本發(fā)明一種線纜集成測溫系統(tǒng)及其測溫方法涉及電力系統(tǒng)一次側(cè)帶電檢測領域，特別是一種具有集成測溫功能的測溫系統(tǒng)及其測溫方法。

背景技術(shù)：

在配電架空線路的用戶T接處、柱上開關高壓樁頭與線路的搭接處、變壓器高壓樁頭與線路的搭接處等線路接頭處，常常因為接頭制作工藝以及負荷過高等因素產(chǎn)生過高溫升從而燒毀接頭，發(fā)生線路故障。電力公司每年均要花費大量的人力物力進行“紅外測溫”專項排查該類型故障。但是由于溫升故障常常較為隱蔽，尤其是對接頭處加裝絕緣護罩進行全絕緣處理后，溫升故障更難發(fā)現(xiàn)，大大降低故障查找效率。

目前用于中壓線路接頭故障預警的溫度測量裝置，基本上都是單節(jié)點顯示告警，或有限范圍內(nèi)延伸幾個節(jié)點的獨立系統(tǒng)，其最大的不足在于只能用于一般室內(nèi)環(huán)境中使用, 不能在高低溫,高濕,強干擾環(huán)境中長時間使用, 現(xiàn)有的組網(wǎng)技術(shù)也偏重于單獨或者少量節(jié)點的采樣傳輸處理, 存在多個交叉覆蓋的節(jié)點時無法準確定位和管理，當需要移動節(jié)點時需要重新更換整個系統(tǒng)。

已有的中國專利（CN201310347248.0，一種自取能無線溫度傳感器及其實現(xiàn)方法）公開了一種自取能無線溫度傳感器及其實現(xiàn)方法，傳感器包括自取能無線溫度傳感芯片和電場耦合極板；其芯片包括微控制器、自取能模塊、溫度傳感模塊、存儲器和無線通信模塊；微控制器分別與自取能模塊、溫度傳感模塊、存儲器和無線通信模塊通信；溫度傳感模塊與存儲器連接。通過自取能模塊采集電場耦合極板與高壓帶電器件之間的等效電容在交流高壓下產(chǎn)生的位移電流，轉(zhuǎn)成直流后為芯片供電。此種方式不適用于野外電纜接頭測溫方式預警，存在缺點是：自取電屬于分壓式電容法，取電需要靠近接觸導電體，并且電纜分層金屬護層接地靜電屏蔽影響取電，無法隔離電纜絕緣層情況下和非平面導電體接觸穩(wěn)定可靠的取電；沒有考慮野外環(huán)境下的電纜類接頭防水和密封屏蔽條件下通訊干擾等設計。

已有的中國專利（CN201320331339.0，一種多探頭高壓電纜接頭無線測溫裝置）公開了一種多探頭高壓電纜接頭無線測溫裝置，包括耐熱塑料殼體，設置在所述耐熱塑料殼體外的至少六個測溫探頭，殼體內(nèi)設單片機數(shù)據(jù)采集板，射頻發(fā)射模塊，工作時取所有探頭的最大值發(fā)送。其缺點在于：需要拖拽探頭貼敷在高壓電纜上；測量后取值最高的為最終測量溫度，測溫精確度不夠高。

因此迫切需要重新設計更可靠, 組網(wǎng)更多更方便匹配的節(jié)點和系統(tǒng)，提高測量精度，從而滿足在惡劣環(huán)境下的監(jiān)測需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述不足之處提供一種線纜集成測溫系統(tǒng)及其測溫方法，將具備集成測溫功能的智能絕緣護罩安裝到線纜接頭處，將溫度告警信號通過無線通信傳輸至智能測溫管理終端，終端設備將接收到的溫度告警數(shù)據(jù)經(jīng)本地或者遠程方式傳輸至移動設備或者后臺主站。

本發(fā)明是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

線纜集成測溫系統(tǒng)包括智能絕緣護罩、測溫裝置和智能測溫管理終端；智能絕緣護罩為環(huán)形纏繞式，測溫裝置設置在智能絕緣護罩內(nèi)，測溫裝置通過無線傳輸方式將實時測溫傳給智能測溫管理終端。

所述測溫裝置包括封閉式外殼，在外殼內(nèi)設有溫度傳感器、電池模組和電路板，溫度傳感器采用NTC溫度傳感器，電池模組的輸出端通過電路板與溫度傳感器相連，為溫度傳感器提供電能；在電路板上設有處理器和無線通信模塊，處理器的輸入端與溫度傳感器相連，無線通信模塊與處理器相連，為其提供無線通信方式。

所述處理器采用ARM處理器。

所述NTC溫度傳感器采用NTC高精度溫度電阻作為測溫探頭，探頭采用多點分布式采集溫度信號，采用12-Bit 精度ADC進行采樣。

所述電池模組采用鋰-亞硫酰氯電池(高溫型)，在高溫條件下，電池能輸出平衡電壓，可連續(xù)在0°C—+150°C溫度下工作。單體電壓高為3.6V，體積小，比功率高。電池貯存壽命長，在常溫下貯存5—10年；電池具有無磁不銹鋼外殼，密封性能好，耐沖擊、震動。

智能測溫管理終端包括管理端溫度傳感器、中央控制器、存儲器和顯示器，管理端溫度傳感器、存儲器以及顯示器分別與中央控制器相連；管理端溫度傳感器將測得的環(huán)境溫度傳送給中央控制器，并存儲在存儲器中；智能測溫管理終端還包括與中央控制器相連的無線通信模塊，通過無線通信模塊與測溫模塊進行信號傳遞。

在測溫裝置的電池模組上部設有電磁屏蔽網(wǎng)孔罩，減少對外部設備和外部設備對自身的影響。

在智能測溫管理終端還設有聲光告警功能模塊，所述聲光告警功能模塊采用現(xiàn)有的告警管理程序模塊實現(xiàn)。

工作原理：

本發(fā)明系統(tǒng)使用時，將若干個測溫裝置裝設在待測線纜接頭處，測溫裝置常規(guī)時間將處于休眠模式，休眠模式下只有處理器的時鐘芯片RTC正常運行；

測溫裝置休眠的喚醒有三種方式：

1）按照設定的時間間隔自動喚醒處理器，測溫裝置每個時間段向智能測溫管理終端傳送兩次測溫數(shù)據(jù)(這兩組數(shù)據(jù)經(jīng)測溫裝置判斷為溫度正常數(shù)據(jù))，兩次測溫數(shù)據(jù)的采樣時間間隔為所述設定的時間間隔；

2）當?shù)谝粋€模式的測溫幅值絕對值高于設定的上限值時，測溫裝置立即終止第一個模式的測溫工作模式，改為密集發(fā)送異常數(shù)據(jù)，發(fā)送時間間隔縮短；

3）由智能管理終端根據(jù)設定的固定時間節(jié)點，通過無線通信方式喚醒并接收傳送的基準溫度參數(shù)。

智能測溫管理終端始終處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，由智能測試管理終端測試周邊環(huán)境溫度，并根據(jù)設定的時間節(jié)點通過無線通信方式喚醒測溫裝置，測溫裝置接收環(huán)境溫度數(shù)據(jù)并存儲在自身存儲器內(nèi)作為基準溫度參數(shù)；

智能測溫管理終端接收并保存測溫裝置根據(jù)設定時間間隔發(fā)送的兩組測溫數(shù)據(jù)，計算測溫絕對△幅值并判斷溫度是否異常，如果判斷異常，則發(fā)出報警信號（發(fā)光），同時記錄事件在本地存儲器；智能測溫管理終端接收測溫裝置密集發(fā)送模式下的異常數(shù)據(jù)時立即發(fā)光報警同樣記錄事件在本地存儲器。

本發(fā)明線纜集成測溫系統(tǒng)的測溫方法，包括如下步驟：

1）智能管理終端測試環(huán)境溫度作為基準溫度參數(shù)后向測溫裝置發(fā)送基準溫度參數(shù)，并根據(jù)設定的時間節(jié)點通過無線通信方式喚醒測溫裝置；

2）測溫裝置將基準溫度參數(shù)存儲在自身存儲器內(nèi)作為基準溫度參數(shù)；并對線纜接頭進行測溫后根據(jù)設定時間間隔向智能管理終端發(fā)送測溫數(shù)據(jù)；

3）智能管理終端對接收到的測溫裝置在密集發(fā)送模式下的異常數(shù)據(jù)時，立即發(fā)光報警同樣記錄事件在本地存儲器；否則進入步驟4）；

4）智能管理終端對接收到的相鄰的兩組測溫數(shù)據(jù)，計算測溫絕對△幅值并判斷溫度是否異常，如果判斷異常，則發(fā)出報警信號（發(fā)光），同時記錄事件在本地存儲器。

本發(fā)明的有益效果為：針對架空線路線纜接頭的特點，采用該廉價穩(wěn)定的裝置預設式監(jiān)測后能夠避免費時費力的傳統(tǒng)檢測方式，通過全區(qū)域的中壓線路接頭節(jié)點監(jiān)測網(wǎng)絡，可以準確定位到某處故障接頭，及時預警故障信息，而且可以跟隨電纜使用多年，免去周期性設備更新的大批費用。能很好地滿足目前電網(wǎng)一次設備的故障及缺陷的帶電式預警需求，便于日常巡視時能夠及時快捷地提前發(fā)現(xiàn)隱患點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的智能絕緣護罩和測溫裝置安裝在線纜接頭時的使用狀態(tài)示意圖；

圖2是本發(fā)明線纜集成測溫系統(tǒng)的總體工作過程示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例中氣溫的日變化曲線圖；

圖4是本發(fā)明實施例中氣溫的年變化曲線圖；

圖5是本發(fā)明是測溫裝置喚醒工作流程圖；

圖6是本發(fā)明智能測溫管理終端的示意圖。

圖中：1、智能絕緣護罩，2、測溫裝置，3、外殼，4、溫度傳感器，5、電池模組，6、電路板，7、電磁屏蔽網(wǎng)孔罩，8、線纜。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例進一步描述。

參照圖1～6，本發(fā)明線纜集成測溫系統(tǒng)包括智能絕緣護罩1、測溫裝置2和智能測溫管理終端；智能絕緣護罩1為環(huán)形纏繞式，測溫裝置2設置在智能絕緣護罩1內(nèi)，測溫裝置2通過無線傳輸方式將實時測溫傳給智能測溫管理終端。

所述測溫裝置2包括封閉式外殼3，在外殼3內(nèi)設有溫度傳感器4、電池模組5和電路板6，溫度傳感器4采用NTC溫度傳感器，電池模組5的輸出端通過電路板6與溫度傳感器4相連，為溫度傳感器4提供電能；在電路板6上設有處理器和無線通信模塊，處理器的輸入端與溫度傳感器4相連，無線通信模塊與處理器相連，為其提供無線通信方式。

所述處理器采用ARM處理器。

如圖1所示，溫度傳感器4采用NTC高精度溫度電阻作為測溫探頭，探頭采用多點分布式采集溫度信號，采用12-Bit 精度ADC進行采樣, 測溫由節(jié)點裝置的實時測溫絕對值并參考報警終端的環(huán)境測溫作為基本溫度參數(shù)。

測溫裝置2利用智能絕緣護罩1實現(xiàn)防電磁干擾處理，具體的原理是采取金屬全屏蔽結(jié)合陣列式截止波導的電磁防泄漏技術(shù)，利用波導的高通濾波特性，保證無線信號的高效傳輸，又能阻隔外界的高頻電磁干擾，計算公式如下：

對于圓形截面的波導： fcutoff ＝ 6900 / D

式中：D －直徑（英寸）；fcutoff －頻率（MHz）

對于矩形截面的波導： fcutoff ＝ 5900 / L

式中：L －矩形截面的對角線長度（英寸）；fcutoff －頻率（MHz）

要保證波導對電磁波有較大的衰減，應使波導的截止頻率為要屏蔽的電磁波頻率的5 倍以上。當滿足這個條件時，長度為 T 的波導對電磁波的衰減 S 為：對于圓形截面的波導： S = 32 T / D （dB）

對于矩形截面的波導： S = 27 T / L （dB）。

具體實施例：

測溫裝置休眠的喚醒有三種方式：

1）按照設定的時間間隔自動喚醒處理器，測溫裝置每隔一小時向智能測溫管理終端傳送兩次測溫數(shù)據(jù)(這兩組數(shù)據(jù)經(jīng)測溫裝置判斷為溫度正常數(shù)據(jù))，兩次測溫數(shù)據(jù)的采樣時間間隔一小時為所述設定的時間間隔；

2）當?shù)谝粋€模式的測溫幅值絕對值高于設定的上限值時，測溫裝置立即終止第一個模式的測溫工作模式，改為密集發(fā)送異常數(shù)據(jù)，發(fā)送時間間隔縮短為5分鐘；

3）由智能管理終端根據(jù)設定的固定時間節(jié)點，通過無線通信方式喚醒并接收傳送的基準溫度參數(shù)。

如圖2所示，依據(jù)采集到的溫度數(shù)據(jù)，結(jié)合智能測溫管理終端的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，判斷是否生成溫度預警信號，如果是，則立即發(fā)送給智能測溫管理終端。

如圖3所示，智能測溫管理終端接收到智能絕緣護罩的溫度告警之后，立即進行本地聲光報警，并生成溫度告警報告數(shù)據(jù)，存儲到本地，具備遠程監(jiān)控或者巡檢的需求上報給移動設備/后臺主站。

本發(fā)明線纜集成測溫系統(tǒng)的測溫方法，包括如下步驟：

1）智能管理終端測試環(huán)境溫度作為基準溫度參數(shù)后向測溫裝置2發(fā)送基準溫度參數(shù)，并根據(jù)設定的時間節(jié)點通過無線通信方式喚醒測溫裝置2；

2）測溫裝置2將基準溫度參數(shù)存儲在自身存儲器內(nèi)作為基準溫度參數(shù)；并對線纜8接頭進行測溫后根據(jù)設定時間間隔向智能管理終端發(fā)送測溫數(shù)據(jù)；

為保證電池的壽命，正常情況測溫裝置每小時無線傳輸一次測溫數(shù)據(jù)，定時喚醒溫度傳感器，接收智能測溫管理終端發(fā)送的修改溫度基準的命令，其他時間將處于休眠模式，休眠模式下只有RTC正常運行。

3）智能管理終端對接收到的測溫裝置在密集發(fā)送模式下的異常數(shù)據(jù)時，立即發(fā)光報警同樣記錄事件在本地存儲器；否則進入步驟4）；

4）智能管理終端對接收到的相鄰的兩組測溫數(shù)據(jù)，計算測溫絕對△幅值并判斷溫度是否異常，如果判斷異常，則發(fā)出報警信號（發(fā)光），同時記錄事件在本地存儲器。

步驟1）中在進行正式測試之前要對基準溫度參數(shù)進行調(diào)整：

安裝在戶外的產(chǎn)品受到季節(jié)以及環(huán)境溫度的變化影響較大, 因此溫度報警閾值不是固定的,也不應該做成固定閾值, 對此溫度傳感器需要算法保證采樣的準確與及時調(diào)整。

每日的氣溫變化取Sin(d)做為基準環(huán)境日溫度, 年變化曲線取月或者半月的變化曲線Sin(m), 假定材料的導熱吸熱的系數(shù)為η(t), 注意這個t包含了每時刻的曲線, 時刻溫度為：

T(t) = η(t) *t *A + B*Sin(m) * Sin(d) + C

其中A，B，C為校準常量；

這樣建立一個時刻表做為最基本的溫度時刻，即在無異常線纜溫度變化時的溫度曲線時刻表；產(chǎn)品上有RTC的計時功能，可以知道當前的年/月/日，小時/分鐘/秒鐘，也就是知道了t這個參數(shù)，代入到公式中進行查表就可以得到當前的無異常情況下的基準溫度，設定發(fā)生異常時刻的溫升為?T，這樣所要保護或者是溫度報警閾值為：

T = T(t) + ?T

為了使溫度報警機制更為精確，可以考慮在智能管理終端部分加入天氣預報功能，即可以知道未來三天的氣溫以及天氣情況，調(diào)整溫度系數(shù)，將該系數(shù)通過無線數(shù)傳功能傳輸?shù)綔囟葌鞲衅髦校M行實時的校準調(diào)整。

所述智能測溫管理終端的功能包括傳感器匹配管理、本地聲光報警、溫度告警報告生成及存儲、上報給移動設備/后臺主站支持。

傳感器匹配管理方法包括如下步驟：

1）對傳感器進行編碼

采取兩個部分的編碼, 一為終端代號, 二為自身編碼；暫定使用兩個Byte數(shù)據(jù)(0xFFFF)進行編碼, 如果需要擴大編碼范圍, 可增加編碼位數(shù), 智能測溫管理終端收取來自溫度傳感器的無線數(shù)據(jù)中包含編碼信息；因為一個智能測溫管理終端需要對應于多個溫度傳感器, 從而要為每個溫度傳感器分配一個固定的地址, 設定第n個智能測溫管理終端編號為Cn, 溫度傳感器的固定分配地址中需要加入這個n的編號,同時需要終端給出溫度傳感器的特殊地址,以便識別出是哪個溫度傳感器, 設定第m個溫度傳感器分配的編號為Cm, 最終的溫度傳感器的編號變?yōu)镃f, 有如下公式進行分配:

Cf = Hex((Cn<<12) + (P1<<10) + (P2<<8) +Cm )

其中P1,P2 為辨識碼,設定為P1 = 05，P2 = 0x0A；

2）在首次上電后智能測溫管理終端會發(fā)送對碼指令,

CIN = {0xCC,0xAA,0x55,0x33}；

當溫度傳感器接收到對碼指令后, 存在兩種情況, 一種是已經(jīng)分配了編碼的，一種是沒有編碼的。對于已經(jīng)有編碼的溫度傳感器,回復Cack = {0x00,0xFF,0x22,0x66}, 同時發(fā)送自身編碼給終端,智能測溫管理終端會根據(jù)數(shù)據(jù)庫中編碼表進行識別；如果是沒有編碼的溫度傳感器,則需要回復Cack = {0x77,0x88,0xAA,0x33}, 申請終端分配編碼, 此后智能測溫管理終端會檢索數(shù)據(jù)庫中編碼表,加入識別碼后發(fā)送Cf這個編碼給溫度傳感器, 智能測溫管理終端傳感器收到編碼后將該分配碼存入Flash中,同時發(fā)送成功編碼指令告知智能測溫管理終端；通過上述的操作實現(xiàn)了編碼自動化, 同時也保證了終端,傳感器的匹配, 簡潔方便的處理了編碼問題。

本地聲光報警即當智能測溫管理終端接收到某個智能絕緣護罩內(nèi)的測溫裝置的溫度告警數(shù)據(jù)后，聲光告警功能模塊按照設定的頻率、強度和持續(xù)時間，發(fā)光告警，便于遠距離目測。

溫度告警報告生成及存儲即按照設定的報告模板存儲歷史溫度信息。

上報給移動設備/后臺主站即智能測溫管理終端支持兩種上傳接口方案，一是通過類似于配網(wǎng)自動化主站（例如國內(nèi)IEC60870-5-104規(guī)約）上傳給后臺主站進行遠程全區(qū)域監(jiān)控；二是，采用移動監(jiān)控設備(例如智能手機、平板、掌機等)，通過433M無線通信，對本地若干智能管理終端進行小范圍內(nèi)(半徑1.5公里區(qū)域)的監(jiān)控和報告采集。

本發(fā)明的分布式測溫點和智能絕緣護罩采用全密封一體化固定技術(shù)，不需要拖拽探頭貼敷在接頭處，可對站內(nèi)站外的母排、電纜觸頭等進行監(jiān)控測量。智能測溫管理終端采集匹配的若干智能絕緣護罩附近環(huán)境溫度，然后通過軟件算法計算出基準溫度參數(shù)，通過全雙工通訊方式修正所有管理范圍內(nèi)絕緣護罩的溫度基準參數(shù)，使得測溫的精確程度極大提高，能夠提前預防接頭徹底損壞前的異常溫升，及時告警；并且智能測溫管理終端具備和遠程主站或者移動設備多種通信方式接入、傳送數(shù)據(jù)的功能。本發(fā)明方法針對配電架空線路的用戶T接處、柱上開關高壓樁頭與線路的搭接處、變壓器高壓樁頭與線路的搭接處等線路接頭處容易造成的高溫故障問題，滿足目前電網(wǎng)一次設備的故障及缺陷的帶電式預警需要。