本發(fā)明涉及電力技術的，具體而言，涉及全絕緣環(huán)網(wǎng)柜套管側預制測溫系統(tǒng)及小負荷電流適配方法。

背景技術：

1、全絕緣環(huán)網(wǎng)柜是10/20kv配電網(wǎng)的核心設備，其可靠性直接影響供電連續(xù)性。環(huán)網(wǎng)柜電纜終端側故障占比達38%-42%，主要因電纜頭與套管連接缺陷引發(fā)局部放電及溫升異常。精準監(jiān)測絕緣間隙溫升是預防絕緣擊穿和區(qū)域性停電事故的關鍵需求。

2、現(xiàn)有技術方案及缺陷

3、（一）間接測溫方案

4、1.紅外測溫技術（如cn119533708a）

5、缺陷：受環(huán)境干擾顯著，對微小溫升（<3℃）漏報率超過20%；僅測表面溫度，表面溫度傳導延遲10-15分鐘，無法直接監(jiān)測絕緣間隙；依賴人工巡檢效率低。

6、2.溫差閾值比較技術（如cn119533708a）

7、缺陷：閾值適應性差，誤報率升高至15%-20%。

8、（二）接觸式測溫方案

9、1.堵頭內嵌傳感器（如cn109632142b）

10、缺陷：該方案采用現(xiàn)場安裝傳感器并配對調試，需拆解電纜頭堵頭后嵌入傳感器，導致適配性不足?20%（中國電力科學研究院《2024?年配網(wǎng)設備傳感器適配性調研報告》）；現(xiàn)場調試需逐臺校準，耗時>40分鐘，且因人工安裝偏差導致測溫誤差>?5℃。

11、2.后堵塞無源取電（如cn118431906a）

12、缺陷：依賴高壓電纜電芯取電，當負荷電流<50?a時，取電模塊無法穩(wěn)定供電，導致傳感器間歇性失效；改造時需破壞原有絕緣結構，經(jīng)《dl/t?5352-2018》標準驗證，改造后絕緣擊穿風險提升30%。

13、（三）系統(tǒng)集成方案

14、1.遠程數(shù)據(jù)交互（如cn112702438b）

15、缺陷：未優(yōu)化關鍵點位測溫結構，傳感器部署偏離核心區(qū)域。

16、2.圖像輔助分析（如cn118603184a）

17、缺陷：硬件成本增加25%，算法延遲8-10秒。

18、現(xiàn)有技術未解決的核心痛點：

19、1.監(jiān)測盲區(qū)：傳感器與絕緣間隙隔離，誤差>3℃，無法捕捉早期溫升（0.5℃/小時）。

20、2.部署低效：現(xiàn)場安裝合格率不足80%，調試周期長（100臺需2周）。

21、3.場景局限：現(xiàn)有電子式傳感器在-20℃以下或100℃以上時漂移率>5%（依據(jù)《dl/t?5352-2018?高壓配電裝置設計技術規(guī)程》），無法滿足環(huán)網(wǎng)柜寬溫域運行要求。

22、針對上述痛點，本發(fā)明提出一種全絕緣環(huán)網(wǎng)柜套管側預制測溫系統(tǒng)及小負荷電流適配方法，其創(chuàng)新設計源于三大技術突破：

23、1.關鍵點位精準測量

24、設計專用測溫探頭直接部署于電纜頭與套管的絕緣間隙（距離放電點≤2mm），采用耐高溫絕緣材料封裝（耐溫150℃，絕緣等級≥20kv），解決現(xiàn)有技術“測外圍而非測核心”的問題，實現(xiàn)0.5℃級測量精度。

25、2.預制化集成設計

26、創(chuàng)新采用“出廠預集成+現(xiàn)場即插即用”模式：各模塊出廠前完成預集成與功能調試，通過標準化航空插頭及din導軌實現(xiàn)快速對接，現(xiàn)場僅需固定主機、連接電源，自檢程序自動校驗通信鏈路與模塊兼容性，無需人工校準或參數(shù)配置耗時小，避免人工操作誤差，確保安裝合格率≥99%。現(xiàn)有方案（如cn109632142b）雖采用din導軌安裝，但其傳感器需現(xiàn)場配對且未集成預制化設計；本發(fā)明通過出廠前完成傳感器-主機-網(wǎng)關的導軌集成，實現(xiàn)即插即用，減少現(xiàn)場調試誤差。

27、3.小負荷電流適配技術

28、采用“超低功耗傳感器+能量管理算法”，在電流≥20?a時即可穩(wěn)定工作（較現(xiàn)有方案降低60%激活電流），并通過寬電壓電源模塊（24vdc±20%）支持蓄電池備用供電，實現(xiàn)全負荷時段（20?a至2000?a）持續(xù)監(jiān)測。能量管理算法邏輯為當電流<20?a時，傳感器切換至低頻采樣模式（1次/分鐘），并通過pwm技術動態(tài)調整喚醒周期（5-30分鐘），休眠期間關閉非核心電路（如屏幕背光）。

29、近年來，微型化傳感器與2.4ghz無線傳輸技術的成熟，為上述創(chuàng)新提供了硬件支撐。然而，現(xiàn)有專利均未將“套管側精準測溫”“預制化即裝即用”“小負荷穩(wěn)定工作”三者結合，導致現(xiàn)場部署效率低、成本高且適應性不足，為本發(fā)明留下了顯著的技術創(chuàng)新空間。

30、隨著配電網(wǎng)智能化升級，運維模式正從“定期檢修”向“預測性維護”轉型，根據(jù)智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃要求，關鍵設備狀態(tài)監(jiān)測需實現(xiàn)全覆蓋。

31、本發(fā)明通過：

32、結構創(chuàng)新：直接監(jiān)測絕緣間隙，將故障預警時間提前4-6小時；

33、部署模式創(chuàng)新：預制化設計使改造周期縮短80%，適配95%以上存量環(huán)網(wǎng)柜；

34、工況適應性創(chuàng)新：小負荷適配技術將有效監(jiān)測時長提升至90%以上（經(jīng)實驗室驗證）。

35、上述創(chuàng)新填補了現(xiàn)有技術在關鍵點位監(jiān)測、便捷部署、全負荷適應的空白，為環(huán)網(wǎng)柜狀態(tài)檢修提供了核心技術支撐，符合智能配電網(wǎng)對“高可靠性、低運維成本”的迫切需求。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術中的問題，提出全絕緣環(huán)網(wǎng)柜套管側預制測溫系統(tǒng)及小負荷電流適配方法，通過直接接觸式測溫與抗干擾設計，解決傳統(tǒng)紅外測溫受環(huán)境影響大、無法檢測微小溫升的問題；通過?“主電源?+?備用蓄電池”?切換與?pwm?動態(tài)喚醒技術，解決行業(yè)內小負荷場景傳感器失效難題；模塊化出廠調試與標準化接口，將現(xiàn)場安裝時間壓縮，大幅提升工程實施效率。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種全絕緣環(huán)網(wǎng)柜套管側預制測溫系統(tǒng)，包括：

3、（a）測溫模塊，包含無線三相溫度傳感器，探頭距放電點≤2?mm，接觸面涂覆導熱硅脂（厚度0.2?mm±0.05?mm），封裝材料為聚酰亞胺或硅橡膠并內置銅箔屏蔽層，部署于電纜頭與套管的絕緣間隙，測溫范圍為-20?℃至150?℃，傳感器封裝材料耐溫≥150?℃且絕緣等級≥20?kv，支持2.4ghz無線通信（zigbee?協(xié)議，符合?ieee?802.15.4?標準）；

4、（b）主機模塊，通過din導軌固定于環(huán)網(wǎng)柜內，內置基于連續(xù)采樣值的線性擬合溫升速率分析算法，所述算法通過最小二乘法計算溫升斜率k=(tn-t1)/(nδt)，當k≥0.5?℃/小時時觸發(fā)預警機制，tn為第n次采樣溫度，δt為采樣間隔，并引入環(huán)境溫度補償因子α=0.02×(t_env/30)修正環(huán)境溫度波動干擾，其中t_env為實時環(huán)境溫度值；

5、（c）物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關模塊，與所述主機模塊通信連接，支持modbus?485串口、2.4ghz無線通信及wifi/以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸；

6、（d）就地監(jiān)測終端，實時顯示三相溫度熱力圖及超溫報警信息，配置超溫分級報警功能：溫度≤60?℃顯示綠色，60?℃～80?℃黃色閃爍，≥?80℃紅色蜂鳴報警，支持30天歷史數(shù)據(jù)存儲與溫升趨勢分析，數(shù)據(jù)壓縮率≥50%；

7、（e）電源模塊，集成主電源與備用蓄電池，配置能量管理算法，當電流≥20?a時啟用高頻采樣模式（1次/10秒），當電流<20?a時切換至備用蓄電池供電并啟用低頻采樣模式（1次/分鐘）；

8、（f）各模塊出廠前完成預集成調試，通過帶防誤插定位銷的標準化航空插頭及din導軌實現(xiàn)即插即用，主機模塊通電后自動觸發(fā)內置的自檢程序，自檢程序自動校驗通信鏈路、電源狀態(tài)及模塊兼容性。

9、作為優(yōu)選，所述無線三相溫度傳感器集成微型電流互感器，通過感應電纜電流自取電，并內置容量≥500?mah的備用蓄電池。

10、作為優(yōu)選，所述物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關模塊支持藍牙連接手機端調試程序，并通過二維碼掃描或藍牙快速配對方式與就地監(jiān)測終端建立數(shù)據(jù)鏈路，內置aes-256（高級加密標準-256位）加密及跳頻抗干擾技術，數(shù)據(jù)傳輸延遲≤200?ms。

11、作為優(yōu)選，所述能量管理算法進一步包括：

12、（1）當電流持續(xù)5分鐘<20?a時，啟動備用蓄電池供電，傳感器進入低頻模式（1次/分鐘）；

13、（2）通過脈沖寬度調制（pwm）技術動態(tài)調整傳感器喚醒周期，采樣間隔根據(jù)電流值在5分鐘至30分鐘范圍內自動調節(jié)；所述采樣間隔與電流值成反比，通過調節(jié)脈沖占空比控制傳感器休眠/喚醒時間，電流值每降低5?a，間隔延長5分鐘；

14、（3）備用蓄電池容量≥500?mah，支持在電流≤10?a時持續(xù)工作≥4小時。

15、作為優(yōu)選，所述標準化航空插頭配置防誤插定位銷，插入后接觸電阻≤50?mω，插拔壽命≥500次。

16、作為優(yōu)選，所述無線三相溫度傳感器內置的銅箔屏蔽層厚度為50±5μm，屏蔽效率≥90?db@1ghz，且與探頭封裝層間設有0.2?mm聚四氟乙烯絕緣隔層。

17、本發(fā)明還提出了一種小負荷電流適配方法，應用于上述任一項所述的測溫系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：

18、（a）實時監(jiān)測電纜電流，當電流≥20?a時啟用主電源供電及高頻采樣模式；

19、（b）當電流<20?a時切換至備用蓄電池供電，關閉非核心電路并啟用低頻采樣模式；

20、（c）當蓄電池電量≤20%時，觸發(fā)就地終端聲光報警并上傳低電量預警至后臺系統(tǒng)。

21、本發(fā)明進一步提出了上述任一項所述測溫系統(tǒng)的安裝方法，其特征在于，包括：

22、（a）出廠前在?85?℃高溫、100v/m電磁干擾環(huán)境下，完成測溫模塊、主機模塊及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的預集成調試，驗證測溫精度±0.3?℃及通信丟包率<?0.1%；

23、（b）現(xiàn)場安裝時，將測溫模塊探頭對準電纜頭與套管的絕緣間隙，通過din導軌固定，探頭部署誤差≤±0.5?mm；主機模塊于電纜室側壁，距測溫模塊水平距離≤50?cm以減少信號衰減，測溫模塊部署于電纜頭與套管絕緣間隙；

24、（c）連接航空插頭后觸發(fā)自檢程序，校驗通信鏈路、電源狀態(tài)及模塊兼容性；

25、（d）通電后以25?℃為基準進行零點校準，校準誤差≤±0.3?℃。

26、本發(fā)明的有益效果：

27、1.精準捕捉早期故障溫升：

28、通過將測溫探頭部署于電纜頭與套管絕緣間隙（距放電點≤2mm），直接測量故障核心區(qū)域溫度，解決現(xiàn)有紅外測溫僅測表面溫度的缺陷，可提前發(fā)現(xiàn)局部放電導致的微小溫升（如0.5℃/小時的溫升速率預警），避免絕緣擊穿擴大故障。

29、測溫探頭采用耐溫?150℃、絕緣等級≥20kv?的聚酰亞胺/硅橡膠封裝，結合導熱硅脂提升響應速度，確保高壓、高溫環(huán)境下長期穩(wěn)定測量，測量精度達±0.3℃（校準后）。

30、2.抗干擾與穩(wěn)定性強：

31、內置電磁屏蔽設計（銅箔層）和跳頻抗干擾技術（2.4ghz無線通信），支持aes-256加密，確保數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性和安全性，適用于復雜電磁環(huán)境。采用zigbee協(xié)議實現(xiàn)設備間低功耗無線通信，結合modbus?485串口的本地交互，確保復雜電磁環(huán)境下數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與兼容性，支持與現(xiàn)有配電網(wǎng)系統(tǒng)無縫對接。

32、3.預制化與快速部署：

33、各模塊出廠前集成調試，采用標準化航空插頭接口和din導軌安裝，現(xiàn)場僅需通電自檢，無需復雜布線或專業(yè)培訓，安裝效率顯著提升。

34、4.小負荷場景可靠監(jiān)測與低功耗管理：

35、電源模塊集成備用蓄電池（備用蓄電池容量可滿足小負荷場景下≥4小時續(xù)航）與電流閾值自適應算法，當電流<20?a?時自動切換低頻采樣模式（1次/分鐘），通過?pwm?技術動態(tài)調整喚醒周期（5-30?分鐘），小負荷場景持續(xù)工作≥4小時，功耗降低80%，解決現(xiàn)有傳感器在低電流下無法激活的問題。

36、5.智能化監(jiān)測與高效運維：

37、就地監(jiān)測終端實時顯示溫度熱力圖，支持超溫分級報警（≤60℃綠色、60-80℃黃色閃爍、≥80℃紅色蜂鳴），直觀呈現(xiàn)超溫節(jié)點；存儲30天歷史數(shù)據(jù)并生成溫升趨勢報告，支持按時間軸查詢（精度0.1℃/像素），替代人工記錄分析，提升巡檢效率。

38、本發(fā)明的特征及優(yōu)點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。