一、引言

配电网直接面向终端用户，运行可靠性决定供电服务质量。并沟线夹广泛应用于10kV及以下配电网架空线路分支与引流连接，其电气连接质量直接影响线路载流能力与安全。受施工工艺、螺栓力矩、材料氧化、环境腐蚀及负荷波动等因素影响，线夹与导线接触界面易出现接触电阻增大，引发异常发热。监测数据显示，配电网架空线路故障中，金具接触不良导致的发热、断线事故占比超三成，迎峰度夏冬期间尤为突出。

传统人工红外巡检存在明显缺陷：无法连续在线监测，难以捕捉早期温升信号；易受环境干扰，测量精度波动大；运维成本高，难以全面覆盖。这导致线夹发热引发的断线、短路乃至火灾事故时有发生。随着物联网与低功耗广域通信技术成熟，将感知、处理、通信功能集成于金具，实现在线监测与主动预警，成为配电网智能运维的重要方向。

当前测温型并沟线夹工程应用仍存瓶颈：传感器与线夹集成不成熟，外贴式安装热阻大、可靠性差；测温元件选型缺乏系统指导，PT100与NTC各有优劣，难以平衡精度与成本；供能与通信方案适配性不足，单一方案无法覆盖全场景；此外，测温线夹未纳入配电网状态感知网络，难以实现网络化协同感知。本文从传感器选型集成、供能通信优化、温升机理分析、系统架构设计四个维度展开研究，推动配电网金具从被动缺陷管理向主动状态感知转型。

二、测温传感器选型与集成设计

2.1 接触式测温元件的工程适用性对比

测温型并沟线夹的测温元件直接决定了整个感知系统的基础精度、响应速度和长期可靠性。在接触式测温领域，铂电阻PT100和NTC热敏电阻是两种最具代表性的测温元件，二者在工作原理、性能特征和适用场景上存在显著差异，需从配电网线夹的实际工况出发进行系统对比与选型分析。

PT100铂电阻基于铂金属电阻-温度正相关特性，0℃时电阻为100Ω，宽温区测温精度达±0.1℃，年漂移量低于0.05℃，能有效避免漏报误报，适合高可靠性需求场景。但其需外部恒流源激励，信号调理复杂，成本为NTC的3-5倍。

NTC热敏电阻基于半导体负温度系数特性，室温附近灵敏度（-4%/℃）远高于PT100（0.385%/℃），响应速度快，电路接口简单，成本低廉，适合普通线路场景。但其电阻-温度呈强非线性，需线性化校正，且高温高湿环境下存在长期漂移，需老化筛选与定期校准。

选型应采用场景化策略：城市核心、重载及高可靠性要求线路优先选用PT100；农村配电网及普通低压分支线路，可选用经老化筛选的高品质NTC，通过校准与算法弥补缺陷，平衡性能与成本。

2.2 传感器与线夹的结构-热一体化集成

测温传感器与并沟线夹本体的集成方式是决定测温系统性能的核心环节。传统绑扎式、粘贴式安装存在热阻大、响应延迟、易受环境侵蚀等问题，结构-热一体化集成是必然方向：将测温元件嵌入线夹预留测温腔，用高导热填充介质构建低热阻传热路径，同时密封隔离外部环境。

导热硅凝胶导热系数达2-5W/(m·K)，可填充微小间隙、消除空气层，使有效热阻降低一个数量级以上，测温响应时间常数从数十秒缩短至数秒。测温元件及电路需封装于IP67以上防护等级腔体，采用灌封工艺杜绝环境侵蚀。测温点应靠近导线与线夹接触界面边缘的热点区域，对称式线夹可布置双测温点，消除测量盲区。

三、供能方案与无线通信技术

3.1 多源协同供能系统的工程适配

测温型并沟线夹作为分布式的在线监测终端，其供能方案直接决定了系统的部署灵活性和长期免维护能力。配电网线夹安装位置分散、取电条件各异，单一的供能方案难以覆盖全部应用场景。工程实践中需构建感应取能、太阳能发电和长寿命电池三者优势互补的多源协同供能体系。

感应取能方案利用架空导线周围存在的交变电磁场，通过套穿式电流互感器或架设在导线下方的取能极板获取能量，经过整流、储能和稳压后为监测终端提供稳定的直流电源。基于空间取电的输电线路温度在线监测系统即采用这一方案，感应取能装置通过取能极板在交变电场作用下产生空间位移电流，经整流储能和稳压后为数据采集转发装置供电。感应取能的核心优势在于能量来源与导线电流同步存在——只要线路处于通电状态，监测终端即可持续获得能量供给，无需依赖外部能源，从根本上解决了偏远地区无市电接入的痛点。但感应取能也存在启动电流门槛，当线路负荷电流低于互感器最小工作电流（通常为20至30A）时，取能功率急剧下降，需依靠储能元件短时维持工作或切换至备用能源。

太阳能光伏发电方案适合光照条件良好的户外杆塔环境。智能测温线夹已有产品采用太阳能板配合蓄电池的供能方式，通过太阳能板对蓄电池充电，蓄电池为单片机及测温机构提供工作电源。太阳能供电的优点在于能量来源独立于线路负荷，不存在启动电流门槛，且发电功率相对稳定可预测。其主要制约在于夜间和连续阴雨天气下发电能力骤降，需配置足够容量的储能电池以保障全天候连续工作。此外，太阳能板表面易积灰、被鸟粪污染，需定期清洁维护。

长寿命锂亚硫酰氯电池作为后备或辅助电源，以其高能量密度和低自放电率而成为低功耗监测终端的优选。当采用低功耗设计和间歇工作模式时，终端日均功耗可控制在毫瓦级，电池寿命可达5至8年，基本覆盖设备的全寿命周期。LoRa感知节点在有效工作时长可达5年，这一数据为电池供电方案的可行性提供了有力支撑。

在工程实践中，应根据应用场景灵活配置供能方案。对于主干线路和重载分支，优先采用感应取能为主、电池为辅的方案；对于光照充足的农村和山区杆塔，可采用太阳能加电池的组合方案；对于部分低功耗监测场景，单一的长寿命电池方案亦足以满足要求。

3.2 LoRa与NB-IoT双模通信的广域覆盖策略

无线通信是测温型并沟线夹实现远程状态感知的核心使能技术。配电网覆盖范围广、地形地貌复杂，单一的无线通信技术难以同时满足覆盖距离、功耗、数据传输可靠性及部署成本等多维需求。LoRa与NB-IoT作为两种主流的低功耗广域无线通信技术，在技术特性、适用场景和成本结构上存在显著差异，需结合配电网的实际特征进行系统选型与协同部署。

LoRa采用非授权频段自建网关，城市覆盖2-5公里，开阔视距达15-20公里，绕障能力强，星型组网支持千级节点接入，休眠功耗低至微安级，郊区通信距离可达8.2公里，数据丢包率＜3%，适合广域监测。NB-IoT依托运营商基站，覆盖深、接入量大、部署简便，但需支付流量费，频繁上报时功耗高于LoRa。

采用LoRa为主、NB-IoT为辅的双模架构：农村、山区等公网薄弱场景，以LoRa自组网汇聚数据后上传云端；城市核心区采用NB-IoT降低部署成本。两种方式均支持轻量级物联网协议，具备断网续传机制，确保告警信息不丢失。

四、温升机理与多物理场耦合分析

4.1 接触电阻增大与异常发热的机理

并沟线夹与导线之间的电气连接界面是发热故障的根源所在。理论分析表明，两导体接触界面的真实接触仅发生在有限数量的微凸体接触点上，电流流经接触界面时被迫汇聚至这些离散接触点，产生接触电阻。接触电阻由收缩电阻和膜层电阻两部分构成：收缩电阻源于电流线在接触点附近的汇聚效应，膜层电阻源于导体表面氧化膜、硫化膜等污染层的阻隔作用。

接触电阻的增大是一个渐进累积的过程，并伴随显著的正反馈效应。在运行过程中，导线的温度变化及连接金具的压力造成导线的蠕变，蠕变使接触压力降低，接触电阻随之增大，从而产生更高温度，进一步加剧蠕变，使接触电阻继续上升，形成恶性循环。当输电线路输送大负荷时，引流板接触电阻大而发热，并产生恶性循环：接触电阻变大、发热温度增加、氧化接触电阻更大、发热更严重，直至引流板发热烧断。从微观机制看，接触界面在高温下氧化加速，铜铝氧化物均为不良导体，其生成进一步增大膜层电阻；同时，导线在交变热应力作用下发生应力松弛，螺栓紧固力矩逐渐衰减，导致接触压力下降、收缩电阻增大。

4.2 电磁-热-结构多物理场耦合模型

并沟线夹温升是电磁-热-结构三场耦合过程：结构场决定接触状态与压力，影响接触电阻；电磁场在接触电阻处产生焦耳热；温度场导致热膨胀，改变接触压力与状态，形成闭环耦合。

三维有限元耦合模型分析表明：接触界面外侧电流密度最大、发热最严重；载流量越大，螺栓松脱对最高温度影响越显著。该结论指导工程实践：重载线路需严格控制螺栓力矩并优先配置传感器，轻载线路可降低监测频次。模型还可优化线夹材料选型、螺栓布局及热设计，为热点定位与预警阈值设定提供支撑。

五、系统集成与配电网状态感知体系

5.1 感知层-网络层-平台层的系统架构

测温型并沟线夹的工程化应用需纳入配电网状态感知的整体架构加以系统设计。从信息流的视角，完整的状态感知体系可划分为感知层、网络层和平台层三个递进层次，测温线夹作为感知层的前端节点，承担温度数据的采集、预处理和上报任务。

感知层由部署于各杆塔的测温型并沟线夹、环境温湿度传感器及线路电流互感器组成，通过嵌入式微控制器如STM32等对多源数据进行本地融合和初步诊断。网络层以LoRa无线传感网络为核心，通过杆塔部署的边缘网关汇聚各感知节点的数据，经4G/5G公网或电力专网上传至平台层。平台层由部署于配电自动化主站或云端的监测应用服务器构成，负责数据的持久化存储、趋势分析、故障诊断和可视化展示。这种分层架构具有良好的扩展性，可支持测温线夹节点数量从数十个平滑扩展至数千个。

5.2 温度预警策略与状态评估

温度预警是测温型并沟线夹的核心应用功能。预警策略的制定需兼顾灵敏度和误报率，过于敏感的阈值易引发大量无效告警，降低运维人员的信任度；过于宽松的阈值则可能遗漏真实缺陷。

建议采用三级预警机制。一级预警为相对温升预警：当线夹温度超出环境基准温度40℃时触发，提示运维人员关注。二级预警为温升速率预警：当线夹温度在30分钟内上升速率超过5℃/min时触发，表明接触状态正在急剧恶化，需尽快安排检修。三级预警为紧急预警：当线夹绝对温度超过90℃或相对温升超过60℃时触发，表明已接近材料热损伤临界点，应立即采取措施。预警阈值应根据线路电压等级、载流量和运行环境进行差异化设定。

在状态评估层面，可基于长期积累的温度历史数据构建线夹健康度评价模型。通过分析温度曲线的变化趋势，提取日均温升、温升波动幅度、同批次线夹温升偏差等特征参数，对线夹的健康状态进行量化评分，为运维计划制定提供数据驱动的决策依据。配合主动消缺算法，可根据热缺陷等级自动触发保护措施或生成检修工单，实现从“被动告警”到“主动运维”的转变。

六、结论

本文围绕测温型并沟线夹的传感器集成设计与配电网状态感知技术，从传感器选型集成、供能与通信方案、温升机理分析及系统架构设计四个维度展开系统研究，得出以下主要结论。

第一，测温传感器与线夹本体的结构-热一体化集成是提升测温准确性和长期可靠性的关键路径。PT100与NTC热敏电阻各有适用场景，应结合应用场景的精度要求和成本约束进行差异化选型。采用导热硅凝胶填充测温腔可显著降低热阻，将测温响应时间常数缩短至数秒，同时密封灌封工艺保障了户外长期运行的可靠性。

第二，供能与通信方案需因地制宜、多源协同。感应取能、太阳能发电和长寿命电池的互补组合可覆盖配电网不同工况下的供能需求。LoRa无线通信技术以其远距离、低功耗和高数据传输成功率的综合优势，成为配电网广域测温监测的首选方案，在公网覆盖薄弱的偏远地区具有不可替代的应用价值。

第三，并沟线夹的异常发热源于接触电阻增大与接触压力衰减之间的正反馈恶性循环。基于电磁-热-结构多物理场耦合模型的仿真分析揭示了最高温度点位于接触界面外侧，且螺栓松脱对重载线夹温升的影响更为显著，为测温点布置和预警阈值设定提供了理论依据。

第四，测温型并沟线夹不应作为孤立的测温器件，而应纳入配电网状态感知的分层架构加以系统设计，通过感知层-网络层-平台层的协同联动，实现从“点状温度采集”到“网络化协同感知”的跨越，为配电网连接金具的智能化运维提供技术支撑。

本文研究成果为测温型并沟线夹的工程化设计提供了系统的理论框架。后续研究可进一步探索SAW声表面波无源无线测温技术在配电网金具中的应用，利用其纯无源、免维护、可在高电压恶劣环境下长期工作的显著优势，从根本上解决线夹测温的取能和通信难题，推动配电网状态感知技术向更高水平演进。

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