一種銅鋁過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置和監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種銅鋁過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置和監(jiān)測方法，包括微處理器模塊，微處理器模塊連接有北斗定位模塊、環(huán)境溫濕度傳感器、溫度傳感器和電流傳感器，并通過無線通信模塊連接到監(jiān)控終端，環(huán)境溫濕度傳感器用于測定連接端子周圍的溫度和濕度，溫度傳感器用于測定連接端子處的溫度，電流傳感器用于測定連接端子流過的電流。本發(fā)明通過環(huán)境溫濕度傳感器、溫度傳感器和電流傳感器的采集，并通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)連接端子處的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測，大大提高了監(jiān)控可靠性，采用無線傳輸，省去了電纜的使用，并可實(shí)現(xiàn)短期和長期的監(jiān)測，并通過定位模塊實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的方便尋找，快速排出故障，大大提高維護(hù)效率。
【專利說明】
-種銅錯(cuò)過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置和監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種銅侶過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置和監(jiān)測方法，屬于銅侶 過渡連接端子工作狀態(tài)的監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國盛產(chǎn)侶而銅資源貧乏，銅作為我國僅次于石油的第二大戰(zhàn)略物資，進(jìn)口依存 度達(dá)到70%。2013年底，國家發(fā)改委和工信部已經(jīng)確定W侶節(jié)銅的戰(zhàn)略方向，W侶節(jié)銅成為 各行業(yè)關(guān)注熱點(diǎn)。由于侶合金材料不僅具有銅材的高導(dǎo)電、導(dǎo)熱率，而且具有價(jià)格低、質(zhì)量 輕、耐腐蝕、美觀、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。因此，對(duì)于電網(wǎng)來說，侶合金電纜及附屬產(chǎn)品在一定范圍內(nèi) 可代替銅電纜。根據(jù)我國電力工業(yè)"十二?五"發(fā)展規(guī)劃，預(yù)計(jì)2015年全國IlOkV及W上輸電 線路長度將達(dá)130萬公里，2020年將達(dá)170萬公里。因此，侶合金電纜迎來了良好的發(fā)展機(jī) 遇。電纜銅侶過渡連接端子是侶合金電纜在電網(wǎng)中使用的重要部件之一，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯 示90% W上的電纜運(yùn)行故障是由電纜連接端子故障引發(fā)的。
[0003] 現(xiàn)有的監(jiān)測采用人工進(jìn)行定期監(jiān)測，監(jiān)測費(fèi)時(shí)費(fèi)力，監(jiān)測不實(shí)時(shí)，易造成故障發(fā) 生，且監(jiān)測效率低和監(jiān)測不可靠，而購買單獨(dú)的監(jiān)測設(shè)備，設(shè)備成本昂貴，維護(hù)成本也高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種銅侶過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置 和監(jiān)測方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)銅侶過渡連接端子工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)、快速和可靠的監(jiān)測，更加省時(shí)省 力，減少故障發(fā)生概率，監(jiān)測效率高，檢測更加可靠，設(shè)備成本低，維護(hù)方便快捷，提高狀態(tài) 監(jiān)測設(shè)備的可擴(kuò)展性，W解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
[0005] 本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種銅侶過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，包括 微處理器模塊，所述微處理器模塊連接有北斗定位模塊、環(huán)境溫濕度傳感器、溫度傳感器和 電流傳感器，并通過無線通信模塊連接到監(jiān)控終端，所述環(huán)境溫濕度傳感器用于測定連接 端子周圍的溫度和濕度，所述溫度傳感器用于測定連接端子處的溫度，所述電流傳感器用 于測定連接端子流過的電流。
[0006] 優(yōu)選的，上述微處理器模塊還連接有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括SD卡，通過 SD卡的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將采集的環(huán)境溫濕度、端子溫度W及電流信息進(jìn)行存儲(chǔ)，保證了裝置 采集的可靠性。
[0007] 優(yōu)選的，上述環(huán)境溫濕度傳感器采用數(shù)字式溫濕度傳感器甜T15。
[000引優(yōu)選的，上述溫度傳感器采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。
[0009] 優(yōu)選的，上述電流傳感器采用霍爾傳感器。
[0010] 優(yōu)選的，上述無線通信模塊采用的是雙頻的GPRS/GSM模塊SIM900A，采用的GPRS模 塊實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)可靠地傳至遠(yuǎn)端監(jiān)控終端。
[0011] 優(yōu)選的，上述微處理模塊采用微處理器MSP430fl49，MSP430f 149具有低功耗的特 點(diǎn)，其內(nèi)部除了集成有64KB的程序存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)、特殊功能寄存器區(qū)，還集成有十二位的 A/D轉(zhuǎn)換單元。
[0012] 優(yōu)選的，上述微處理器模塊和無線通信模塊安裝在防水的塑料電器盒內(nèi)的電路板 上，環(huán)境溫濕度傳感器、溫度傳感器和電流傳感器通過安裝在塑料電器盒上的防水接頭連 接到電路板上的微處理器模塊。
[0013] 優(yōu)選的，上述塑料電器盒還設(shè)置有六個(gè)A/D轉(zhuǎn)換接口，六個(gè)A/D轉(zhuǎn)換接口連接到微 處理器模塊，提高了裝置的可擴(kuò)展性。
[0014] -種銅侶過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，該方法包括W下步 驟：
[0015] 通過北斗模塊、環(huán)境溫濕度傳感器、溫度傳感器和電流傳感器測得銅侶過渡端子 處的位置、環(huán)境溫濕度和連接端子溫度及電流；
[0016] (2)通過測得的環(huán)境溫度、連接端子溫度W及電流和電流通過時(shí)間，計(jì)算連接端子 處熱傳導(dǎo)熱量和熱對(duì)流熱量，公式如下：
[0017] 在熱傳導(dǎo)的熱量表示為:Q = OA T*M，C為連接端子物質(zhì)的比熱，M為連接端子物質(zhì) 的質(zhì)量，A T為溫差；
[001引熱對(duì)流的傳熱量為：
，h為物質(zhì)的對(duì)流傳熱系數(shù)，A為換熱面積，A T為溫 差；
[0019] (3)溫度校正，將步驟(2)中計(jì)算得到的熱量代入下列計(jì)算模型，即可求得連接端 子處實(shí)際溫度：
[0020] T= c〇iQ/(C*M)+?2<1)/化*A)
[0021] 上式中，01和O 2是通過大量的熱量輸入和溫度輸出采用最小二乘法確認(rèn)的系數(shù)；
[0022] Q為連接端子處產(chǎn)生的焦耳熱；
[0023] C為連接端子物質(zhì)的比熱；
[0024] M為連接端子物質(zhì)的質(zhì)量；
[0025] 4連接端子物質(zhì)熱對(duì)流的傳熱量；
[0026] h為連接端子物質(zhì)的對(duì)流傳熱系數(shù)；
[0027] A為連接端子物質(zhì)截面換熱面積。
[0028] 本發(fā)明的有益效果:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過環(huán)境溫濕度傳感器、溫度傳感器 和電流傳感器的采集，并通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控終端，實(shí)現(xiàn)連接端子處的在 線實(shí)時(shí)監(jiān)測，大大提高了監(jiān)控可靠性，采用無線傳輸，省去了電纜的使用，并可實(shí)現(xiàn)短期和 長期的監(jiān)測，并通過定位模塊實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的方便尋找，快速排出故障，大大提高維護(hù)效率， 本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便快捷和監(jiān)測可靠的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發(fā)明的控制連接結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖3是圖2的左視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖4是侶合金電纜銅侶過渡連接器結(jié)構(gòu)截面示意圖。
[0033] 圖中：1-蓄電池，2-電源接線端子，3-北斗定位模塊，4-微處理器模塊，5-無線通信 模塊，6-電路板，7-北斗定位模塊天線，8-北斗模塊接線端子，9-傳感器接口端子，10-開關(guān)， 11-塑料電器盒，12-天線，101-連接管，102-導(dǎo)電線忍，103-導(dǎo)電膏層。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹。
[0035] 實(shí)施例1:如圖1-圖4所示，一種銅侶過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，包括微 處理器模塊，微處理器模塊連接有北斗定位模塊、環(huán)境溫濕度傳感器、溫度傳感器和電流傳 感器，并通過無線通信模塊連接到監(jiān)控終端，環(huán)境溫濕度傳感器用于測定連接端子周圍的 溫度和濕度，溫度傳感器用于測定連接端子處的溫度，電流傳感器用于測定連接端子流過 的電流，微處理器模塊還連接有提供供電的電源單元。
[0036] 優(yōu)選的，上述微處理器模塊還連接有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括SD卡。
[0037] 優(yōu)選的，上述環(huán)境溫濕度傳感器采用數(shù)字式溫濕度傳感器甜T15。
[0038] 優(yōu)選的，上述溫度傳感器采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。
[0039] 優(yōu)選的，上述電流傳感器采用霍爾傳感器。
[0040] 優(yōu)選的，上述無線通信模塊采用的是雙頻的GPRS/GSM模塊SIM900A。
[0041 ] 優(yōu)選的，上述微處理模塊采用微處理器MSP430f 149。
[0042] 優(yōu)選的，上述微處理器模塊和無線通信模塊安裝在防水的塑料電器盒內(nèi)的電路板 上，環(huán)境溫濕度傳感器、溫度傳感器和電流傳感器通過安裝在塑料電器盒上的防水接頭連 接到電路板上的微處理器模塊。
[0043] 優(yōu)選的，上述塑料電器盒還設(shè)置有六個(gè)A/D轉(zhuǎn)換接口，六個(gè)A/D轉(zhuǎn)換接口連接到微 處理器模塊。
[0044] 塑料電器盒11內(nèi)的微處理器模塊4、無線通信模塊5、北斗定位模塊3-端與電路板 6相連，電源單元1為蓄電池，蓄電池與電路板6-端相連，無線通信模塊5另一端與天線12相 連，北斗定位模塊3-端與北斗定位模塊天線7相連，傳感器通過防水接頭9與電路板6相連， 開關(guān)10與電路板6相連，天線12和接線端子8在防水外殼11 一端伸入其中空腔，分別與無線 通信模塊5和北斗模塊相連，環(huán)境溫濕度傳感器、溫度傳感器和電流傳感器通過防水接頭9 的一端伸入塑料電器盒內(nèi)空腔與電路板6相連，開關(guān)10在防水的塑料電器盒11上一端伸入 塑料電器盒11中空腔與電路板9相連。
[0045] 上述空氣溫濕度傳感器SHT15與微處理器模塊的Pl .0、P1.1相連;溫度傳感器和電 流傳感器通過SPI傳感器總線與微處理器模塊的?4.1、？4.2、？4.3、？4.4相連;微處理器與無 線通信單元通過P3.6、P3.7相連;微處理器與北斗定位模塊通過P3.4、P3.5相連;六個(gè)A/D轉(zhuǎn) 換接口分別與微處理器的P6.1、P6.2、P6.3、P6.4、P6.5、P6.6相連，其中微處理器的P6.0用 于監(jiān)測蓄電池電壓。
[0046] 如圖4所示，連接端子為連接管101、導(dǎo)電線忍102W及導(dǎo)電膏層103,根據(jù)連接端子 接頭結(jié)構(gòu)，可知接頭處內(nèi)部熱源包括:在熱學(xué)中熱傳導(dǎo)可表示為Q = OA T*M，C為連接端子 物質(zhì)的比熱，M為連接端子物質(zhì)的質(zhì)量，AT為溫差。
[0047] 根據(jù)傳熱學(xué)的原理，電纜接頭處的熱量主要通過=種方式進(jìn)行傳遞，即熱傳導(dǎo)、熱 福射和熱對(duì)流。其中熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱量即為焦耳熱，熱對(duì)流的傳熱量為:褒曰^ g&i縱山為連接 端子物質(zhì)的對(duì)流傳熱系數(shù)，A為連接端子截面換熱面積，A T為溫差。
[0048] 考慮到傳熱過程達(dá)到熱平衡時(shí)，溫度場不變，則可建立侶合金電纜銅侶過渡連接 器的溫度場簡化模型，考慮侶合金電纜敷設(shè)在電纜溝中運(yùn)種情況，熱量主要由熱傳導(dǎo)和熱 對(duì)流構(gòu)成
，報(bào)據(jù)具體應(yīng)用場合，可用大量的輸入熱傳導(dǎo)熱量 和熱對(duì)流熱量和實(shí)測的溫度，即可用最小二乘法確定《 1和《 2的值。
[0049] 本發(fā)明通過上式預(yù)測銅侶過渡連接器的運(yùn)行溫度，可為連接端子的溫度場分析預(yù) 測提供依據(jù)，為連接端子的故障分析正確性提供保障。
[0050] 實(shí)施例2: -種銅侶過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，該方法包括 W下步驟：
[0051] (1)通過北斗模塊、環(huán)境溫濕度傳感器、溫度傳感器和電流傳感器測得銅侶過渡端 子處的位置、環(huán)境溫濕度和連接端子溫度及電流；
[0052] (2)通過測得的電流、溫度W及電流通過時(shí)間，計(jì)算連接端子處熱傳導(dǎo)熱量和熱對(duì) 流熱量，公式如下：
[0化3] 在熱學(xué)中熱傳導(dǎo)可表示為Q = C* A T*M，C為連接端子物質(zhì)的比熱，M為連接端子物 質(zhì)的質(zhì)量，A T為溫差；
[0054] 熱對(duì)流的傳熱量為：
h為連接端子物質(zhì)的對(duì)流傳熱系數(shù)，A為連接端子截 面換熱面積，A T為溫差；
[0055] (3)溫度校正，將步驟(2)中計(jì)算得到的熱量代入下列計(jì)算模型，即可求得連接端 子處實(shí)際溫度：
[0化6]
[0057] 上式中，O 1和O 2是通過大量的熱量輸入和溫度輸出采用最小二乘法確認(rèn)的系數(shù)；
[0058] Q為連接端子處產(chǎn)生的焦耳熱；
[0059] C為連接端子物質(zhì)的比熱；
[0060] M為連接端子物質(zhì)的質(zhì)量；
[0061 ] 4連接端子物質(zhì)熱對(duì)流的傳熱量；
[0062] h為連接端子物質(zhì)的對(duì)流傳熱系數(shù)；
[0063] A為連接端子物質(zhì)截面換熱面積。
[0064] W上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)W所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種銅鋁過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于:包括微處理器模塊，所 述微處理器模塊連接有北斗定位模塊、環(huán)境溫濕度傳感器、溫度傳感器和電流傳感器，并通 過無線通信模塊連接到監(jiān)控終端，所述環(huán)境溫濕度傳感器用于測定連接端子周圍的溫度和 濕度，所述溫度傳感器用于測定連接端子處的溫度，所述電流傳感器用于測定連接端子流 過的電流。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋁過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于： 所述微處理器模塊還連接有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊包括SD卡。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋁過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于： 所述環(huán)境溫濕度傳感器采用數(shù)字式溫濕度傳感器SHT15。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋁過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于： 所述溫度傳感器采用數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋁過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于： 所述電流傳感器采用霍爾傳感器。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋁過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于： 所述無線通信模塊采用的是雙頻的GPRS/GSM模塊S頂900A。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋁過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于： 所述微處理模塊采用微處理器MSP430H49。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋁過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于： 所述微處理器模塊和無線通信模塊安裝在防水的塑料電器盒內(nèi)的電路板上，環(huán)境溫濕度傳 感器、溫度傳感器和電流傳感器通過安裝在塑料電器盒上的防水接頭連接到電路板上的微 處理器模塊。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銅鋁過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于： 所述塑料電器盒還設(shè)置有六個(gè)A/D轉(zhuǎn)換接口，六個(gè)A/D轉(zhuǎn)換接口連接到微處理器模塊。10. 根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的一種銅鋁過渡連接端子工作狀態(tài)在線監(jiān)測裝置的監(jiān) 測方法，其特征在于:該方法包括以下步驟： (1) 通過北斗模塊、環(huán)境溫濕度傳感器、溫度傳感器和電流傳感器測得銅鋁過渡端子處 的位置、環(huán)境溫濕度和連接端子溫度及電流； (2) 通過測得的環(huán)境溫度、連接端子溫度以及電流和電流通過時(shí)間，計(jì)算連接端子處熱 傳導(dǎo)熱量和熱對(duì)流熱量，公式如下： 在熱傳導(dǎo)的熱量表示為:Q=C* Δ T*M，C為連接端子物質(zhì)的比熱，M為連接端子物質(zhì)的質(zhì) 量，AT為溫差； 熱對(duì)流的傳熱量為：# = 邊T，h為物質(zhì)的對(duì)流傳熱系數(shù)，A為換熱面積，Δ T為溫差； (3) 溫度校正，將步驟(2)中計(jì)算得到的熱量代入下列計(jì)算模型，即可求得連接端子處 實(shí)際溫度： T= Co1QAOMHto2 Φ/(1ι*Α) 上式中，ω ω 2是通過大量的熱量輸入和溫度輸出采用最小二乘法確認(rèn)的系數(shù)； Q為連接端子處產(chǎn)生的焦耳熱； C為連接端子物質(zhì)的比熱； M為連接端子物質(zhì)的質(zhì)量； Φ連接端子物質(zhì)熱對(duì)流的傳熱量； h為連接端子物質(zhì)的對(duì)流傳熱系數(shù)； A為連接端子物質(zhì)截面換熱面積。
【文檔編號(hào)】G01R31/04GK106019070SQ201610518703
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月5日
【發(fā)明人】曾華榮, 張迅, 劉宇, 曾鵬, 陳沛龍, 明志勇, 丁宇漢
【申請(qǐng)人】貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院