无源预警表带和过热监测系统及表带温度阈值设定方法与流程

1.本发明涉及过热故障监测领域，具体涉及一种无源预警表带和过热监测系统及表带温度阈值设定方法。


背景技术：

2.开关柜内部存在开合和三叉结构，这些结构会因磨损、氧化、机械上的松动，导致接触电阻增大。而高压开关柜的运行电流从几百安培至几千安培不等，在如此大的电流下，触头很容易因过热，导致熔焊、放电，甚至火灾等事故。所以监测开关柜接触点温度，是预防开关柜过热故障的重点。国内外的电网公司制定了一些措施，规定定期对开关设备的接头、隔离开关导电部分，特别是触头和出线座等部位进行状态监测。在重负荷和环境高温期间，要加强对其温升情况的监视。但是由于开关柜特殊的封闭式构造和高电压、大电流、强磁场的工作环境，使得开关柜热状态在线监测设备面临绝缘配合问题突出、温度感测模块安装不牢靠、强电磁干扰和供电困难等难题。
3.常见开关柜测温监测手段分为两类：红外测温和无线测温。开关柜内部结构紧凑，若被测点被遮蔽，红外测温将不能得到准确的温度值，需要通过运维人员定期巡检查看也制约了监测的时效性。无线测温是通过无线信号传输的在线监测方案，解决了开关柜内部结构紧凑、布线困难的难题，但因供电稳定性和强电磁场干扰的制约，装置可靠性较差，运维繁琐。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种无源预警表带和过热监测系统及表带温度阈值设定方法，能够有效克服传统测温方式需要供电、易受电磁干扰影响、时效性低的问题，满足在线监测和远传的功能需求，特别适用于电力开关柜热状态监测。
5.本发明解决上述技术问题的方案如下：一种无源预警表带，包括安装表带、表带扣环、气体感测组件，所述安装表带的一端设有导向头，另一端设有锁紧过孔，所述表带扣环套设在安装表带上，用于对所述导向头穿过所述锁紧过孔时对所述锁紧过孔进行限位，所述气体感测组件用于感测被测物体的温度并在被测物体的温度超过阈值的情况下释放信号气体进行预警。
6.优选的，所述安装表带上靠近导向头的部分设有多个锁紧凸纹，所述锁紧凸纹与所述表带扣环卡接，所述安装表带的后段设有气体感测组件粘合孔，多个锁紧凸纹位于导向头与气体感测组件粘合孔之间，气体感测组件粘合孔位于多个锁紧凸纹与锁紧过孔之间，所述气体感测组件粘合在所述气体感测组件粘合孔内。
7.所述安装表带和表带扣环采用弹性绝缘阻燃硅胶材料设计，具有一定弹性。使用时，所述导向头穿过所述锁紧过孔将所述安装表带环绕于的待测装置上，所述锁紧凸纹采用鱼鳞结构设计，与表带扣环之间形成自锁，保证安装表带与待测装置之间连接的稳固性并具有长度调节功能。所述气体感测组件与安装表带采用一体化设计，气体感测组件通过
不干胶直接与被测介质粘贴接触固定。
8.优选的，所述气体感测组件包括背衬层、黏胶层、胶囊层、示温层和保护膜，所述黏胶层粘结于背衬层上，所述示温层和胶囊层并排粘结于黏胶层，所述胶囊层与示温层紧密贴合，所述保护膜粘接于胶囊上，防止胶囊层磨损，所述胶囊层内填装有多个胶囊，所述胶囊内填装有信号气体，当感测被测物体的温度超过阈值时，所述胶囊破裂，释放信号气体。
9.所述背衬层、黏胶层、胶囊层、示温层和保护膜皆采用优良传热材料，保证测量的时效性。所述背衬层采用pet基材双面胶制备；所述黏胶层采用发泡剂hfc-365mfc/227ea为原材料制备；所述保护膜采用crn基多元复合材料制备，保护膜常温时发挥耐磨损和抗氧化的作用，温升过程中逐渐形成空气间隙结构，使信号气体能无阻碍穿透保护膜，不影响信号气体的扩散；所述胶囊采用en超薄型pi(聚酰亚胺)膜为材料制备，厚度为37.5μm，拉伸强度335mpa，断裂伸长率80％，热膨胀系数16
×
10-6
℃-1
。具有耐热性能好，膨胀系数小，机械性能突出等特点。它的刚性接近铝材，耐腐蚀性接近镍钢，但同时具备优异的绝缘性和阻燃性，不仅能保证材料张力限值的稳定，在监测过热故障时也不会对环境照成危害。
10.优选的，所述胶囊内填装的信号气体为氦气。氦气在空气中体积含量仅为5.24
×
10-6
，是非金属单质稀有气体，因摩尔质量小和理化特性稳定，使得气体信号易被检测，且不会造成环境污染和被测介质绝缘配合的改变。
11.优选的，所述气体感测组件的温度阈值通过控制充入所述胶囊内填装的信号气体的摩尔量设定；
12.其设定方法，包括以下步骤：
13.步骤1：控制充入胶囊内信号气体摩尔量，升高温度，测试并记录胶囊在充入不同摩尔量的信号气体情况下随着温度的升高所受到的拉伸应力的变化关系；
14.步骤2：通过对胶囊薄膜材料的疲劳强度分析，建立气体摩尔量、胶囊形变与温度变化的动态模型。
15.步骤3：动态模型中在胶囊薄膜材料形变限值已知的情况下，通过输入变量温度阈值，找出对应的信号气体质量，则在胶囊中充入对应的信号气体质量，实现胶囊破裂时的温度即为设定过热监测阈值。
16.优选的，所述示温层设有多个示温点，所述每个示温点设置不同的温度，当感测被测物体的温度达到或超过示温点所设置的温度，所述对应的示温点变色。示温层采用有机物熔融不可逆变色示温机理，具体是在黑色基材上涂刷具有固定熔点的有机物结晶，使示温层呈白色。温升过程中，有机物熔融，黑色基材显现而呈现不可逆变色。因感应胶囊破裂过程肉眼不可见，所述示温层作为辅助手段可监测过热故障发生。
17.一种过热监测系统，包括所述无源预警表带、气体感知终端、无线中继器与gprs无线分组，所述气体感知终端中的传感器用于监测所述无源预警表带中胶囊(03041)释放的信号气体浓度，气体感知终端将检测到的信号气体浓度与告警浓度阈值进行比较，当信号气体浓度超过告警浓度阈值时，形成被测物体过热告警信号；所述无线中继器用于周期性询问气体感知终端是否生成被测物体过热告警信号，若气体感知终端生成被测物体过热告警信号，则提取该被测物体过热告警信号及对应的气体感知终端位置信息并将数据打包通过gprs无线分组实现远程传输，实现无直接连接介质的信号联络和远程快速响应。
18.预警系统的告警整体响应时间＜60s，预警温度误差＜
±
(标准读数
×
3％)。
19.本发明的有益效果是：本发明所设计的预警示温表带，能够有效克服传统测温方式需要供电和易受电磁干扰影响的问题，直接实现无直接信号介质联络，更具有成本低、准确性、稳定性、时效性、安装简便、不影响高电位环境的绝缘配合等优点；尤其适用于开关柜过热故障监测系统，解决开关柜过热故障监测时高压绝缘问题突出、状态监测模块安装的可靠性不稳定以及状态监测模块面临严重的电磁干扰等问题，做到及时预警，保障开关柜内开关设备的接头、隔离开关导电部分的安全。
20.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
21.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
22.图1为本发明实施例中无源测温表带的结构示意图；
23.图2为本发明实施例中安装表带的结构示意图；
24.图3为本发明实施例中气体感测组件的结构示意图；
25.图4为本发明实施例中胶囊层的结构示意图；
26.图5为本发明实施例中表带扣环的结构示意图。
27.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
28.01、安装表带；02、表带扣环；03、气体感测组件；0101、导向头；0102、锁紧凸纹；0103、气体感测组件粘合孔；0104、锁紧过孔；0201、扣环内圈；0202、扣环外圈；0301、背衬层；0302、黏胶层；0303、示温层；0304、胶囊层；0305、保护膜；03041、胶囊。
具体实施方式
29.以下结合附图1-5对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
30.本发明的工作原理及为：当被测介质温度升高，胶囊内分子热运动，气体膨胀，囊内压强增大，胶囊出现形变。信号气体温度升高，温度达到监测阈值时，囊内气压力超出胶囊pi膜的疲劳强度，胶囊破裂，释放信号气体，所述传感终端感测气体信号。
31.本发明提供了一种无源预警表带，包括安装表带01、表带扣环02、气体感测组件03，安装表带01的一端设有导向头0101，另一端设有锁紧过孔0104，表带扣环02套设在安装表带01上，用于对导向头0101穿过锁紧过孔0104时进行对锁紧过孔0104进行限位，气体感测组件03内设定温度阈值为100℃，用于感测被测物体的温度并在被测物体的温度超过阈值的情况下释放信号气体进行预警。
32.安装表带01上靠近导向头0101的部分设有多个锁紧凸纹0102，锁紧凸纹0102与表带扣环02卡接，安装表带01的后段设有气体感测组件粘合孔0103，多个锁紧凸纹0102位于导向头0101与气体感测组件粘合孔0103之间，气体感测组件粘合孔0103位于多个锁紧凸纹0102与锁紧过孔0104之间，气体感测组件03粘合在气体感测组件粘合孔0103内。表带扣环02呈矩形，扣环内圈0201与扣环外圈0202的长宽比相同。
33.安装表带01和表带扣环02采用弹性绝缘阻燃硅胶材料设计，具有一定弹性。将导向头0101穿过锁紧过孔0104将安装表带01环绕于的待测装置上，锁紧凸纹0102采用鱼鳞结构设计，与表带扣环02之间形成自锁，保证安装表带01与待测装置之间连接的稳固性并具有长度调节功能。气体感测组件03与安装表带01采用一体化设计，气体感测组件03通过不干胶直接与被测介质粘贴接触固定。
34.气体感测组件03包括背衬层0301、黏胶层0302、胶囊层0304、示温层0303和保护膜0305，黏胶层0302粘结于背衬层0301上，示温层0303和胶囊层0304并排粘结于黏胶层0302，胶囊层0304与示温层0303紧密贴合，保护膜0305粘接于胶囊上，防止胶囊层0304磨损，胶囊层0304内填装有多个胶囊03041，胶囊03041内填装有信号气体，当感测到待测物体的温度超过100℃时，胶囊03041破裂，释放信号气体。
35.背衬层0301、黏胶层0302、胶囊层0304、示温层0303和保护膜0305皆采用优良传热材料，保证测量的时效性。背衬层0301采用pet基材双面胶制备；黏胶层0302采用发泡剂hfc-365mfc/227ea为原材料制备；保护膜0305采用crn基多元复合材料制备，保护膜0305常温时发挥耐磨损和抗氧化的作用，温升过程中逐渐形成空气间隙结构，使信号气体能无阻碍穿透保护膜0305，不影响信号气体的扩散；胶囊03041采用en超薄型pi(聚酰亚胺)膜为材料制备，厚度为37.5μm，拉伸强度335mpa，断裂伸长率80％，热膨胀系数16
×
10-6
℃-1
。具有耐热性能好，膨胀系数小，机械性能突出等特点。它的刚性接近铝材，耐腐蚀性接近镍钢，但同时具备优异的绝缘性和阻燃性，不仅能保证材料张力限值的稳定，在监测过热故障时也不会对环境照成危害。
36.胶囊03041内填装的信号气体为氦气。氦气在空气中体积含量仅为5.24
×
10-6
，是非金属单质稀有气体，因摩尔质量小和理化特性稳定，使得气体信号易被检测，且不会造成环境污染和被测介质绝缘配合的改变。
37.气体感测组件03的温度阈值通过控制充入胶囊03041内填装的信号气体的摩尔量设定；
38.其设定方法，包括以下步骤：
39.步骤1：控制充入胶囊03041内信号气体摩尔量，升高温度，测试并记录胶囊03041在充入不同摩尔量的信号气体情况下随着温度的升高所受到的拉伸应力的变化关系；
40.步骤2：通过对胶囊03041薄膜材料的疲劳强度分析，建立气体摩尔量、胶囊形变与温度变化的动态模型。
41.步骤3：动态模型中在胶囊03041薄膜材料形变限值已知的情况下，通过输入变量温度阈值，找出对应的信号气体质量，则在胶囊03041中充入对应的信号气体质量，实现胶囊03041破裂时的温度即为设定过热监测阈值。
42.示温层0303设有3个示温点，其阈值温度依次设置为50℃、70℃、90℃，当待测物体达到或超过上述设置温度，对应的示温点会变色。示温层0303采用有机物熔融不可逆变色示温机理，具体是在黑色基材对应的示温点处分别涂刷熔点为50℃、70℃、90℃的有机物结晶，使示温层0303呈白色。温升过程中，有机物熔融，黑色基材显现而呈现不可逆变色。示温层0303作为辅助手段可监测过热故障发生，在温度还未到达100℃前提醒操作人员。
43.一种过热故障监测系统，包括所述无源预警表带、气体感知终端、无线中继器与gprs无线分组，所述气体感知终端中的传感器用于监测所述无源预警表带中胶囊(03041)
释放的信号气体浓度，气体感知终端将检测到的信号气体浓度与告警浓度阈值进行比较，当信号气体浓度超过告警浓度阈值时，形成被测物体过热告警信号；所述无线中继器用于周期性询问气体感知终端是否生成被测物体过热告警信号，若气体感知终端生成被测物体过热告警信号，则提取该被测物体过热告警信号及对应的气体感知终端位置信息并将数据打包通过gprs无线分组实现远程传输，实现无直接连接介质的信号联络和远程快速响应。
44.预警系统的告警整体响应时间＜60s，预警温度误差＜
±
(标准读数
×
3％)。
45.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。