一种低压电缆分支箱工况在线调节报警系统的制作方法

本发明涉及低压电缆分支箱监测技术领域，具体涉及一种低压电缆分支箱工况在线调节报警系统。

背景技术：

越来越多的架空低压线路随着配网改造的深入，被改造为电缆地埋式。因而，低压电缆分支箱在配电线路中被广泛安装于户外，是一种不含任何控制开关或检测设备的普通分支箱。该类分支箱进出线在物理上连接在一起、电气上电位相同，用于分接或分支接线。因箱内分接头受制于现场制作工艺及运行工作环境等不利因素，在电缆事故中源于分接头而引发的占比高达90%。

低压电缆分支箱的监测，目前主要以人工巡检或补救性抢修方式实现运行维护，造成实践中存在检修不足或检修过剩等问题，维护效果大打折扣。当分支箱长时间带病运行，严重时将引发各类事故、供电的可靠性难以保障，引发电力用户的投诉及影响当地经济的发展。因普通电缆分支箱安装于室外，工作环境恶劣。环境气温对分支箱性能参数会产生很大影响，有时致使箱内湿度过大，产生凝露，使接线端子锈蚀严重；又或因过载及其它因素，导致箱内温度过高、热量在密封的箱体内难以及时排出，这种状态通常会给箱体留下绝缘强度下降等多个不利隐患。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种低压电缆分支箱工况在线调节报警系统，能通过app对低压电缆分支箱工况进行在线监测，并能有效调节箱内温湿度。可有效的避免检修计划的不确定性和盲目性，降低管理员工作强度。

本发明采取的技术方案为：

一种低压电缆分支箱工况在线调节报警系统，包括供电模块、工况信息采集模块、温/湿度调节系统、工况指示器、前端控制器、4g通信模块、后台服务器端、报警管理应用软件。所述工况信息采集模块、温/湿度调节系统、工况指示器均连接前端控制器，前端控制器连接4g通信模块，4g通信模块连接后台服务器端。

所述工况信息采集模块包括：

温/湿度信息采集单元，用于电缆分支箱内外温湿度的测量；

箱内分接头接触电阻采集单元，用于在线检测分接头接触电阻信号参数；

所述温/湿度调节系统包括半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端、热端均安装有散热翅片、散热风扇，所述散热翅片下方设有接水盘，接水盘连接软管，软管设有排水阀。

所述工况指示器包括：

液晶显示元件，用于分支箱温/湿度状态参数显示；

三色发光二极管，用于通过红、黄、绿分别表示分支箱检修、报修、正常工况。

所述后台服务器端采用b/s结构，包括应用服务器、管理应用软件；用于管理人员登录查看低压电缆分支箱监测数据；

所述报警管理应用软件，包括：

“低压分支箱工况在线查询”手机app模块，手机app模块中设置了闹钟提示，当app模块接收到报警信号时即时提示；

“电缆分支箱管理系统”应用软件模块，设置有身份管理、数据查询、报警、测量值图表化显示、打印、分支箱工况状态趋势这些功能模块。

所述温/湿度信息采集单元包括温/湿度传感器，温/湿度传感器对分支箱的温/湿度进行检测，前端控制器对传输过来的温/湿度检测数据进行逻辑分析，将分支箱当前工作状况经信道向后台管理员及供电公司安巡员传送；后台管理员和安巡员都能够通过“低压分支箱工况在线查询”手机app模块，对所管辖范围的分支箱运行状况进行查询。

一种低压电缆分支箱工况在线调节报警方法，当检测到箱内温/湿度指标越过预警线，在持续等待段时间后，检测数据依旧越限，则启动温/湿度调节系统，对箱内温/湿度进行调节，使分支箱运行于技术参数内；自温/湿度调节系统启动，经过一段时间后，温/湿度信息采集单元、前端控制器再次对箱内温/湿度进行检测和工况判断，如仍处于预警以上状态，则前端控制器主动向管理员及安巡员发送对应的报警信号，在手机app模块按一定的时间间隔反复进行提示，直至手机app模块被人工查询，提示才停止报警。

一种低压电缆分支箱工况在线温/湿度调节方法，当温/湿度调节系统工作于制冷防凝露模式时，排水阀得电，软管水道畅通；分支箱内水汽分子在半导体制冷面凝露，水分子在金属块表面聚集成水滴，借助自身重力下滑至接水盘，经软管引出电缆分支箱排出；反之，改变半导体制冷片供电正、负极，则温/湿度调节系统以制热降温模式工作，排水阀失电，软管水道阻断，分支箱内热量通过半导体制冷片热端向冷端传递，起到降温的作用。

本发明一种低压电缆分支箱工况在线调节报警系统，技术效果如下：

1、利用温/湿度传感器对分支箱的温/湿度进行检测，前端控制器对传输过来的温/湿度检测数据进行逻辑分析，将分支箱当前工作状况经信道向后台管理员及供电公司安巡员传送。管理员和安巡员都可通过“低压分支箱工况在线查询”手机app模块，对所管辖范围的分支箱运行状况进行查询，可有效的避免检修计划的不确定性和盲目性。

2、当检测到箱内温/湿度指标越过预警线，在持续等待一小段时间后，如：20分钟，检测数据依旧越限，则启动制冷/热装置调节系统，对箱内温/湿度进行调节，使分支箱运行于技术参数内，不仅有利于延长分支箱使用寿命、而且可提高供电的可靠性。

3、自温/湿度调节装置启动，经过一段时间后，如：150分钟，时间的设置依据启动前工况状态；再次对箱内温/湿度进行检测和工况判断，如仍处于预警以上状态，则前端控制器主动向管理员及安巡员发送对应的报警信号，在手机app模块按一定的时间间隔（如：2分钟）反复进行提示，直至“低压分支箱工况在线查询”手机app模块被人工查询，提示才停止报警。这种有选择性的主动提示模式，可大大降低通信需求、也可减轻管理者对信息收集和整理的劳动强度，获取较好的经济及社会效应。

4、在“电缆分支箱管理系统”应用软件的“分支箱工况状态趋势”模块中，因该模块内含“工况状态趋势预测算法”，该算法能对历史测量值按照线性拟合趋势曲线，给出分支箱检修的预期时间，以供管理员在安排检修时参考，降低管理员工作强度。

附图说明

图1为本发明报警系统的结构示意图；

图2为本发明报警系统的流程图；

图3为本发明报警系统的温/湿度调节系统结构示意图。

具体实施方式

一种低压电缆分支箱工况在线调节报警系统，包括供电模块1、工况信息采集模块2、温/湿度调节系统3、工况指示器4、前端控制器5、4g通信模块6、后台服务器端7、报警管理应用软件，如图1所示：所述工况信息采集模块2、温/湿度调节系统3、工况指示器4均连接前端控制器5，前端控制器5连接4g通信模块6，4g通信模块6通过信道8连接后台服务器端7。

所述工况信息采集模块2包括温/湿度信息采集单元2.1、箱内分接头接触电阻采集单元2.2；

其中，温/湿度信息采集单元2.1主要是完成电缆分支箱内部温度及箱内外湿度的测量，温/湿度信息采集单元2.1包括温/湿度传感器，温/湿度传感器选用可给出全校准相对湿度及温度值输出的sht11型数字式传感器。箱内分接头接触电阻采集单元2.2是针对箱体因冷凝或其它因素而导致分接头腐蚀、分接头过流致使接触电阻过大而进行的指标参数在线检测；其实现方案是利用电桥原理，通过检测电阻式应变片应变计来获取电桥电压差，间接取得分接头接触电阻的数值，电阻式应变片应变计型号为bf120。最后，温/湿度和分接头接触电阻检测信号，均被传输至前端控制器5。

前端控制器5采用了低功耗的32位单片机，型号为stm32f407。由检测端传送过来的信号与stm32f407单片机设定的多个温/湿度值进行比较，根据预先设定的逻辑算法与程序完成箱体的温/湿度工况及分接头腐蚀状态的判断。当温/湿度检测值大于设定的预警值、而小于报警值，且持续时间大于设定值，如：20分钟，则控制器启动温/湿度调节系统3，实现对箱体内温/湿度自动调节。

温/湿度调节系统3启动工作较长时间后，如：150分钟，温/湿度检测值仍大于设定的预警值、小于报警值，则控制器向外发出预警信号。同样，当检测值长时间超过设定的报警值，则立即启动温/湿度调节系统3工作，调节系统工作一段时间后，如：30分钟，如检测值在设定的预警值与报警值之间，就继续等待调节系统工作一段时间，如：60分钟；检测值如依旧在设定的预警值之上，那么控制器向外发出报警信号。

电缆分支箱在线工况调节报警流程图如图2所示，其基本思想是通过破坏箱体内的凝露发生条件，实现箱内凝露发生的预防。基于箱内温度高于55℃时，不会发生凝露现象的一般规律，此时首要考虑的是分接头或母排是否因腐蚀或其它因素，致使其接触电阻过大而影响分支箱性能，故将其接触电阻作为第一判定条件。而接触电阻因腐蚀或其它因素过大，表现为一缓慢变化过程。因此，前端控制器5可按照每隔2min采集一次温/湿度数值、每隔30min采集一次接触电阻数值，以获得电缆分支箱工况调节报警的基本数据信息。而后，根据控制条件和策略，启动相应的温/湿度调节系统3，实现箱内凝露的主动预防和温度的动态调节目的。提高端子箱运行的可靠性和工作寿命，实现在线的动态调节和工况监测。

温/湿度调节系统3采用了“制冷、制热”合二为一的设计方案，主要是基于两个原因。其一，低压电缆分支箱在室外的安装方式，一般分为悬挂式或落地式（置于离地面有一定高度的基桩）两大类。正常工作时，分支箱内部温度通常是大于环境温度、且相对湿度小于75%时，凝露现象不会发生，箱内温度是否超过允许值才是考虑的重点；而只有当分支箱流经的电流较小（无载或轻载）、箱内温度低于露点温度时，凝露才会发生。故，对于露天式安装的低压电缆分支箱，其降温和抗凝露需求同时发生的概率极小。其二，基于珀尔帖效应原理的半导体制冷技术，当通以直流电流时，制冷半导体内热电偶对的冷端吸热、热端则放热，如在热端安装散热装置，箱内热量可通过冷端输出，达到制冷目的；反之，要实现制热效果，只需改变流经半导体的电流电方向即可。因此，在考虑分支箱制冷功率不大于45w的条件及工作电流/压的适用性，选择型号为tec-12704的半导体制冷片3.1。

所述温/湿度调节系统3组成结构如图3所示，所述温/湿度调节系统3包括半导体制冷片3.1，所述半导体制冷片3.1的冷端、热端均安装有相同型号的散热翅片3.2、散热风扇3.3，所述散热翅片3.2下方设有接水盘3.4，接水盘3.4连接软管3.5，软管3.5设有排水阀3.6。软管3.5、排水阀3.6连接至分支箱外。其中，散热翅片3.2和散热风扇3.3选用的是整套装置，型号为xh-x166；接水盘3.4采用40×40×5mm中部带漏嘴的铝质材料制成，排水阀3.6型号为cwx-15q-cr2-01。

当温/湿度调节系统3工作于制冷防凝露模式时，排水阀3.6得电，软管3.5水道畅通；分支箱内水汽分子在半导体制冷面凝露，水分子在金属块表面聚集成水滴，借助自身重力下滑至接水盘，经软管3.5引出电缆分支箱排出；反之，改变半导体制冷片3.1供电正、负极，则温/湿度调节系统3以制热降温模式工作，排水阀3.6失电，软管3.5水道阻断，分支箱内热量通过半导体制冷片3.1热端向冷端传递，起到降温的作用。

所述工况指示器4包括：型号为hd44780的工业字符型液晶显示元件、型号为xhs-pg5120ryg-y的三色发光二极管。hd44780液晶显示元件内部已存储了160个不同的经典点阵图形字符于发生存储器(cgrom)，可满足分支箱温/湿度状态参数显示电路的需求；xhs-pg5120ryg-y三色发光二极管具有高亮特性，用红、黄、绿分别代表分支箱检修、报修及正常工况，达到警示和醒目的效果。

4g通信模块6选用，应考虑分支箱现场使用环境复杂，实际中会存有较大干扰，故采用隔离型rs485芯片adm2587e。当前端控制器5有报警信号向外传送时，隔离型rs485芯片adm2587e则作为前端控制器5与后台服务器端7的通信桥梁，完成信息的传递。

因在信息传输中，所传数据不包含电力系统ⅰ、ⅱ类安全数据，所述后台服务器端7采用b/s（browser/server）结构，包括应用服务器、“低压电缆分支箱报监管理应用软件”；用于管理人员登录查看低压电缆分支箱监测数据。这类b/s结构无需安装客户端软件，只要有浏览器及计算机可以上网，那么线路管理人员就可登录查看，保证用户使用的方便性。

所述报警管理应用软件，包括：“低压分支箱工况在线查询”手机app模块；“电缆分支箱管理系统”应用软件模块。手机app模块中设置了闹钟提示，当app模块接收到报警信号时即时提示，主要是实现当app模块接收到报警信号时，给安巡员以即时提示，可根据报警信息决定是否需要立即抢修。“电缆分支箱管理系统”应用软件模块，设置有身份管理、数据查询、报警、测量值图表化显示、打印、分支箱工况状态趋势这些功能模块。分支箱工况状态趋势功能模块中，内含有工况状态趋势预测算法，该算法能对某一分支箱历史测量值按照线性拟合趋势曲线，给出分支箱检修的预期时间，以供管理员在安排检修时参考。

供电模块1采用lhe10-20c0512板载式卧式封装ac/dc模块电源。用于给各个模块提供电源。