一种集成式断路器伴热带运行工况监测装置的制作方法

本发明涉及电力设备监测，具体涉及一种用于高压断路器伴热带的运行工况监测装置，尤其适用于变电站、换流站等电力系统中对断路器伴热带进行全方位运行状态监测与智能管理的集成式监测装置。

背景技术：

1、伴热带作为一种有效的伴热保温设备，广泛应用于电力变电站、石油化工、管道输送等领域的设备防冻保温工作中。在电力系统中，伴热带通常设置于断路器、隔离开关等关键电力设备的气室或机构箱内部，用于在低温环境下维持设备内部温度，防止绝缘气体液化或机构结冰，从而确保电力设备在严寒气候条件下的安全可靠运行。随着电网规模的不断扩大和供电可靠性要求的日益提高，伴热带在变电站中的应用越来越普遍，其运行状态的稳定性直接关系到电网设备的安全运行。

2、目前，伴热带的运行监测主要依靠人工定期巡检方式，运维人员通过携带便携式检测仪器到现场逐一测量伴热带的电压、电流及温度参数，并凭借经验判断伴热带的工作状态是否正常。部分变电站虽已配置了独立的电压监测或温度监测装置，但这些装置多为单一功能模块，各监测单元之间相互独立、缺乏系统集成，无法实现对伴热带运行工况的全面、实时监测。现有的一些监测装置采用分离式安装方式，各功能模块分散布置于伴热带控制柜内外，不仅占用空间大、接线复杂，而且信号传输易受变电站强电磁环境的干扰，导致监测数据失真。

3、现有技术中的伴热带监测方案还存在以下不足：第一，缺乏对电压、电流、温度、环境温湿度等多源信号的同步采集与综合处理能力，难以全面评估伴热带的实际运行工况；第二，监测数据仅就地显示或仅上送后台，未设置就地声光报警功能，当伴热带出现欠压、过流、超温等异常时无法及时提醒现场运维人员；第三，伴热带主电源回路发生故障时，无法自动切换至备用电源，导致伴热带长时间失电，可能造成电力设备因低温而故障；第四，现有装置大多不具备专门的电磁屏蔽结构和抗低温设计，在变电站强电磁干扰和严寒环境下工作稳定性较差。

4、此外，近年来部分文献提出了基于数字孪生和机器学习模型的伴热带智能监测方案，该类方案需要大量历史数据训练模型，且在变电站户外控制柜的边缘计算环境下存在资源占用高、实时性受限、模型泛化能力依赖训练数据质量等问题，难以在资源受限的现场条件下稳定运行。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有技术中伴热带运行工况监测装置功能分散、缺乏多参数同步采集与综合评估能力、无就地声光报警、无主备电源自动切换以及抗电磁干扰和抗低温能力不足的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种集成式断路器伴热带运行工况监测装置，包括：

4、电压电流采样装置，用于实时采集伴热带的三相进线电压信号、三相加热电流信号、本体温度信号及环境温湿度信号；

5、多信号传感检测系统，与所述电压电流采样装置通信连接，包括综合数据处理单元，所述综合数据处理单元基于进线电压、加热电流、本体温度及环境相对湿度加权融合计算健康度指数，并基于本体温度对时间的差分计算温升速率；

6、实时数显装置，与所述多信号传感检测系统通信连接，包括就地声光报警模块；

7、故障自动切换装置，连接于伴热带主电源回路与备用电源回路之间，包括切换执行单元；

8、所述综合数据处理单元在连续个采样周期内所述健康度指数低于预设阈值与所述温升速率高于预设阈值同时满足时判定局部过热隐患，触发所述就地声光报警模块，所述故障自动切换装置的切换动作状态不参与所述健康度指数的计算，其中为不小于3的整数；所述综合数据处理单元不含机器学习模型，不含数字孪生虚拟模型，仅基于实时传感数据与预设阈值的确定性逻辑执行判定。

9、上述技术方案的有益效果在于：通过健康度指数与温升速率的双条件联合判定，只有“整体健康状态已恶化”且“温度正在快速上升”两个条件同时满足才触发过热隐患预警，有效避免了单一阈值判断因瞬时干扰或缓慢漂移导致的误报和漏报，显著提高了报警的可信度；同时切换动作状态与健康度指数解耦，避免供电切换操作对健康度评估的污染。

10、所述健康度指数的计算公式为：

11、

12、其中为实测进线电压、为额定工作电压、为实测加热电流、为额定工作电流、为本体实测温度、为环境基准温度、为最高允许工作温度、为实测相对湿度、为额定参考湿度，、、、为权重系数且满足；

13、所述温升速率的计算公式为：

14、

15、其中为采样时间间隔，取值范围为1分钟至5分钟。

16、上述技术方案的有益效果在于：健康度指数融合了电压、电流、温度、湿度四个维度的运行参数，能够全面量化伴热带的综合健康状态；温升速率定量反映温度变化趋势，两者联合构成对伴热带运行工况的立体化评估。

17、所述综合数据处理单元的联合预警逻辑为：

18、当或时，不触发联合预警；

19、当在连续个采样周期内，每个采样周期均满足且时，判定为局部过热隐患，向所述实时数显装置下发预警指令并启动所述就地声光报警模块，同时将预警标识经运维监控后台上送端口上传监控后台；

20、其中，，。

21、上述技术方案的有益效果在于：将预警触发严格限定为连续多周期逻辑“与”关系，使得系统对“健康度偏低但温度稳定”、“温度短暂波动但整体健康良好”以及“单周期瞬时扰动”的工况均保持静默，只在真正危险的“健康恶化+快速升温”组合持续出现时才告警，大幅降低运维人员的无效响应次数和误报率。

22、所述实时数显装置包括电磁屏蔽外壳、低温驱动电路与电磁滤波电路，所述电磁屏蔽外壳、所述低温驱动电路与所述电磁滤波电路构成协同抗扰单元：所述电磁屏蔽外壳的接地阻抗小于，所述低温驱动电路在环境下对供电电压执行跌落补偿，所述电磁滤波电路在至频段的插入损耗不小于。

23、上述技术方案的有益效果在于：将电磁屏蔽、低温补偿、电磁滤波三个抗干扰措施用可量化参数绑定为整体限定，在严寒与强电磁共存的极端环境下仍能保证显示稳定可读。

24、所述电压电流采样装置包括三相开合式电流互感器，所述三相开合式电流互感器为开合卡扣式结构，量程为至，测量误差不大于。

25、上述技术方案的有益效果在于：开合卡扣式电流互感器可在不停电条件下加装，降低施工难度；开合卡扣式结构无需断开供电线路即可完成安装，便于在已有控制柜内进行改造加装。

26、所述电压电流采样装置还包括贴附式温度传感单元和环境温湿度采集芯片，所述贴附式温度传感单元采用pt100a级铂热电阻，测温区间为至；所述环境温湿度采集芯片选用sht30或aht20数字传感器，通过i2c数字输出。

27、上述技术方案的有益效果在于：pt100a级铂热电阻在宽温范围内具有优良的线性度和稳定性，适合长期贴附于伴热带表面；数字式温湿度芯片直接输出已校准数字量，减少模拟传输环节的干扰引入。

28、所述切换执行单元采用双触头机械连杆互锁结构，由无源干节点信号驱动，主电源回路与备用电源回路中不含永磁体；所述故障自动切换装置还包括自动电压电流检测单元，所述自动电压电流检测单元的确认延时为至，失电判定条件为相电压有效值或相电流有效值，其中为额定相电压，为额定相电流。

29、上述技术方案的有益效果在于：机械连杆互锁从物理结构上杜绝主备电源同时闭合的可能，安全性高于电磁继电器方案；无源干节点信号不含任何半导体或永磁体，彻底避免强电磁干扰导致误动作；延时确认防止瞬时电压跌落造成误切换。

30、所述实时数显装置还包括多通道信号解析单元，所述多通道信号解析单元内置分级判别逻辑：

31、当电压偏差率或温升速率时触发黄色提示；

32、当健康度指数或电流偏差率时触发橙色预警；

33、当或或实测温度时触发红色声光报警并同步上送监控后台。

34、上述技术方案的有益效果在于：四级分级（正常/黄色提示/橙色预警/红色报警）使运维人员能快速区分设备状态严重程度，避免传统单一报警的“狼来了”效应，提高应急响应效率。

35、一种集成式断路器伴热带运行工况监测方法，包括以下步骤：

36、s1，同步采集三相进线电压、加热电流、本体温度及环境相对湿度；

37、s2，计算健康度指数及温升速率；

38、s3，判断在连续个采样周期内且是否同时满足，若满足则触发联合预警并启动就地声光报警与后台上送，其中；

39、s4，在失电条件持续超过确认延时后，切换至备用电源供电，切换过程中不将切换状态计入。

40、上述技术方案的有益效果在于：该方法将多维采集、多周期双条件联合预警、延时确认切换形成严密的逻辑闭环，各步骤之间具有明确的数据依赖关系，可独立作为方法专利获得保护，与装置专利形成双重保护屏障。

41、步骤s3中联合预警触发后，将当前值、值及触发时间戳打包为预警记录上传监控后台，所述预警记录包含时间戳、值、值、值、值、值及告警等级。

42、上述技术方案的有益效果在于：预警记录存入历史数据库，供运维人员追溯过热隐患的发生时刻、持续时长、演变趋势，为预测性维护提供数据支撑。