电缆接头健康诊断及热故障预警系统.pdf

本发明提出一种电缆接头健康诊断及热故障预警系统，包括测量控制模块、通讯模块、显示模块、报警模块、温度传感器、湿度传感器、气体传感器、应力传感器、环箍金属带、环境温度传感器、环境湿度传感器、控制中心网络服务器。采用不同传感器相结合进行电缆接头的在线监测，区别于目前的故障后报警的方式，针对电缆接头运行的不健康状态以及运行环境进行测量分析，包括温度、湿度、气体和烟雾、膨胀、呼吸作用、环境温度、环境湿度等，使得保证成本较低的同时，大大提高了预警系统的灵敏度和准确度。从而实现电缆接头的健康诊断和热故障预警，可有效地防患于未然，提高电缆接头乃至电力系统运行的可靠性，加快了电缆接头的故障处理时间，大大降低了因电缆接头故障造成的经济损失。

权利要求书
1.  电缆接头健康诊断及热故障预警系统，其特征在于：系统包括测量控制模块（1）、通讯模块（2）、显示模块（3）、报警模块（4）、温度传感器（5）、湿度传感器（6）；
温度传感器（5）测量电缆接头内部的温度，并将数据送给测量控制模块（1），计算分析温度超过设定限值的时间长度、次数，以及占单位运行时间的比例，当该比例超过设定安全值后，则判断电缆接头处与不健康运行状态；
湿度传感器（6）测量电缆接头内部的湿度，并将数据送给测量控制模块（1），计算分析湿度是否超过设定的限值，当超过时，则判断电缆接头处于不健康运行状态；
测量控制模块（1）判断湿度超过设定的限值的同时，如果温度超过设定的临界值，则进行爆炸的预警；
测量控制模块（1）将电缆接头运行的状态、参数、预警及报警信息实时送显示模块（3）显示，驱动报警模块（4）报警，通过通讯模块（2）转存或经网络上传。

2.  根据权利要求1所述的电缆接头健康诊断及热故障预警系统，其特征在于：系统包括气体传感器（7），测量电缆接头周围的气体和烟雾及其浓度，测得的数据送给测量控制模块（1），判断电缆接头是否因绝缘过热产生老化和损坏。

3.  根据权利要求1所述的电缆接头健康诊断及热故障预警系统，其特征在于：系统包括应力传感器（8），在电缆接头外部环箍金属带（9），通过应力传感器（8）测量其应力变化，测得的数据送给测量控制模块（1），计算分析电缆接头的膨胀情况和发生呼吸作用的频度。

4.  根据权利要求1所述的电缆接头健康诊断及热故障预警系统，其特征在于：系统包括环境温度传感器（10）和环境湿度传感器（11），检测电缆接头工作环境温度和湿度，测得的数据送给测量控制模块（1），判断环境温度过高或环境湿度过高时，则发出预警信号。

5.  根据权利要求1所述的电缆接头健康诊断及热故障预警系统，其特征在于：系统包括控制中心网络服务器（12），测量控制模块（1）经通讯模块（2）与控制中心网络服务器（12）交换数据。

说明书电缆接头健康诊断及热故障预警系统
技术领域
本发明涉及一种电缆接头保护装置，特别是涉及一种电缆接头健康诊断及热故障预警系统。
背景技术
电缆接头发热乃至爆炸，是电力生产运行中的一种常见故障，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，重则会使绝缘击穿，形成短路，产生爆炸，会引起火灾，导致设备损坏，中断正在进行中的生产、科研、医疗手术和其它活动，造成难以估量的损失。
电缆接头发热或爆炸的主要原因包括以下几个方面。(1)机械损伤：由于城市建设管理不严，施工不善等引起，约占电缆事故的50%；(2)铅包疲劳、龟裂、胀裂：这是由于电缆安装条件不良，制造厂的制造质量差、电缆长期过负荷等原因引起，这多半发生在中间接头盒终端头附近的一段电缆上，也有一些发生在电缆密集散热不良的地方。(3)户外终端头浸水爆炸：大多发生在10KV及以下的线路上，由于施工和运行维护不当，造成终端头凝结水结聚在电缆头内，最终导致绝缘受潮击穿，引起爆炸。(4)电缆中间接头爆炸：这大都是过负荷引起接头盒内绝缘胶膨胀而胀裂壳体，或是导体连接不良使接头过热而爆炸。(5)呼吸作用：电缆负荷或外界温度变化时，终端头中的绝缘胶热胀冷缩，发生“呼吸作用”，形成内外空气交流，从而潮气侵入，凝结在终端头的内壁和空隙部分，使绝缘下降而被击穿。
从上述原因分析可以看出，电缆接头在出现问题时，表现为温度变化、湿度变化、体积变化，而温度长期过高时，绝缘逐渐损坏的过程还会产生烟、气等现象。因此，从这几方面因素的在线监测和综合分析，可以对电缆的健康状态做出准确的判断，并对可能发生的电缆接头短路、爆炸等故障做出提前的预警。
目前对电缆接头的保护监测主要是监测温度变化，个别的结合了湿度监测，尚没有进行电缆接头的健康诊断和热故障预警方面的文献。如中国专利“一种用于矿井巷道高压电缆接头状态的监测装置”（申请号：200910074978.1）提出了一种连续采集温度、湿度、电流的装置，主要目的是降低巡检维护的劳动强度、缩短故障判断和处理的时间等；此外，实际上电流是作为电缆接头状态的判断参数是不准确的，因为电缆接头接触电阻增大后，在电流正常时，也可能发生过热乃至爆炸的情况。
提前预知电缆接头的运行健康状态，在故障前及时预警，能有效的减少设备损坏、保障供电可靠性、减少经济损失和人员伤亡，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是针对目前电缆接头发热或爆炸等热故障问题，提供一种结构简单、成本较低、动作灵敏准确的保护预警系统，可在线自动监测电缆接头的健康状态，合理安排检修维护，并在热故障发生或存在爆炸可能性之前提前预警。
本发明为了解决上述问题采用的技术方案是：
电缆接头健康诊断及热故障预警系统包括测量控制模块（1）、通讯模块（2）、显示模块（3）、报警模块（4）、温度传感器（5）、湿度传感器（6）。
其中温度传感器（5）测量电缆接头内部的温度，并将数据送给测量控制模块（1），计算分析温度超过设定限值的时间长度、次数，以及占单位运行时间的比例，当该比例超过设定安全值后，则判断电缆接头处与不健康运行状态。温度超过设定限值的时间长度所占比例越大，电缆接头的老化程度越高；单位时间内温度超过设定限值的的次数越多，电缆接头的绝缘系数越低，越不安全。遇到这种情况时，要提醒运行人员加强巡检力度。传统的电缆接头内部的温度，只进行温度是否超过设定限值的判断，因此只能报警，而无法提前预警。
其中湿度传感器（6）测量电缆接头内部的湿度，并将数据送给测量控制模块（1），计算分析湿度是否超过设定的限值，当超过时，则判断电缆接头处于不健康运行状态。当电缆接头里有水汽时，会使得电缆接头运行环境劣化，需要提醒运行人员进行维护处理，以免因绝缘受潮而被击穿，进而因过热发生爆炸。
进一步的，测量控制模块（1）判断湿度超过设定的限值的同时，如果温度超过设定的临界值，即电缆接头内部有足够的水汽时，如果温度足够高，水汽发生汽化，导致体积膨胀，发生爆炸的可能性很大，则进行爆炸的预警。
测量控制模块（1）将电缆接头运行的状态、预警及报警信息实时送显示模块（3）显示，驱动报警模块（4）报警，通过通讯模块（2）转存或经网络上传。运行人员也可以现场用手持机、U盘等读取一段时间的数据；当电缆接头处于不正常的运行状态时，发出预警信号；当电缆接头处于故障的运行状态时，发出报警信号，可以现场声光报警，也可以经有线或无线网络报警。
为了进一步强化功能，所述系统还包括气体传感器（7）、应力传感器（8）、环箍金属带（9）、环境温度传感器（10）、环境湿度传感器（11）。
其中气体传感器（7）测量电缆接头周围的气体和烟雾及其浓度，测得的数据送给测量控制模块（1），判断电缆接头是否有绝缘过热产生老化和损坏。电缆接头绝缘过热时，绝缘材料分解，产生甲烷、一氧化碳、二氧化碳和水蒸汽等气体，甚至因其分解物苯乙醇、枯基醇等液体的大量挥发而形成烟雾。当电缆接头周围的甲烷、一氧化碳、二氧化碳等气体的浓度或分解物产生烟雾的浓度超过限定值时，发出预警信号。用来提高健康诊断和预警的准确度。
其中应力传感器（8）测量电缆接头外部应力变化，测得的数据送给测量控制模块（1），计算分析电缆接头的膨胀情况和发生呼吸作用的频度。电缆接头膨胀是指电缆接头绝缘过热时，绝缘材料分解产生大量气体和液态分解物，使电缆接头内部压强变大，进而导致电缆接头的膨胀；呼吸作用是指电缆接头内外部温度发生变化时，接头中的绝缘胶热胀冷缩，形成内外空气交流，从而潮气侵入，凝结在接头的内壁和空隙部分，使绝缘下降而被击穿。
当电缆接头发生膨胀和呼吸作用时，环箍金属带（9）位于电缆接头外部，辅助应力传感器（8）测量电缆接头外部的应力变化，当电缆接头的压力超过限定值时，发出报警信号；或者呼吸作用的频度过高时，说明电缆接头工作环境恶劣，发出预警信号，都可以提高健康诊断和预警的准确度。
其中环境温度传感器（10）和环境湿度传感器（11）检测电缆接头工作环境温度和湿度，测得的数据送给测量控制模块（1），判断环境温度过高或环境湿度过高，则发出预警信号。当环境温度和环境湿度过高时，均说明电缆接头工作环境变差，出问题的可能性增大，需要发出预警信号，提醒运行人员及时改善电缆接头工作环境，同时注意检修和观察。
所述系统中的显示模块（3）用于显示电缆接头运行的状态、参数、预警及报警信息，报警模块（4）用于发出预警和报警信号。电缆接头运行的状态包括正常、不正常及故障三种状态，当电缆接头处于正常的运行状态时，显示测到的各种正常运行参数；当电缆接头处于不正常也就是不健康的运行状态时，显示当前测到的各种运行参数及不正常原因等，并由报警模块（4）发出预警信号；当电缆接头处于故障的运行状态时，显示当前测到的各种运行参数及故障参数，并由报警模块（4）发出报警信号。
为了提高工作效率和智能化程度，所述系统还包括控制中心网络服务器（12），经通讯模块（2）与测量分析模块（1）交换数据，包括各种运行状态下的运行参数、异常参数、下位机参数配置、远程报警和预警、远程控制等。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
采用湿度传感器结合温度传感器的方式，除了能够进行过热报警外，还能实现爆炸的预警；采用气体传感器，能够获取电缆接头绝缘老化和损坏程度的信息；采用应力传感器，能够获取电缆接头的膨胀情况和发生呼吸作用的频度信息；采用环境温度传感器和环境湿度传感器相结合的方式，能够获取电缆接头工作时外部环境的好坏程度，从而表明电缆接头出问题可能性的大小，确定是否提醒运行人员注意检修和观察。
采用多种价格低廉的通用传感器相结合的在线监测方式，对电缆接头运行情况的参数进行全面的测量，使得保证成本较低的同时，大大提高了预警系统的灵敏度和准确度。
区别于目前的故障后报警的方式，针对电缆接头运行的不健康状态以及运行环境进行测量分析，实现电缆接头的健康诊断和故障预警，可有效地防患于未然，提高电缆接头乃至电力系统运行的可靠性，加快了电缆接头的故障处理时间，大大降低了因电缆接头故障造成的经济损失。
附图说明
图1：电缆接头健康诊断及热故障预警系统示意图。
图2：传感器安装示意图。
图中：1—测量控制模块、2—通讯模块、3—显示模块、4—报警模块、5—温度传感器、6—湿度传感器、7—气体传感器、8—应力传感器、9—环箍金属带、10—环境温度传感器、11—环境湿度传感器、12—控制中心网络服务器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1中，所述系统由测量控制模块（1）、通讯模块（2）、显示模块（3）、报警模块（4）、温度传感器（5）、湿度传感器（6）、气体传感器（7）、应力传感器（8）、环境温度传感器（10）、环境湿度传感器（11）、控制中心网络服务器（12）构成。
温度传感器（5）测量电缆接头内部的温度，并将数据送给测量控制模块（1），计算分析温度超过设定限值的时间长度、次数，以及占单位运行时间的比例，当该比例超过设定安全值后，则判断电缆接头处与不健康运行状态。
湿度传感器（6）测量电缆接头内部的湿度，并将数据送给测量控制模块（1），计算分析湿度是否超过设定的限值，当超过时，则判断电缆接头处于不健康运行状态。测量控制模块（1）判断湿度超过设定的限值的同时，如果温度超过设定的临界值，则进行爆炸的预警。
气体传感器（7），测量电缆接头周围的气体和烟雾及其浓度，测得的数据送给测量控制模块（1），用于判断电缆接头是否因绝缘过热产生老化和损坏。
应力传感器（8）测量电缆接头的应力变化，测得的数据送给测量控制模块（1），计算分析电缆接头的膨胀情况和发生呼吸作用的频度。
环境温度传感器（10）和环境湿度传感器（11），检测电缆接头工作环境温度和湿度，测得的数据送给测量控制模块（1），判断环境温度过高或环境湿度过高时，发出预警信号。
测量控制模块（1）将电缆接头运行的状态、参数、预警及报警信息实时送显示模块（3）显示，驱动报警模块（4）报警，通过通讯模块（2）转存或经网络上传给控制中心网络服务器（12），并与其交换数据。
图2中可见所述各传感器的布置情况，温度传感器（5）和湿度传感器（6）安装于电缆接头内部；气体传感器（7）安装于电缆接头外部；环箍金属带（9）环套在电缆接头上，应力传感器（8）置于环箍金属带（9）和电缆接头之间；环境温度传感器（10）和环境湿度传感器（11）安装于电缆接头外部，也可安装在电缆接头所处的电气柜体内。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。