一种负载情况下电缆接头温度检测和故障处理装置及方法与流程

本发明属于电缆接头绝缘状态检测领域，特别是一种负载情况下电缆接头温度检测和故障处理装置及方法。

背景技术：

电缆承担着输送电能的重要作用，电缆使用状态直接影响着电力系统的安全、稳定与经济运行。电缆接头是电缆线路的重要组成部分，同时在运行系统中也是比较薄弱的环节。常常因施工者的不规范施工习惯、制作工艺质量不过关、施工现场的质量问题而导致电缆接头产生发热现象。电缆接头发热不但会造成大量的电能损失，而且会严重影响电气设备的正常工作，轻则线路中工作电流增大，电气设备寿命缩短，重则会酿成火灾和触电事故等，造成难以估量的损失。因此对电缆接头温度进行有效的检测，并能对电缆接头异常发热进行故障处理十分必要。

目前，针对运行中的电缆接头的温度检测及故障处理装置较少，一般通过检测电缆接头表面的温度判断发热情况，但是该方法不能实时有效的检测电缆接头内部的温度变化，也不能进行有效的处理防护，所以目前急需一种可靠、有效的装置，对运行中的电缆接头进行内部温度检测，同时能够在电缆接头温度异常升高时做出相应的故障处理。通过对运行中的电缆接头进行温度检测及故障处理，对于电力系统的安全有效运维具有重大的工程价值和理论意义。

技术实现要素：

本发明提供了一种负载情况下电缆接头温度检测和故障处理装置及方法，用于对电缆接头的温度检测及故障处理。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种负载情况下电缆接头温度检测和故障处理装置，包括液氮储存罐(1)、温度控制器(2)、数据处理装置(3)、内壁为聚四氟乙烯绝缘层(5)的不锈钢罐体(4)、第一铝合金导流外管道(6)、第二铝合金导流外管道(7)、第三铝合金导流外管道(8)、铝合金三叉管道(9)、第四铝合金导流外管道(10)、铝合金导流内管道(11)相连、第五铝合金导流外管道(12)、第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)、第三电磁阀出流口(15)、电磁阀回流口(16)、左侧固定孔(17)、右侧固定孔(18)、左侧电缆(19)、右侧电缆(20)、导线孔(21)、1号温度传感器(22)、2号温度传感器(23)、3号温度传感器(24)、4号温度传感器(25)、5号温度传感器(26)、6号温度传感器(27)、7号温度传感器(28)、8号温度传感器(29)、9号温度传感器(30)、10号温度传感器(31)、电缆中间接头装置(32)、左侧电缆绝缘层(33)、右侧电缆绝缘层(34)、接头缆芯部位(35)、电磁继电器S1(36)、电磁继电器S2(37)、电磁继电器S3(38)、电磁继电器S4(39)、第一直流电源(40)、第二直流电源(41)；

所述的1号温度传感器(22)、2号温度传感器(23)、3号温度传感器(24)均匀放置在左侧电缆绝缘层(33)前表面，4号温度传感器(25)、5号温度传感器(26)、6号温度传感器(27)均匀放置在右侧电缆绝缘层(34)前表面，7号温度传感器(28)、8号温度传感器(29)、9号温度传感器(30)、10号温度传感器(31)放置在接头缆芯部位(35)，1号温度传感器(22)、2号温度传感器(23)、3号温度传感器(24)、4号温度传感器(25)、5号温度传感器(26)、6号温度传感器(27)、7号温度传感器(28)、8号温度传感器(29)、9号温度传感器(30)、10号温度传感器(31)采集的数据由信号传输线通过不锈钢罐体(4)的导线孔(21)传输至数据处理装置(3)，数据处理装置(3)内含数模转换模块，采用单片机处理数据，由信号传输线与温度控制器(2)连接，温度控制器(2)通过控制电磁继电器S1(36)和电磁继电器S4(39)从而控制第一电磁阀出流口(13)和电磁阀回流口(16)的开合，温度控制器(2)通过控制电磁继电器S2(37)和电磁继电器S4(39)从而控制第二电磁阀出流口(14)和电磁阀回流口(16)的开合，温度控制器(2)通过控制电磁继电器S3(38)和电磁继电器S4(39)从而控制第三电磁阀出流口(15)和电磁阀回流口(16)的开合，第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)、第三电磁阀出流口(15)通过第一铝合金导流外管道(6)、第二铝合金导流外管道(7)、第三铝合金导流外管道(8)与铝合金三叉管道(9)连接，铝合金三叉管道(9)通过第四铝合金导流外管道(10)与螺旋固定在不锈钢罐体(4)内壁上的铝合金导流内管道(11)相连，铝合金导流内管道(11)与第五铝合金导流外管道(12)相连，第五铝合金导流外管道(12)与电磁阀回流口(16)连接，第一直流电源(40)给第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)、第三电磁阀出流口(15)、电磁阀回流口(16)供电，第二直流电源(41)给温度控制器(2)和数据处理装置(3)供电。

上述装置的温度检测和故障处理方法，包括如下步骤：

步骤1：温度传感器每隔2s采集一次温度数据，以1min为一个周期，即一个温度传感器在1min内采集30组数据，数据处理装置(3)提取温度传感器中储存的30组数据，电缆主绝缘表面温度数据记为X(t,i)，表示为第i号温度传感器在1min内采集的第t次数据，i为整数，i∈[1,6]，t为整数，t∈[1,30]，接头缆芯温度数据记为Y(t,j)，表示为第j号温度传感器在1min内采集的第t次数据，j为整数，j∈[7,10]，t为整数，t∈[1,30]；

步骤2：根据下式分别计算电缆主绝缘表面温度X(t,i)的离散系数CvX和接头缆芯温度Y(t,j)的离散系数CvY；

式中，μX表示1min内电缆主绝缘表面温度X(t,i)的平均值，μY表示1min内接头缆芯温度Y(t,j)的平均值，CvX表示1min内电缆主绝缘表面温度X(t,i)的离散系数，CvY表示1min内接头缆芯温度Y(t,j)的离散系数；

步骤3：数据处理装置(3)将离散系数CvX和CvY通过信号传输线传输至温度控制器(2)，温度控制器(2)将离散系数CvX和CvY与设定的阈值μ和λ比较，进行以下故障处理：

若CvX≤μ且CvY≤λ，则温度控制器(2)控制电磁继电器S1(36)、电磁继电器S2(37)、电磁继电器S3(38)和电磁继电器S4(39)保持开路，从而不形成降温冷却回路；

若CvX＞μ且CvY≤λ，则温度控制器(2)控制电磁继电器S1(36)和电磁继电器S4(39)闭合，第一直流电源(40)给第一电磁阀出流口(13)和电磁阀回流口(16)供电，第一电磁阀出流口(13)和电磁阀回流口(16)阀门打开，液氮通过液氮储存罐(1)的第一电磁阀出流口(13)，流经第一铝合金导流外管道(6)、铝合金三叉管道(9)、第四铝合金导流外管道(10)、铝合金导流内管道(11)、第五铝合金导流外管道(12)，最后由电磁阀回流口(16)流进液氮储存罐(1)，形成降温冷却回路；

若CvX≤μ且CvY＞λ，则温度控制器(2)控制电磁继电器S1(36)、电磁继电器S2(37)和电磁继电器S4(39)闭合，第一直流电源(40)给第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)和电磁阀回流口(16)供电，第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)和电磁阀回流口(16)阀门打开，液氮通过液氮储存罐(1)的第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)，流经第一铝合金导流外管道(6)和第二铝合金导流外管道(7)、铝合金三叉管道(9)、第四铝合金导流外管道(10)、铝合金导流内管道(11)、第五铝合金导流外管道(12)，最后由电磁阀回流口(16)流进液氮储存罐(1)，形成降温冷却回路；

若CvX＞μ且CvY＞λ，则温度控制器(2)控制电磁继电器S1(36)、电磁继电器S2(37)、电磁继电器S3(38)和电磁继电器S4(39)闭合，第一直流电源(40)给第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)、第三电磁阀出流口(15)和电磁阀回流口(16)供电，第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)、第三电磁阀出流口(15)和电磁阀回流口(16)阀门打开，液氮通过液氮储存罐(1)的第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)、第三电磁阀出流口(15)流经第一铝合金导流外管道(6)、第二铝合金导流外管道(7)、第三铝合金导流外管道(8)、铝合金三叉管道(9)、第四铝合金导流外管道(10)、铝合金导流内管道(11)、第五铝合金导流外管道(12)，最后由电磁阀回流口(16)流进液氮储存罐(1)，形成降温冷却回路。

本发明的有益效果在于，能够对由于电力系统异常而导致的电缆接头温度异常升高进行检测和故障处理，保障电缆供电的可靠性，降低电缆因温度升高爆炸的故障率。

附图说明

图1本发明装置的结构及组成示意图；

图2本发明装置中不锈钢罐体的正视图(包含铝合金导流内管道)；

图3本发明装置中不锈钢罐体的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1所示为装置结构及组成示意图。由图1可知，负载情况下电缆接头温度检测装置包括：包括液氮储存罐(1)、温度控制器(2)、数据处理装置(3)、内壁为聚四氟乙烯绝缘层(5)的不锈钢罐体(4)、第一铝合金导流外管道(6)、第二铝合金导流外管道(7)、第三铝合金导流外管道(8)、铝合金三叉管道(9)、第四铝合金导流外管道(10)、铝合金导流内管道(11)相连、第五铝合金导流外管道(12)、第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)、第三电磁阀出流口(15)、电磁阀回流口(16)、左侧固定孔(17)、右侧固定孔(18)、左侧电缆(19)、右侧电缆(20)、导线孔(21)、1号温度传感器(22)、2号温度传感器(23)、3号温度传感器(24)、4号温度传感器(25)、5号温度传感器(26)、6号温度传感器(27)、7号温度传感器(28)、8号温度传感器(29)、9号温度传感器(30)、10号温度传感器(31)、电缆中间接头装置(32)、左侧电缆绝缘层(33)、右侧电缆绝缘层(34)、接头缆芯部位(35)、电磁继电器S1(36)、电磁继电器S2(37)、电磁继电器S3(38)、电磁继电器S4(39)、第一直流电源(40)、第二直流电源(41)；

所述的1号温度传感器(22)、2号温度传感器(23)、3号温度传感器(24)均匀放置在左侧电缆绝缘层(33)前表面，4号温度传感器(25)、5号温度传感器(26)、6号温度传感器(27)均匀放置在右侧电缆绝缘层(34)前表面，7号温度传感器(28)、8号温度传感器(29)、9号温度传感器(30)、10号温度传感器(31)放置在接头缆芯部位(35)，1号温度传感器(22)、2号温度传感器(23)、3号温度传感器(24)、4号温度传感器(25)、5号温度传感器(26)、6号温度传感器(27)、7号温度传感器(28)、8号温度传感器(29)、9号温度传感器(30)、10号温度传感器(31)采集的数据由信号传输线通过不锈钢罐体(4)的导线孔(21)传输至数据处理装置(3)，数据处理装置(3)内含数模转换模块ADV7123，采用MCS-51型通用单片机处理数据，由信号传输线与温度控制器(2)连接，温度控制器(2)通过控制电磁继电器S1(36)和电磁继电器S4(39)从而控制第一电磁阀出流口(13)和电磁阀回流口(16)的开合，温度控制器(2)通过控制电磁继电器S2(37)和电磁继电器S4(39)从而控制第二电磁阀出流口(14)和电磁阀回流口(16)的开合，温度控制器(2)通过控制电磁继电器S3(38)和电磁继电器S4(39)从而控制第三电磁阀出流口(15)和电磁阀回流口(16)的开合，第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)、第三电磁阀出流口(15)通过第一铝合金导流外管道(6)、第二铝合金导流外管道(7)、第三铝合金导流外管道(8)与铝合金三叉管道(9)连接，铝合金三叉管道(9)通过第四铝合金导流外管道(10)与螺旋固定在不锈钢罐体(4)内壁上的铝合金导流内管道(11)相连，铝合金导流内管道(11)与第五铝合金导流外管道(12)相连，第五铝合金导流外管道(12)与电磁阀回流口(16)连接，第一直流电源(40)给第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)、第三电磁阀出流口(15)、电磁阀回流口(16)供电，第二直流电源(41)给温度控制器(2)和数据处理装置(3)供电；

所属的左侧电缆(19)穿过不锈钢罐体(4)的左侧固定孔(17)和右侧固定孔(18)，通过电缆中间接头装置(32)将左侧电缆(19)与右侧电缆(20)连接，将不锈钢罐体(4)挪动至电缆中间接头装置(32)，使电缆中间接头装置(32)位于不锈钢罐体(4)的中心位置，紧固左侧固定孔(17)和右侧固定孔(18)。

图2和图3为不锈钢罐体(4)的正视图(包含铝合金导流内管道)和侧视图，由图2和图3可知：不锈钢罐体(4)的左、右侧罐口直径为200mm，中间罐体直径为300mm，罐口长度为80mm，罐体长度为800mm，不锈钢罐体(4)的导线孔(21)直径为10mm，电缆左侧固定孔(17)和电缆右侧固定孔(18)可变直径范围均为20mm～100mm，罐内聚四氟乙烯绝缘层(5)厚度为5mm，第一铝合金导流外管道(6)、第二铝合金导流外管道(7)、第三铝合金导流外管道(8)直径为10mm，第四铝合金导流外管道(10)、第五铝合金导流外管道(12)直径为20mm，罐内螺旋固定的铝合金导流内管道(11)入口距罐口顶部10mm，管道直径为20mm，螺旋导程为40mm。

上述装置的温度检测和故障处理方法包括如下步骤：

步骤1：温度传感器每隔2s采集一次温度数据，以1min为一个周期，即一个温度传感器在1min内采集30组数据，数据处理装置(3)提取温度传感器中储存的30组数据，电缆主绝缘表面温度数据记为X(t,i)，表示为第i号温度传感器在1min内采集的第t次数据，i为整数，i∈[1,6]，t为整数，t∈[1,30]，接头缆芯温度数据记为Y(t,j)，表示为第j号温度传感器在1min内采集的第t次数据，j为整数，j∈[7,10]，t为整数，t∈[1,30]；

步骤2：根据下式分别计算电缆主绝缘表面温度X(t,i)的离散系数CvX和接头缆芯温度Y(t,j)的离散系数CvY；

式中，μX表示1min内电缆主绝缘表面温度X(t,i)的平均值，μY表示1min内接头缆芯温度Y(t,j)的平均值，CvX表示1min内电缆主绝缘表面温度X(t,i)的离散系数，CvY表示1min内接头缆芯温度Y(t,j)的离散系数；

步骤3：数据处理装置(3)将离散系数CvX和CvY通过信号传输线传输至温度控制器(2)，温度控制器(2)将离散系数CvX和CvY与设定的阈值μ和λ比较，进行以下故障处理：

若CvX≤μ且CvY≤λ，则温度控制器(2)控制电磁继电器S1(36)、电磁继电器S2(37)、电磁继电器S3(38)和电磁继电器S4(39)保持开路，从而不形成降温冷却回路；

若CvX＞μ且CvY≤λ，则温度控制器(2)控制电磁继电器S1(36)和电磁继电器S4(39)闭合，第一直流电源(40)给第一电磁阀出流口(13)和电磁阀回流口(16)供电，第一电磁阀出流口(13)和电磁阀回流口(16)阀门打开，液氮通过液氮储存罐(1)的第一电磁阀出流口(13)，流经第一铝合金导流外管道(6)、铝合金三叉管道(9)、第四铝合金导流外管道(10)、铝合金导流内管道(11)、第五铝合金导流外管道(12)，最后由电磁阀回流口(16)流进液氮储存罐(1)，形成降温冷却回路；

若CvX≤μ且CvY＞λ，则温度控制器(2)控制电磁继电器S1(36)、电磁继电器S2(37)和电磁继电器S4(39)闭合，第一直流电源(40)给第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)和电磁阀回流口(16)供电，第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)和电磁阀回流口(16)阀门打开，液氮通过液氮储存罐(1)的第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)，流经第一铝合金导流外管道(6)和第二铝合金导流外管道(7)、铝合金三叉管道(9)、第四铝合金导流外管道(10)、铝合金导流内管道(11)、第五铝合金导流外管道(12)，最后由电磁阀回流口(16)流进液氮储存罐(1)，形成降温冷却回路；

若CvX＞μ且CvY＞λ，则温度控制器(2)控制电磁继电器S1(36)、电磁继电器S2(37)、电磁继电器S3(38)和电磁继电器S4(39)闭合，第一直流电源(40)给第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)、第三电磁阀出流口(15)和电磁阀回流口(16)供电，第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)、第三电磁阀出流口(15)和电磁阀回流口(16)阀门打开，液氮通过液氮储存罐(1)的第一电磁阀出流口(13)、第二电磁阀出流口(14)、第三电磁阀出流口(15)流经第一铝合金导流外管道(6)、第二铝合金导流外管道(7)、第三铝合金导流外管道(8)、铝合金三叉管道(9)、第四铝合金导流外管道(10)、铝合金导流内管道(11)、第五铝合金导流外管道(12)，最后由电磁阀回流口(16)流进液氮储存罐(1)，形成降温冷却回路。

上述第一动作阈值μ＝0.436，第二动作阈值λ＝0.258。