CN101042307A - 变电站电力电气设备温度监测系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变电站电力电气设备温度监测系统及其工作方法。该系统包括：工控机、无线通讯终端和多个无线测温单元；无线通讯终端用于与各无线测温单元进行实时无线通讯；无线测温单元包括CPU、用于检测监测点处的表面温度的温度传感单元、用于检测距离监测点5至20cm处的温度的温度校准单元和无线收发模块；CPU根据所述温度传感单元和温度校准单元测得的温度计算出两者的温度差值，然后送入无线收发模块并转换为无线信号发出；无线通讯终端接收该无线信号并经转换后得出所述温度差值，然后送入工控机的通讯端；工控机根据该温度差值判断所测的监测点的表面温度是否正常，并在发现异常时报警。

Description

变电站电力电气设备温度监测系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种变电站电力电气设备温度监测系统及其工作方法。

背景技术

温度是变电站电力电气设备安全运行的重要参数，尤其是一次设备的开断接触点，经环境污染、严重超载运行、触点氧化、电弧冲击等原因造成接触电阻增大，因此在运行时接触电阻增大，引起温度上升，给设备安全运行埋下隐患，若不及时发现，容易造成火灾等严重后果。

于2006年4月19日公开的中国专利文献CN2773817涉及一种电力线路接点温度监测系统，包括用于监测电力线路接点温度的若干监测装置和用于控制所述若干监测装置的控制装置，所述控制装置包括控制端无线收发单元和控制单元；所述监测装置包括数字温度传感器、供电感应器、监测端无线收发单元、识别及触发单元。

于2006年5月10日公开的中国专利文献CN2779519涉及一种高压电力专用在线测温报警装置。包括有传感器，高压侧设有温度传感器、数据处理机、数据发送装置和耐高温长寿命电池，电池直接与数据处理机相连接，同时电池又直接与数据发送装置相连接，数据处理机的一个输出口和温度传感器供电端相连；低压侧设有数据接收装置、显示装置和报警装置。

于2006年3月29日公开的中国专利文献CN1753045涉及一种无线温度监测系统，包括至少一个无线测温模块，无线管理主机；所述的无线测温模块包括依次连接的温度传感器、放大电路单元、模数转换单元、射频发射单元，所述的温度传感器用于采集现场温度大小，所述的放大电路单元用于将温度信号放大，所述的模数转换单元用于将放大的温度信号数字化转换，所述的射频发射单元将处理完的数字信号发送；所述的无线管理主机包括CPU、射频收发单元和显示单元，所述的射频接收单元和显示单元与CPU连接，所述的射频接收单元接收无线测温模块发送的信号，经过CPU处理后由所述的显示单元进行显示。

于2006年5月3日公开的中国专利文献CN2777661涉及一种配变电设备在线温度无线监测系统，该系统能够远距离非接触读取监测点的温度测量数据，自动把采集的温度数据传输到计算机进行集中存储管理，即时分析，自动报警，从而解决大范围、复杂工业现场环境下设备工作温度的自动实时监测难题。该监测系统主要由主动式无线温度传感器、无线温度数据接收机、温度数据分析处理计算机三部分组成，主动式无线温度传感器安装在配变电设备需要测温的监测点上，无线温度数据接收机布置在配变电站内，温度数据分析处理计算机安装在配变电站主控室，主动式无线温度传感器与无线温度数据接收机之间通过无线电相连，温度数据分析处理计算机与无线温度数据接收机之间通过工业现场总线相连。

上述现有技术的不足之处在于，温度传感器在变电站电力电气设备的高压环境中容易过早老化，引起测温发生偏差，导致错误监测和报警。其次，多点同时发送接受无线信号，容易造成相互间的干扰，导致监测错误。

发明内容

本发明的目的是提供一种监测误差小、不易受干扰的变电站电力电气设备温度监测系统及其工作方法。

实现本发明目的中的一种变电站电力电气设备温度监测系统，包括：工控机、无线通讯终端和用于检测变电站电力电气设备中的各监测点的表面温度的多个无线测温单元；工控机的通讯端与无线通讯终端的数字信号通讯端相连；无线通讯终端用于与各无线测温单元进行实时无线通讯；无线测温单元包括CPU、温度传感单元、温度校准单元和无线收发模块；温度传感单元的温度信号输出端与CPU的温度信号输入端相连，用于检测监测点处的表面温度；温度校准单元的温度信号输出端与CPU的校准信号输入端相连，用于检测距离监测点5至20cm处的温度；CPU的通讯端与无线收发模块的数字信号端双向电连接；CPU根据所述温度传感单元和温度校准单元测得的温度计算出两者的温度差值，然后送入无线收发模块的数字信号端，无线收发模块将所述温度差值转换为无线信号发出；无线通讯终端接收该无线信号并经转换后得出所述温度差值，然后送入工控机的通讯端；工控机根据该温度差值判断所测的监测点的表面温度是否正常，并在发现异常时报警。

上述技术方案中，温度传感单元包括：依次相连的设于检测变电站电力电气设备中的各监测点的表面的温度传感器、信号调理电路和模数转换电路；模数转换电路的数字信号输出端接CPU的温度信号输入端；温度校准单元包括：依次相连的设于距离所述监测点5至20cm处的温度传感器、信号调理电路和模数转换电路；模数转换电路的数字信号输出端接CPU的校准信号输入端。

上述技术方案中，所述温度传感器为铂热电阻温度传感器。

上述技术方案中，无线通讯终端包括CPU、与CPU的无线通讯端相连的无线收发模块、与CPU的串口通讯端相连的RS-485串口电路、与CPU的程序数据端相连的用于存储控制程序的EEPROM和用于控制无线通讯终端处于停止状态和工作状态的开关电路。

上述技术方案中，无线测温单元还包括与CPU的程序数据端相连的用于存储控制程序的EEPROM和与CPU的开关控制输入端相连的用于控制无线测温单元处于停止状态和工作状态的开关电路。

上述技术方案中，无线通讯终端具有多个，在各无线通讯终端和工控机之间至少设有一个通讯管理单元；通讯管理单元包括ARM、与ARM的视频信号输出端相连的液晶显示屏LCD、与ARM的控制信号输入端相连的键盘、与ARM的报警信号输出端相连的报警电路、与ARM的程序数据端相连的用于存储控制程序的FLASH ROM、与ARM的网络通讯端相连的以太网接口电路和与ARM的串口通讯端相连的RS-485串口电路；各无线通讯终端通过RS-485总线与通讯管理单元的RS-485串口电路相连；通讯管理单元的以太网接口电路与工控机的通讯端相连。

实现本发明目的的上述变电站电力电气设备温度监测系统的工作方法，包括如下步骤：

a、将无线测温单元中温度传感单元的温度传感器设置在被测点或被测带电物体表面上，将温度校准单元的温度传感器设置在距离被测点或被测带电物体5至20cm处；所述两温度传感器测得的温度信号分别经信号条理和模数转换后分别送至CPU的温度信号输入端和校准信号输入端；CPU计算出两温度传感器测得的温度差值；

b、无线通讯终端的无线收发模块逐一向各无线测温单元发出查询信号，以依次循环接收各无线测温单元测得的温度差值；

c、当上述无线测温单元的CPU通过无线收发模块测得来自无线通讯终端的所述询问信号指向本单元时，CPU将所述温度差值送入无线收发模块的数字信号端，无线收发模块将所述温度差值转换为无线信号发出；

d、无线通讯终端的无线收发模块接收所述无线信号，CPU得出所述温度差值，并送入工控机的通讯端；工控机根据该温度差值判断所测的监测点的表面温度是否正常，并在发现异常时报警并作记录。

上述技术方案中，所述步骤b中的询问信号含有用于指向各无线测温单元的标识码；当无线测温单元测得来自无线通讯终端的询问信号时，无线测温单元的CPU判断所述询问信号中的标识码是否指向本单元；若所述标识码指向本单元，则CPU控制无线收发模块将所述温度差值信号发出；若所述标识码不指向本单元，则CPU等待下一个询问信号。

上述技术方案中，在多个无线通讯终端和工控机之间设有通讯管理单元；当无线通讯终端的接收得来自无线测温单元的无线信号时，无线通讯终端中的CPU得出所述温度差值，并送至通讯管理单元；同时，通讯管理单元将该温度差值送至工控机；通讯管理单元中的ARM将所述温度差值与预设值进行比较；当所述温度差值大于预设值时，ARM控制报警电路报警并作记录；工控机根据该温度差值与预设值进行比较，以判断所测的监测点的表面温度是否正常，并在发现异常时报警并作记录。

本发明具有积极的效果：(1)本发明中，变电站电力电气设备温度监测系统的无线测温单元使用双传感器方式工作，其一设置在被测点或被测带电物体上，用于直接测算被测点或被测物体的温度；另一个传感器安装稍远离被测点或被测物体(如5至20cm)处，以避免接收被测点的温度辐射。本发明采用几乎能同步老化的两个传感器进行温度监测，并根据所述两个传感器进行温度差值判断所测的监测点的表面温度是否正常，并在发现异常时报警，从而解决就传感器老化后测温偏差大的问题。(2)本发明中，各无线通讯终端通过RS-485总线与通讯管理单元通讯，最大传输距离可以达到1.2km，可同时连接的无线通讯终端的个数达32个，且高灵敏度、抗干扰性能好。通讯管理单元与工控机所处的以太网相连，适于远程通讯和监控。(3)本发明中，铂热电阻温度传感器适于直接设置在被测点或被测带电物体上，具有灵敏度高、稳定性强、耐腐蚀、寿命长、安装方便等优点。(4)本发明的变电站电力电气设备温度监测系统的工作方法中，无线通讯终端与各无线测温单元之间的无线通讯采用循环逐一问答方式，避免了各无线测温单元之间的相互干扰，提高了系统可靠性和稳定性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明实施例1中的变电站电力电气设备温度监测系统的结构示意框图；

图2为本发明实施例2中的变电站电力电气设备温度监测系统的结构示意框图；

图3为本发明的变电站电力电气设备温度监测系统中的无线测温单元的电路框图；

图4为本发明的变电站电力电气设备温度监测系统中无线通讯终端的电路框图；

图5为本发明的变电站电力电气设备温度监测系统中通讯管理单元的电路框图；

图6为本发明的变电站电力电气设备温度监测系统中无线测温单元的工作流程框图；

图7为本发明的变电站电力电气设备温度监测系统中无线通讯终端的工作流程框图。

具体实施方式

实施例1：

见图1，本实施例的变电站电力电气设备温度监测系统，包括：工控机1、无线通讯终端3和用于检测变电站电力电气设备中的各监测点的表面温度的多个无线测温单元4。工控机1的通讯端与无线通讯终端3的数字信号通讯端相连；无线通讯终端3用于与各无线测温单元4进行实时无线通讯。

见图3，无线测温单元4包括：CPU4-4、温度传感单元4-0、温度校准单元4-00和无线收发模块4-5、与CPU4-4的开关控制输入端相连的用于控制无线测温单元4处于停止状态和工作状态的开关电路4-6和与CPU4-4的程序数据端相连的用于存储控制程序的EEPROM4-7。

温度传感单元4-0的温度信号输出端与CPU4-4的温度信号输入端相连，用于检测监测点处的表面温度；温度校准单元4-00的温度信号输出端与CPU4-4的校准信号输入端相连，用于检测距离监测点5至20cm处的温度；CPU4-4的通讯端与无线收发模块4-5的数字信号端双向电连接；CPU4-4根据所述温度传感单元4-0和温度校准单元4-00测得的温度计算出两者的温度差值，然后送入无线收发模块4-5的数字信号端，无线收发模块4-5将所述温度差值转换为无线信号发出；无线通讯终端3接收该无线信号并经转换后得出所述温度差值，然后送入工控机1的通讯端；工控机1根据该温度差值判断所测的监测点的表面温度是否正常，并在发现异常时报警。

所述监测点或被测带电物体包括变电站的刀闸口、刀闸口两侧、母线、高压输电线、电缆接点等处。

仍见图3，温度传感单元4-0包括：依次相连的设于检测变电站电力电气设备中的各监测点的表面的温度传感器4-1、信号调理电路4-2和模数转换电路4-3；模数转换电路4-3的数字信号输出端接CPU4-4的温度信号输入端。温度校准单元4-00包括：依次相连的设于距离所述监测点5至20cm处的温度传感器4-10、信号调理电路4-20和模数转换电路4-30；模数转换电路4-30的数字信号输出端接CPU4-4的校准信号输入端。

所述温度传感器4-1和4-10为铂热电阻温度传感器。

见图4，无线通讯终端3包括：CPU3-2、与CPU3-2的无线通讯端相连的无线收发模块3-3、与CPU3-2的串口通讯端相连的RS-485串口电路3-1、与CPU3-2的程序数据端相连的用于存储控制程序的EEPROM3-5和用于控制无线通讯终端3处于停止状态和工作状态的开关电路3-4。

见图6-7，上述变电站电力电气设备温度监测系统的工作方法，包括如下步骤：

a、将无线测温单元4中温度传感单元4-0的温度传感器4-1设置在被测点或被测带电物体表面上，将温度校准单元4-00的温度传感器4-10设置在距离被测点或被测带电物体5至20cm处；所述两温度传感器4-1和4-10测得的温度信号分别经信号条理和模数转换后分别送至CPU4-4的温度信号输入端和校准信号输入端；CPU4-4计算出两温度传感器4-1和4-10测得的温度差值；

b、无线通讯终端3的无线收发模块3-3逐一向各无线测温单元4发出查询信号，以依次循环接收各无线测温单元4测得的温度差值；

c、当上述无线测温单元4的CPU4-4通过无线收发模块4-5测得来自无线通讯终端3的所述询问信号指向本单元时，CPU4-4将所述温度差值送入无线收发模块4-5的数字信号端，无线收发模块4-5将所述温度差值转换为无线信号发出；

d、无线通讯终端3的无线收发模块3-3接收所述无线信号，CPU3-2得出所述温度差值，并送入工控机1的通讯端，工控机1根据该温度差值判断所测的监测点的表面温度是否正常，并在发现异常时报警并作记录。

所述步骤b中的询问信号含有用于指向各无线测温单元4的标识码；当无线测温单元4测得来自无线通讯终端3的询问信号时，无线测温单元4的CPU4-4判断所述询问信号中的标识码是否指向本单元；若所述标识码指向本单元，则CPU4-4控制无线收发模块4-5将所述温度差值信号发出；若所述标识码不指向本单元，则CPU4-4等待下一个询问信号。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例还可有如下变形：

见图2，在多个无线通讯终端3和工控机1之间设有通讯管理单元2；工控机1与通讯管理单元2通过以太网相连；通讯管理单元2与多个无线通讯终端3通过RS-485总线相连。每个变电站设置至少1个通讯管理单元2，以通过以太网与其他变电站内的通讯管理单元2构成一个监测网，便于集中监测。每个配电室设置至少1个无线通讯终端3，无线通讯终端3的个数由被监测点数和无线接收的范围决定。当一个配电室内被监测点数超过60个时，为确保监测效率，可适当增加一个或多个无线通讯终端3。通讯管理单元2可以有多个，如各配电室中的无线通讯终端3共为50个时，根据RS-485总线的规则，通讯管理单元2至少采用2个。

见图5，通讯管理单元2包括ARM2-1、与ARM2-1的视频信号输出端相连的液晶显示屏LCD2-4、与ARM2-1的控制信号输入端相连的键盘2-5、与ARM2-1的报警信号输出端相连的报警电路2-6、与ARM2-1的程序数据端相连的用于存储控制程序的FLASH ROM2-7、与ARM2-1的网络通讯端相连的以太网接口电路2-2和与ARM2-1的串口通讯端相连的RS-485串口电路2-3；各无线通讯终端3通过RS-485总线与通讯管理单元2的RS-485串口电路2-3相连；通讯管理单元2的以太网接口电路2-2与工控机1的通讯端相连。

当无线通讯终端3的接收得来自无线测温单元4的无线信号时，无线通讯终端3中的CPU3-2得出所述温度差值，并送至通讯管理单元2；同时，通讯管理单元2将该温度差值送至工控机1；通讯管理单元2中的ARM2-1将所述温度差值与预设值进行比较；当所述温度差值大于预设值时，ARM2-1控制报警电路2-6报警并作记录；工控机1根据该温度差值与预设值进行比较，以判断所测的监测点的表面温度是否正常，并在发现异常时报警并作记录。

Claims (9)

1、一种变电站电力电气设备温度监测系统，包括：工控机(1)、无线通讯终端(3)和用于检测变电站电力电气设备中的各监测点的表面温度的多个无线测温单元(4)；工控机(1)的通讯端与无线通讯终端(3)的数字信号通讯端相连；无线通讯终端(3)用于与各无线测温单元(4)进行实时无线通讯；其特征在于：无线测温单元(4)包括CPU(4-4)、温度传感单元(4-0)、温度校准单元(4-00)和无线收发模块(4-5)；温度传感单元(4-0)的温度信号输出端与CPU(4-4)的温度信号输入端相连，用于检测监测点处的表面温度；温度校准单元(4-00)的温度信号输出端与CPU(4-4)的校准信号输入端相连，用于检测距离监测点5至20cm处的温度；CPU(4-4)的通讯端与无线收发模块(4-5)的数字信号端双向电连接；CPU(4-4)根据所述温度传感单元(4-0)和温度校准单元(4-00)测得的温度计算出两者的温度差值，然后送入无线收发模块(4-5)的数字信号端，无线收发模块(4-5)将所述温度差值转换为无线信号发出；无线通讯终端(3)接收该无线信号并经转换后得出所述温度差值，然后送入工控机(1)的通讯端；工控机(1)根据该温度差值判断所测的监测点的表面温度是否正常，并在发现异常时报警。

2、根据权利要求1所述的变电站电力电气设备温度监测系统，其特征在于：

温度传感单元(4-0)包括：依次相连的设于检测变电站电力电气设备中的各监测点的表面的温度传感器(4-1)、信号调理电路(4-2)和模数转换电路(4-3)；模数转换电路(4-3)的数字信号输出端接CPU(4-4)的温度信号输入端；

温度校准单元(4-00)包括：依次相连的设于距离所述监测点5至20cm处的温度传感器(4-10)、信号调理电路(4-20)和模数转换电路(4-30)；模数转换电路(4-30)的数字信号输出端接CPU(4-4)的校准信号输入端。

3、根据权利要求2所述的变电站电力电气设备温度监测系统，其特征在于：所述温度传感器(4-1，4-10)为铂热电阻温度传感器。

4、根据权利要求2所述的变电站电力电气设备温度监测系统，其特征在于：无线通讯终端(3)包括CPU(3-2)、与CPU(3-2)的无线通讯端相连的无线收发模块(3-3)、与CPU(3-2)的串口通讯端相连的RS-485串口电路(3-1)、与CPU(3-2)的程序数据端相连的用于存储控制程序的EEPROM(3-5)和用于控制无线通讯终端(3)处于停止状态和工作状态的开关电路(3-4)。

5、根据权利要求2或3所述的变电站电力电气设备温度监测系统，其特征在于：无线测温单元(4)还包括与CPU(4-4)的程序数据端相连的用于存储控制程序的EEPROM(4-7)和与CPU(4-4)的开关控制输入端相连的用于控制无线测温单元(4)处于停止状态和工作状态的开关电路(4-6)。

6、根据权利要求1-4之一所述的变电站电力电气设备温度监测系统，其特征在于：无线通讯终端(3)具有多个，在各无线通讯终端(3)和工控机(1)之间至少设有一个通讯管理单元(2)；通讯管理单元(2)包括ARM(2-1)、与ARM(2-1)的视频信号输出端相连的液晶显示屏LCD(2-4)、与ARM(2-1)的控制信号输入端相连的键盘(2-5)、与ARM(2-1)的报警信号输出端相连的报警电路(2-6)、与ARM(2-1)的程序数据端相连的用于存储控制程序的FLASH ROM(2-7)、与ARM(2-1)的网络通讯端相连的以太网接口电路(2-2)和与ARM(2-1)的串口通讯端相连的RS-485串口电路(2-3)；各无线通讯终端(3)通过RS-485总线与通讯管理单元(2)的RS-485串口电路(2-3)相连；通讯管理单元(2)的以太网接口电路(2-2)与工控机(1)的通讯端相连。

7、上述变电站电力电气设备温度监测系统的工作方法，包括如下步骤：

a、将无线测温单元(4)中温度传感单元(4-0)的温度传感器(4-1)设置在被测点或被测带电物体表面上，将温度校准单元(4-00)的温度传感器(4-10)设置在距离被测点或被测带电物体5至20cm处；所述两温度传感器(4-1，4-10)测得的温度信号分别经信号条理和模数转换后分别送至CPU(4-4)的温度信号输入端和校准信号输入端；CPU(4-4)计算出两温度传感器(4-1，4-10)测得的温度差值；

b、无线通讯终端(3)的无线收发模块(3-3)逐一向各无线测温单元(4)发出查询信号，以依次循环接收各无线测温单元(4)测得的温度差值；

c、当上述无线测温单元(4)的CPU(4-4)通过无线收发模块(4-5)测得来自无线通讯终端(3)的所述询问信号指向本单元时，CPU(4-4)将所述温度差值送入无线收发模块(4-5)的数字信号端，无线收发模块(4-5)将所述温度差值转换为无线信号发出；

d、无线通讯终端(3)的无线收发模块(3-3)接收所述无线信号，CPU(3-2)得出所述温度差值，并送入工控机(1)的通讯端；工控机(1)根据该温度差值判断所测的监测点的表面温度是否正常，并在发现异常时报警并作记录。

8、根据权利要求7所述的变电站电力电气设备温度监测系统的工作方法，其特征在于：所述步骤b中的询问信号含有用于指向各无线测温单元(4)的标识码；当无线测温单元(4)测得来自无线通讯终端(3)的询问信号时，无线测温单元(4)的CPU(4-4)判断所述询问信号中的标识码是否指向本单元；若所述标识码指向本单元，则CPU(4-4)控制无线收发模块(4-5)将所述温度差值信号发出；若所述标识码不指向本单元，则CPU(4-4)等待下一个询问信号。

9、根据权利要求7或8所述的变电站电力电气设备温度监测系统的工作方法，其特征在于：在多个无线通讯终端(3)和工控机(1)之间设有通讯管理单元(2)；当无线通讯终端(3)的接收得来自无线测温单元(4)的无线信号时，无线通讯终端(3)中的CPU(3-2)得出所述温度差值，并送至通讯管理单元(2)；同时，通讯管理单元(2)将该温度差值送至工控机(1)；

通讯管理单元(2)中的ARM(2-1)将所述温度差值与预设值进行比较；当所述温度差值大于预设值时，ARM(2-1)控制报警电路(2-6)报警并作记录；

工控机(1)根据该温度差值与预设值进行比较，以判断所测的监测点的表面温度是否正常，并在发现异常时报警并作记录。

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