,北斗定位模块3-端与北斗定位模块天线7相连,传感器通过防水接头9与电路板6相连, 开关10与电路板6相连,天线12和接线端子8在防水外壳11 一端伸入其中空腔,分别与无线 通信模块5和北斗模块相连,环境溫湿度传感器、溫度传感器和电流传感器通过防水接头9 的一端伸入塑料电器盒内空腔与电路板6相连,开关10在防水的塑料电器盒11上一端伸入 塑料电器盒11中空腔与电路板9相连。
[0045] 上述空气溫湿度传感器SHT15与微处理器模块的Pl .0、P1.1相连;溫度传感器和电 流传感器通过SPI传感器总线与微处理器模块的?4.1、?4.2、?4.3、?4.4相连;微处理器与无 线通信单元通过P3.6、P3.7相连;微处理器与北斗定位模块通过P3.4、P3.5相连;六个A/D转 换接口分别与微处理器的P6.1、P6.2、P6.3、P6.4、P6.5、P6.6相连,其中微处理器的P6.0用 于监测蓄电池电压。
[0046] 如图4所示,连接端子为连接管101、导电线忍102W及导电膏层103,根据连接端子 接头结构,可知接头处内部热源包括:在热学中热传导可表示为Q = OA T*M,C为连接端子 物质的比热,M为连接端子物质的质量,AT为溫差。
[0047] 根据传热学的原理,电缆接头处的热量主要通过=种方式进行传递,即热传导、热 福射和热对流。其中热传导产生的热量即为焦耳热,热对流的传热量为:褒曰^ g&i縱山为连接 端子物质的对流传热系数,A为连接端子截面换热面积,A T为溫差。
[0048] 考虑到传热过程达到热平衡时,溫度场不变,则可建立侣合金电缆铜侣过渡连接 器的溫度场简化模型,考虑侣合金电缆敷设在电缆沟中运种情况,热量主要由热传导和热 对流构成
,报据具体应用场合,可用大量的输入热传导热量 和热对流热量和实测的溫度,即可用最小二乘法确定《 1和《 2的值。
[0049] 本发明通过上式预测铜侣过渡连接器的运行溫度,可为连接端子的溫度场分析预 测提供依据,为连接端子的故障分析正确性提供保障。
[0050] 实施例2: -种铜侣过渡连接端子工作状态在线监测装置的监测方法,该方法包括 W下步骤:
[0051] (1)通过北斗模块、环境溫湿度传感器、溫度传感器和电流传感器测得铜侣过渡端 子处的位置、环境溫湿度和连接端子溫度及电流;
[0052] (2)通过测得的电流、溫度W及电流通过时间,计算连接端子处热传导热量和热对 流热量,公式如下:
[0化3] 在热学中热传导可表示为Q = C* A T*M,C为连接端子物质的比热,M为连接端子物 质的质量,A T为溫差;
[0054] 热对流的传热量为:
h为连接端子物质的对流传热系数,A为连接端子截 面换热面积,A T为溫差;
[0055] (3)溫度校正,将步骤(2)中计算得到的热量代入下列计算模型,即可求得连接端 子处实际溫度:
[0化6]
[0057] 上式中,O 1和O 2是通过大量的热量输入和溫度输出采用最小二乘法确认的系数;
[0058] Q为连接端子处产生的焦耳热;
[0059] C为连接端子物质的比热;
[0060] M为连接端子物质的质量;
[0061 ] 4连接端子物质热对流的传热量;
[0062] h为连接端子物质的对流传热系数;
[0063] A为连接端子物质截面换热面积。
[0064] W上所述,仅为本发明的【具体实施方式】,但本发明的保护范围并不局限于此,任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明掲露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵 盖在本发明的保护范围之内,因此,本发明的保护范围应W所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置,其特征在于:包括微处理器模块,所 述微处理器模块连接有北斗定位模块、环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器,并通 过无线通信模块连接到监控终端,所述环境温湿度传感器用于测定连接端子周围的温度和 湿度,所述温度传感器用于测定连接端子处的温度,所述电流传感器用于测定连接端子流 过的电流。2. 根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置,其特征在于: 所述微处理器模块还连接有数据存储模块,数据存储模块包括SD卡。3. 根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置,其特征在于: 所述环境温湿度传感器采用数字式温湿度传感器SHT15。4. 根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置,其特征在于: 所述温度传感器采用数字式温度传感器DS18B20。5. 根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置,其特征在于: 所述电流传感器采用霍尔传感器。6. 根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置,其特征在于: 所述无线通信模块采用的是双频的GPRS/GSM模块S頂900A。7. 根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置,其特征在于: 所述微处理模块采用微处理器MSP430H49。8. 根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置,其特征在于: 所述微处理器模块和无线通信模块安装在防水的塑料电器盒内的电路板上,环境温湿度传 感器、温度传感器和电流传感器通过安装在塑料电器盒上的防水接头连接到电路板上的微 处理器模块。9. 根据权利要求1所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置,其特征在于: 所述塑料电器盒还设置有六个A/D转换接口,六个A/D转换接口连接到微处理器模块。10. 根据权利要求1-9任一所述的一种铜铝过渡连接端子工作状态在线监测装置的监 测方法,其特征在于:该方法包括以下步骤: (1) 通过北斗模块、环境温湿度传感器、温度传感器和电流传感器测得铜铝过渡端子处 的位置、环境温湿度和连接端子温度及电流; (2) 通过测得的环境温度、连接端子温度以及电流和电流通过时间,计算连接端子处热 传导热量和热对流热量,公式如下: 在热传导的热量表示为:Q=C* Δ T*M,C为连接端子物质的比热,M为连接端子物质的质 量,AT为温差; 热对流的传热量为:# = 邊T,h为物质的对流传热系数,A为换热面积,Δ T为温差; (3) 温度校正,将步骤(2)中计算得到的热量代入下列计算模型,即可求得连接端子处 实际温度: T= Co1QAOMHto2 Φ/(1ι*Α) 上式中,ω ω 2是通过大量的热量输入和温度输出采用最小二乘法确认的系数; Q为连接端子处产生的焦耳热; C为连接端子物质的比热; M为连接端子物质的质量; Φ连接端子物质热对流的传热量; h为连接端子物质的对流传热系数; A为连接端子物质截面换热面积。
【文档编号】G01R31/04GK106019070SQ201610518703
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】曾华荣, 张迅, 刘宇, 曾鹏, 陈沛龙, 明志勇, 丁宇汉
【申请人】贵州电网有限责任公司电力科学研究院
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