0 引言
随着城市现代化水平的不断提升，对供电装置的稳定性和质量提出了更高的要求。高压电缆因其输电容量大、传输距离远和传输损耗低等特点，逐步成为现代电网中不可替代的组成部分。作为高压电缆常用的户外终端，瓷套式终端（瓷套管）具有稳定性好、耐腐蚀、耐老化等优点。在工作过程中，通常将硅油作为绝缘和冷却介质充入瓷套管内部，实现高压电缆与外界的绝缘及散热功能，保护高压电缆正常安全运行。然而，瓷套管内部的绝缘介质会随着使用时间的增长而出现损耗或泄露。瓷套管内油量的减少会导致电场分布发生变化，从而引起瓷套管局部发热异常或接头击穿，严重时会导致瓷套管的爆炸，造成巨大的经济损失甚至危及人员生命安全。
1 现状分析
目前，电缆终端内部油位检测常采用离线检测法和超声回波法。离线检测法就是在巡检时通过断电打开电缆终端瓷套检测油位高度。检测程序繁杂，需耗费大量人力物力，检测效率低。超声回波法是通过超声回波在不同界面条件下回波强度不同来实现液位的定点检测。程明等[1]建立了瓷套管简易模型进行试验，并设计了瓷套管油位带电检测设备，实现了充油瓷套管内部油位的带电检测。莫润阳等[2]研究了陶瓷/硅油界面和陶瓷/空气界面的超声回波特性，并在此基础上提出了通过界面回波衰减规律来判别瓷套管内部是否为陶瓷/硅油界面。马雪艳等[3]采用厚度补偿方法对变壁厚绝缘瓷套管内部液位进行检测。但超声回波检测法的探头受瓷套管伞裙的影响并不能对任意高度进行测量。
本文在超声回波法的原理基础上，结合无线信号传输技术、无线感应取电技术等提出了一种基于超声波测距的电缆终端头油位在线监测装置。
2 装置简介
超声波具有频率高、波长短、绕射现象小，另外方向性好，能够成为射线而定向传播的特点。超声波在液体、固体中衰减很小，因而穿透能力强，尤其是在对光不透明的固体中，超声波可穿透几十米的长度，碰到杂质或界面就会有显著的反射，利用这一特性可计算封油的高度。
基于超声波测距的电缆终端头油位在线监测装置使用取电技术对设备进行供电，利用无线信号传输技术进行数据传输，这样在不改变任何施工环境的条件下完成对信号的采集和传输。
终端头油位监测装置包括：取电控制单元，温度监测单元，无线发送单元，超声波发射单元，超声波接收单元，MCU计算单元，无线接收模块，各单元之间的工作模式入下图：
图1装置构架图
1）取电单元
采集终端通过CT环进行取电，在有电流流经CT环时，CT环两端会产生感应电流，通过续流器件，控制器件，稳压器件和储能器件完成取电过程，储存到足够的电能之后装置开始工作。
2）超声波发射接受单元
超声波液位计工作原理是由超声波换能器（探头）发出高频脉冲声波遇到被测物位（物料）表面被反射折回反射回波被换能器接收转换成电信号.声波的传播时间与声波的发出到物体表面的距离成正比.声波传输距离S与声速C和声传输时间T的关系可用公式表示：S=C×T/2。
3）温度采集单元
使用热电偶进行温度测量，抗干扰能力强，精度高。
4）MCU计算单元
MCU可控制调整超声波的频率，计算超声波发送到接到的时间差并计算油位的高度。
5）无线发送单元
采用2.4GHZ通信方式，地址可设置，频段可设置。这样可以兼容大量的产品而不产生信号的干扰。
6）无线接收模块
采集终端的接收端，该设备的功能主要是通过无线接收采集终端发送的数据，根据标准协议或者自定义协议通过RS485,以太网，GPRS或者其他的通信方式与上位机进行通信。
7）上位机展示平台
上位机数据展示，对数据进行检测,设置好报警阈值之后，及时的将预警信息反馈给客户，提醒客户警觉，及时对故障进行排查。
3 装置功能及特点
1）可对瓷套/复合套内绝缘油液位高度进行监测。2）补偿装置可使密封容器内的压力维持稳定，不受绝缘油和气体热胀冷缩的影响，保证压力传感器所测数据准确。3）具有液位监测功能，配有触摸屏可实时显示终端内油位高度，同时将数据上传至装置后台，防止终端漏油引发故障。4）在终端内部液位高度超限时，可实现自动报警，对终端内故障提前进行预警。5）终端具有数据远传功能，所有信号可实现远程传输。6）取电方式包括：取电方式包括：太阳能取电、CT感应取电、AC220V、DC48/ 72V。7）传输方式包括：GPRS、4G、短信、WIFI、光纤、以太网。
4 结论
本装置通过超声波测距原理对电缆终端头油位实现在线监测，涉及电力传感器、无线传感网、射频传感器、人工智能、边缘计算等技术手段的应用，构建电缆终端泛在物联网，实现电缆终端立体感知、全景监控、数据云边处理、状态辅助预判、安全智能管控、运检效益提升，推进配电专业管理模式向更智能、更高效、更安全转变，实现坚强智能电网和泛在物联网的深度融合和应用。
参考文献：
[1] 程明,马崇,陈韶瑜,等.基于超声波的变电站充油瓷套油位检测方法[J].河北电力技术,2014,33(6):41-42.
[2] 莫润阳,牛海清,郭然,等.瓷套式电缆终端油位的超声检测[J].西北大学学报(自然科学版),2015,45(5):745-748.
[3] 马雪艳,魏文君,莫润阳.变壁厚绝缘瓷套内绝缘介质液位的超声测量[C]中国西部声学学术交流会论文集.2016.
[4] 王建斌,杜云朋,张轩硕.基于改进时间反转法的超声导波检测装置构建[J].中国测试,2014,40(2):130-134.
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[6] 周波.电力电缆故障原因与检测技术分析[J].现代工业经济和信息化,2021,11(10):200-201+223.