基于 LoRa的多电源接线端子温度监测装置

石越昌 刘畅 樊佳婧

摘要：目前国内的输电线路主要是架空模式，长时间在外界环境影响下线路连接部位容易老化受损，间接的增大了连接电阻从而造成线路接点出现温度异常甚至爆炸的危害。针对这一问题设计了一款多电源并行的低功耗温度实时监测报警装置。该装置采用了多电源并行方式，因地制宜，太阳能电池与互感器在不同条件下自动选择出合适的供电电源，杜绝传统一次电池的使用，实现了以温度为参量作为衡量导线接头运行状态，把细微的故障隐患点放大，捕捉存在的潜在故障并作出预警，把有可能酿成停电事故的隐患消灭在萌芽状态。

关键词：温度监测；多电源运行；LoRa

1.研究背景

对全国主要城市电力电缆运行故障率进行调研发现，在电缆初期运行的1~5年内以及投入运行后的5~25年中，电力电缆附件的故障率一直是最高的。电力电缆附件主要包括分支接头、终端接头、中间接头，中间接头每隔400米左右就会出现一个,存在事故隐患的可能性更大。

传统的温度监测方式受测试仪器数量、人员和车辆配置的限制，对重要线路、重负荷线路还可能产生滞后测温或测试遗漏的情况。稍不留意就会产生巨大的人身财产伤害。

2.设计方案

整个温度监测系统分为硬件部分和软件部分。总体来看，系统主要是由多电源控制系统、LoRa基站、LoRa终端、基于STM32L0低功耗测量系统构成的一个庞大的网络。整个系统可分为现场采集、信息传输和后台监控数据分析三部分，根据系统的实际需求，系统总体结构框架如下图所示：

图1 系统总体框架

终端节点为安装在中间接头或者重点监测区域的监测单元，每个监测单元包括：并行电源、温度传感器、低功耗单片机、物联网通信。终端节点通过LoRa模块自动组网，每个终端节点兼具终端和中继的功能。

整个系统的运行流程为：电源检测电路通过判断当前光照条件是否符合太阳能电池供电要求来决定具体的供电方案，选定供电系统后控制系统开始通过温度传感器来感应高压接线端子的温度，最后将温度值通过LoRa通信发送给基站供检修人员观察。

图2 系统流程

3.关键技术

3.1电源系统

在电源选择上利用了MOS管的导通特性，在太阳能电池和互感器同时具备供电条件时MOS管的US=UG处于截至状态互感器电源被断开，整个电路由太阳能电池板供电，在阳光不足以驱动太阳能板时US—UG>开启电压MOS管处于导通状态，整个电路由互感器供电，最后再由两个二极管来实现电路的隔离防止出现干扰。其中互感器电源部分通过一个互感器将电网的大电压转化为小电压，再经过全桥电路的整流、滤波和稳压最后输出稳定的直流电。

图3 电源仿真图

3.2 LoRa通信

LoRa是专为低带宽、低功耗、远距离、大量连接的物联网应用而设计的一项技术。LoRa网络主要由终端、网关、网络服务器以及应用服务器组成。其网络架构是一个典型的星形拓扑结构，在这个网络架构中，LoRa网关是一个透明传输的中继，连接终端设备和后端中央服务器。终端设备采用单跳与一个或多个网关通信。所有的节点与网关间均是双向通信。在使用时为了防止数据之间的相互干扰可以通过设置不同结点的地址和信道来有效的解决。

4.总结

在国家积极号召“节能减排”的背景下，该设备的电源系统结合高压线路的架设方式，因地制宜的采用了多电源控制方式—互感器与太阳能电池在设计的电源控制电路作用下自由切换，这种做法即避免了因为传统一次电池的投放使用造成的金属污染，还最大程度上利用了太阳能。

在数据通信方面应用新兴的物联网LORA技术，该通信方式的特点为低带宽、低功耗、远距离和可以大量连接，这些特点很好的契合了对高压线路温度监测的要求，是众多通信方式的首选。

参考文献：

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作者简介：石越昌（2000.01.07—），男，汉族，河北晋州人，本科学历，华北理工大学，专业：电气工程及其自动化。