本發(fā)明涉及電纜過熱故障監(jiān)測，特別是涉及一種基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，電力電纜作為電力傳輸?shù)闹匾d體，其運行安全性越來越受到人們的關(guān)注。然而，由于電纜運行環(huán)境的復雜性，如高負載、高溫、潮濕、腐蝕等，電纜在運行過程中可能會出現(xiàn)過熱故障。電纜過熱不僅會導致電纜本身的損壞，還可能引發(fā)電氣火災，對人們的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴重威脅。

2、為了解決上述問題，近年來，國內(nèi)外研究者開始探索基于傳感器技術(shù)的電纜過熱故障預警系統(tǒng)?，F(xiàn)階段的電力設(shè)備溫度預警系統(tǒng)，主要包括電力設(shè)備的溫度預警和生產(chǎn)場所的火災預警或警報裝置，其中應用最為廣泛的電纜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)和火災預警系統(tǒng)主要形式有：

3、1)監(jiān)測范圍廣但成本較高的分布式光纖測溫；

4、2)只能檢測固定部位的安裝到電纜接頭內(nèi)部的熱電偶、熱電阻檢測方式；

5、3)由于原理限制，對線路過載、接觸不良和線路老化帶來的火災風險無法預警，且容易漏報的剩余電流檢測；

6、4)容易受到環(huán)境因素影響，無法預警早期電纜高溫的煙霧檢測。

7、因此，現(xiàn)有基于煙霧﹑溫度或火焰檢測的故障探測方法各有優(yōu)缺點，不能同時滿足早期、快速和準確電纜過熱故障探測的要求。

8、針對上述情況，本發(fā)明旨在提供一種新的方案來解決此問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的在于提供一種基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)。

2、其解決的技術(shù)方案是：基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)，包括：

3、傳感器陣列，由多種類型的傳感器組成，用于對待測電纜的運行狀態(tài)及周圍環(huán)境進行監(jiān)測；

4、信號處理模塊，用于對所述傳感器陣列的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行采集，并對采集信號進行調(diào)理；

5、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，用于對所述信號處理模塊輸出的傳感器數(shù)據(jù)進行分析和處理，根據(jù)預先設(shè)定的故障特征和閾值，判斷待測電纜是否存在過熱故障，并在存在過熱故障時生成相應的預警信號；以及

6、監(jiān)控終端，用于實時接收來自所述數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的預警信號，并顯示待測電纜的運行狀態(tài)信息。

7、進一步的，所述信號處理模塊包括傳感器接口、信號調(diào)理裝置和數(shù)據(jù)采集器，所述傳感器接口用于接收所述傳感器陣列輸出的模擬信號，并將所述模擬信號送入信號調(diào)理裝置中進行預處理，經(jīng)預處理后的模擬信號再送入所述數(shù)據(jù)采集器中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

8、進一步的，所述信號調(diào)理裝置包括：

9、前置放大降噪電路，用于對所述模擬信號進行初步放大和降噪處理，提高采集信號的信噪比；

10、agc電路，與所述前置放大降噪電路的輸出端連接，用于根據(jù)不同類型的傳感器自動調(diào)節(jié)信號放大增益，其增益控制端與所述數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的pwm信號輸出端連接。

11、進一步的，所述前置放大降噪電路包括第一濾波器、第二濾波器、jfet管t1和運放器ar1，所述第一濾波器包括電阻r1和電容c1，電阻r1和電容c1的一端連接所述傳感器接口的輸出端和jfet管t1的柵極，電阻r1和電容c1的另一端接地；jfet管t1的漏極通過電阻r2連接+15v電源，并通過所述第二濾波器連接運放器ar1的同相輸入端，jfet管t1的源極通過電阻r3接地；運放器ar1的反相輸入端通過電容c3連接運放器ar1的輸出端，并通過電阻r4接地。

12、進一步的，所述第二濾波器包括電感l(wèi)1、二極管vd1和電容c2，電感l(wèi)1的一端和二極管vd1的陰極連接jfet管t1的漏極，電感l(wèi)1的另一端連接電容c2的一端和運放器ar1的同相輸入端，二極管vd1的陽極和電容c2的另一端接地。

13、進一步的，所述agc電路包括運放器ar2和mos管q1，運放器ar2的反相輸入端通過電阻r5連接運放器ar1的輸出端，并通過并聯(lián)的電阻r6與電容c4接地，運放器ar2的同相輸入端接地，運放器ar2的輸出端連接電阻r7、電阻r8的一端和所述數(shù)據(jù)采集器，電阻r8的另一端連接mos管q1的源極，mos管q1的柵極連接所述數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的pwm信號輸出端，mos管q1的漏極和電阻r7的另一端連接運放器ar2的反相輸入端。

14、進一步的，所述傳感器陣列包括：

15、氣體傳感器，用于監(jiān)測待測電纜周圍的氣體成分；

16、微粒傳感器，用于監(jiān)測待測電纜周圍的微粒濃度；

17、溫度傳感器，用于監(jiān)測待測電纜的溫度；以及

18、電流傳感器，用于監(jiān)測待測電纜的工作電流。

19、進一步的，所述數(shù)據(jù)處理服務(wù)器包括：

20、數(shù)據(jù)分析單元，用于對所述信號處理模塊的輸出數(shù)據(jù)進行分析，提取出與電纜過熱故障相關(guān)的特征；

21、故障判斷單元，用于將提取出的特征與預設(shè)的閾值進行比較，判斷電纜是否存在過熱故障；

22、預警信號生成單元，在檢測到過熱故障時，生成相應的預警信號；

23、通信接口單元，通過有線/無線的方式與所述監(jiān)控終端進行通信；以及

24、數(shù)據(jù)存儲單元，用于存儲歷史數(shù)據(jù)、配置參數(shù)、故障記錄等信息。

25、通過以上技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：本申請基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)，通過集成多種類型的傳感器，實現(xiàn)對電纜運行狀態(tài)及周圍環(huán)境的全面監(jiān)測。該系統(tǒng)通過信號調(diào)理裝置中的前置放大降噪電路提高信噪比，確保采集信號的準確性；同時，利用agc電路自動調(diào)節(jié)信號放大增益，兼容不同類型和強度的傳感器信號，增強了系統(tǒng)的通用性和靈活性。相比現(xiàn)有技術(shù)，本申請不僅能實現(xiàn)早期、快速和準確的電纜過熱故障探測，還能有效應對電纜運行環(huán)境的復雜性，為電纜的安全運行提供了更加可靠和高效的保障。

技術(shù)特征：

1.基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理模塊包括傳感器接口、信號調(diào)理裝置和數(shù)據(jù)采集器，所述傳感器接口用于接收所述傳感器陣列輸出的模擬信號，并將所述模擬信號送入信號調(diào)理裝置中進行預處理，經(jīng)預處理后的模擬信號再送入所述數(shù)據(jù)采集器中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)，其特征在于，所述信號調(diào)理裝置包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)，其特征在于，所述前置放大降噪電路包括第一濾波器、第二濾波器、jfet管t1和運放器ar1，所述第一濾波器包括電阻r1和電容c1，電阻r1和電容c1的一端連接所述傳感器接口的輸出端和jfet管t1的柵極，電阻r1和電容c1的另一端接地；jfet管t1的漏極通過電阻r2連接+15v電源，并通過所述第二濾波器連接運放器ar1的同相輸入端，jfet管t1的源極通過電阻r3接地；運放器ar1的反相輸入端通過電容c3連接運放器ar1的輸出端，并通過電阻r4接地。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)，其特征在于，所述第二濾波器包括電感l(wèi)1、二極管vd1和電容c2，電感l(wèi)1的一端和二極管vd1的陰極連接jfet管t1的漏極，電感l(wèi)1的另一端連接電容c2的一端和運放器ar1的同相輸入端，二極管vd1的陽極和電容c2的另一端接地。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)，其特征在于，所述agc電路包括運放器ar2和mos管q1，運放器ar2的反相輸入端通過電阻r5連接運放器ar1的輸出端，并通過并聯(lián)的電阻r6與電容c4接地，運放器ar2的同相輸入端接地，運放器ar2的輸出端連接電阻r7、電阻r8的一端和所述數(shù)據(jù)采集器，電阻r8的另一端連接mos管q1的源極，mos管q1的柵極連接所述數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的pwm信號輸出端，mos管q1的漏極和電阻r7的另一端連接運放器ar2的反相輸入端。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器陣列包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理服務(wù)器包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種基于傳感器陣列的電纜過熱故障預警系統(tǒng)，包括傳感器陣列、信號處理模塊、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和監(jiān)控終端，信號調(diào)理裝置包括：前置放大降噪電路，用于對模擬信號進行初步放大和降噪處理，提高采集信號的信噪比；AGC電路，與前置放大降噪電路的輸出端連接，用于根據(jù)不同類型的傳感器自動調(diào)節(jié)信號放大增益，其增益控制端與數(shù)據(jù)處理服務(wù)器的PWM信號輸出端連接。本申請通過集成多種類型的傳感器，實現(xiàn)對電纜運行狀態(tài)及周圍環(huán)境的全面監(jiān)測，不僅能實現(xiàn)早期、快速和準確的電纜過熱故障探測，還能有效應對電纜運行環(huán)境的復雜性，為電纜的安全運行提供了更加可靠和高效的保障。

技術(shù)研發(fā)人員：李建,方濤,佘彥杰,桑小兵,張江濤,王伯恩,李澤珣,韓嘯旭,張策,張萍萍,丁寧
受保護的技術(shù)使用者：國網(wǎng)河南省電力公司洛陽供電公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18