基于气体膨胀的分布式开关柜过热预警系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及基于气体膨胀的分布式开关柜过热预警系统及方法，所述预警系统包括热敏监测表带、气体感知终端、无线中继模块、监控后台；热敏监测表带感测开关柜内温度，当开关柜内温度超过温度阈值后自主释放信号气体；气体感知终端检测热敏监测表释放的信号气体浓度，并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，形成开关柜过热告警信号；无线中继模块通过向气体感知终端轮询的方式获取开关柜过热告警信号与对应的气体感知终端位置信息并将数据传输至监控后台；监控后台将开关柜过热告警信号与对应的气体感知终端位置信息解析成告警数据信息，并将告警数据信息存储于监控后台的数据库中。数据库中。数据库中。

【技术实现步骤摘要】
基于气体膨胀的分布式开关柜过热预警系统及方法


[0001]本专利技术涉及开关柜过热故障监测领域，具体涉及一种基于气体膨胀的分布式开关柜过热预警系统及方法。

技术介绍

[0002]开关柜作为电力系统重要的控制和保护设备，应用广泛。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。所以监测触头温度，是预防开关柜温升故障的重点，但触头体积小、空间紧凑、取电困难、不便安装测温装置也是监测的难点。
[0003]目前常见的开关柜测温技术分为两类：接触式测温和非接触式测温。接触式测温是基于热平衡原理，即测温元件与被测介质接触，通过热能的流动和转换，监测温度的变化，代表技术有无线测温和蜡片指示测温；非接触式测温是利用物质的热辐射原理，测温元件不需与被测介质接触，代表技术是红外测温。接触式测温或是需要供电，或是影响高电位的绝缘配合，或是无法在线监测，时效性和稳定性较差；；非接触式红外测温成本较高，通用性差，若被测点被遮蔽将得不到准确的温度值，还容易受电磁干扰。
[0004]变色热敏贴片是一种能够随物体热度的变化而改变颜色并由此可掌握物体的热度变化的产品。变色热敏贴片具有独特的变色性能，自身带有不干胶，应用于变电所室内母线的连接部位，也可贴在母线与设备接线端子的连接处及隔离开关的触头上，还可贴在变压器、电机、电容器等电气设备的外壳上，用来监视母线连接处及电气设备外壳的热度。一旦监测部位热度达到或超过热敏贴片的额定值，变色热敏贴片立即由白色变红色，很容易被人在巡视中发现监测部位热度升高的状况，从而找出故障隐患，防止事故的发生。这种方法克服了传统热状态测量方法的不足，但该方法难以实现在发生过热时进行实时预警，需要待巡检人员巡查时才能发现过热情况。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供基于气体膨胀的分布式开关柜过热预警系统及方法，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，实现无直接信号介质联络监控后台并以三维可视化方式展示告警场景，让运维人员及时直观的掌握告警设备位置及状态，便于故障诊断，有效避免过热事故发生。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的方案如下：一种基于气体膨胀的分布式开关柜过热预警系统，包括热敏监测表带、气体感知终端、无线中继模块、监控后台；所述热敏监测表带用于感测开关柜内温度，当开关柜内温度超过温度阈值后自主释放信号气体；所述气体感知终端用于通过气体感知终端内置的信号气体传感器检测热敏监测表释放的信号气体浓度，并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，形成开关柜过热告警信号；所述无线中继模块用于轮询气体感知终端是否生成开关柜
过热告警信号，若气体感知终端生成开关柜过热告警信号，则提取该开关柜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传输到所述监控后台；在所述预警系统中可监测多个站点；在同一站点中，一个无线中继模块可最多加载64个气体感知终端；在同一柜体中，一个气体感知终端可同时监测多个热敏监测表带，通过气体感知终端的位置信息来定位热故障发生的柜体及其柜体中的具体部位；所述监控后台用于将开关柜过热告警信号与对应的气体感知终端位置信息解析成告警数据信息，并将告警数据信息存储于监控后台的数据库中。
[0007]优选的，所述预警系统还包括可视化平台，可视化平台用于调用监控后台数据库中的告警数据库信息进行可视化展示，可视化平台内置移动端和应用端的监测软件，用户远程查看设备运行状态和告警信息，实现人机交互。所述可视化平台还可记录站(室)内位置信息和身份标识，结合站内布局和内设信息，构建精确的站内三维虚拟场景，并将告警柜体身份信息融入三维虚拟场景，与虚拟场景中的映像柜体建立联系，以三维可视化方式展示告警柜体。
[0008]优选的，所述热敏监测表带包括硅胶表带、胶囊、保护膜和黏胶层，所述胶囊通过黏胶层粘连至硅胶表带上，所述胶囊上覆盖所述保护膜，所述胶囊内封装有信号气体，当温度超过阈值时，胶囊破裂，释放信号气体。所述胶囊采用超薄型PI(聚酰亚胺)膜为材料制备，用于固定胶囊的黏胶层采用发泡剂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。
[0009]控制充入胶囊内信号气体质量，升高温度，记录胶囊在充入不同质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，通过对超薄型PI膜典型特性和胶囊疲劳强度分析，建立气体质量、胶囊形变与温度的动态模型。实现热敏表带内置微胶囊破裂温度即为系统设定过热监测阈值。值得一提的是，依据柜体载流负荷的不同，不同柜体所要求的过热预警温度是不同的，通过不同柜体要求的温度阈值和胶囊形变破裂点在动态模型中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，即可实现热敏监测表带内设不同温度阈值的效果。
[0010]优选的，所述胶囊封装氦气作为信号气体。氦气在空气中体积含量仅为5.24
×
10
‑6，具备高热稳定、流动性好、导热系数高、摩尔质量小、不易液化等特点，环境中稀有且易检测，是理想的温度监测气体。
[0011]优选的，所述气体感知终端包括信号气体传感器、数据处理模块、第一通信接口、第一LoRa无线通信模块；所述信号气体传感器为氦气传感器，氦气传感器用于检测热敏监测表释放的氦气浓度，并将氦气浓度信息传输至数据处理模块，数据处理模块检测到的氦气浓度与告警浓度阈值进行比较，当氦气浓度超过告警浓度阈值时，形成开关柜过热告警信号，数据处理模块将开关柜过热告警信号与气体感知终端位置信息通过第一LoRa无线通信模块传输至无线中继模块，气体感知终端也可主动传输开关柜过热告警信号与位置信息至无线中继模块，所述第一通信接口用于配置第一LoRa无线通信模块地址和信道，实现与无线中继模块通信。所述第一LoRa无线通信模块配有一个棒状天线使用。
[0012]优选的，所述数据处理模块包括微控制器、信号调理电路和滤波电路，所述信号调理电路和滤波电路用于防止电磁波干扰而误发告警电信号，所述微控制器用于对氦气浓度
进行零漂修正，避免出现频繁无效告警电信号，然后将修正后的氦气浓度与告警浓度阈值进行比较。
[0013]优选的，所述气体感知终端的第一通信接口也用于提取氦气传感器浓度监测原始数据。
[0014]优选的，所述无线中继模块包括MCU微控制器、第二通信接口、第二LoRa无线通信模块，GPRS无线通信模块；所述第二LoRa无线通信模块用于轮询气体感知终端是否生成开关柜过热预警信号，若气体感知终端生成开关柜过热告警信号，则提取该开关柜过热告警信号与对应的气体感知终端位置信息，MCU微控制器用于将开关柜过热告警信号与对应的气体感知终端位置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于气体膨胀的分布式开关柜过热预警系统，其特征在于，包括热敏监测表带、气体感知终端、无线中继模块、监控后台；所述热敏监测表带用于感测开关柜内温度，当开关柜内温度超过温度阈值后自主释放信号气体；所述气体感知终端用于通过气体感知终端内置的信号气体传感器检测热敏监测表带释放的信号气体浓度，并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，形成开关柜过热告警信号；所述无线中继模块用于轮询气体感知终端是否生成开关柜过热告警信号，若气体感知终端生成开关柜过热告警信号，则提取该开关柜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传输到所述监控后台；所述监控后台用于将开关柜过热告警信号与对应的信号气体传感器位置信息解析成告警数据信息，并将告警数据信息存储于监控后台的数据库中。2.根据权利要求1所述一种基于气体膨胀的分布式开关柜过热预警系统，其特征在于：它还包括可视化平台，可视化平台用于调用监控后台数据库中的告警数据库信息进行可视化展示。3.根据权利要求1所述一种基于气体膨胀的分布式开关柜过热预警系统，其特征在于，所述热敏监测表带包括硅胶表带(70)、胶囊(50)、保护膜(40)和黏胶层(60)，所述胶囊(50)通过黏胶层粘连至硅胶表带(70)上，所述胶囊(50)上覆盖所述保护膜(40)，所述胶囊(40)内封装有信号气体，当环境温度超过阈值时，所述胶囊(40)破裂，释放信号气体。4.根据权利要求3所述一种基于气体膨胀的分布式开关柜过热预警系统，其特征在于，所述胶囊(50)封装氦气作为信号气体。5.根据权利要求1所述一种基于气体膨胀的分布式开关柜过热预警系统，其特征在于，所述气体感知终端包括信号气体传感器、数据处理模块、第一通信接口、第一LoRa无线通信模块；所述信号气体传感器为氦气传感器，氦气传感器用于检测热敏监测表释放的氦气浓度，并将氦气浓度信息传输至数据处理模块，数据处理模块检测到的氦气浓度与告警浓度阈值进行比较，当氦气浓度超过告警浓度阈值时，形成开关柜过热告警信号，数据处理模块将开关柜过热告警信号与气体感知终端位置信息通过第一LoRa无线通信模块传输至无线中继模块，所述第一通信接口用于配置第一LoRa无线通信模块的地址和信道，实现与无线中继模块通信...

【专利技术属性】
技术研发人员：田大鹏，孙永发，李小晖，杨俊俊，庞伟生，李亮，郑永燕，齐晓霞，董慧芳，童成霄，周先，刘权骑，李佳鹤，李佳乐，杨静芝，邸庆民，景亮，刘俊，
申请(专利权)人：国网青海省电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：