CN101614591A - 一种用于高压隔离开关触头的温度监测装置 - Google Patents

Abstract

一种用于高压隔离开关触头的温度监测装置是红外温度传感器通过信号线与数据采集单元相连，数据采集单元和数据存储单元通过数据总线和地址总线与微控制器单元相连，微控制器单元通过I/O芯片与键盘与显示单元相连，时钟单元、环境温度采集单元和声光报警单元通过I/O口与微控制器单元相连，微控制器单元通过控制总线与通讯单元相连接。本发明采用单元集成电路芯片和红外温度传感器，以非接触方式测量触头温度，解决了隔离触头因高压带电测温的安全问题，降低了高压强磁场对监测装置的干扰和影响，同时具有历史存储、时间记录和环境温度采集等功能。本发明结构简单，成本低廉，安全可靠，适用于高压隔离开关以及其它高压电力设备温度监测。

Description

一种用于高压隔离开关触头的温度监测装置

技术领域

本发明涉及一种高压隔离开关触头温度监测装置，特别是包括红外温度传感器、数据采集单元、微控制器单元、数据存储单元、键盘与显示单元、时钟单元、环境温度采集单元、声光报警单元和通讯单元的一种用于高压隔离开关触头的温度监测装置。

技术背景

在电网中，一般电压在1KV以下的电网为低压电网，在3～330KV为高压电网。现有用电设备对供电的可靠性要求越来越高。在高电压、大电流状态下，高压开关柜的工作可靠性与隔离开关触头温升紧密相关。在电网运行过程中，机械振动、触头烧蚀等原因都能使接触条件恶化，接触电阻增加，引起接触点温度升高，加剧接触表面氧化，导致局部熔焊或接触松动处产生电弧放电，最终造成电气设备的损坏甚至停电或引发火灾等重大事故。这类触头过热故障事故一方面来自高压隔离开关本身的质量问题，更重要的原因在于目前缺乏针对隔离开关触头温升的有效监测手段。

现有对高压隔离开关触头温度的检测常采用直接仪表测量，但存在使用不方便、测量不连续、数据不可靠的问题。现有文献公开有西安交通大学杨武博士发表在《中国电机工程学报》2002年第9期题为“基于红外测温技术的高压电力设备温度在线监测传感器的研究”一文中报道：ABB公司研制的“Safe Guard”装置采用石英晶体声表面波元件作为温度敏感元件，直接粘附在待测点上组成振荡回路输出与温度有关的频率信号，然后采用全数字化设计处理电路来监测温度。该装置测温结构烦琐，而且温度敏感元件直接粘附在待测点上，效果及可靠性差；日本电力工业研究中心利用导电连接处的电流路径改变导致周围磁场发生畸变，采用光磁传感器测量触点周围磁场的变化来判断母线连接和气体绝缘开关中的异常接触状况。这种测温结构和测温方法要求传感器有足够的灵敏度，而且电流足够大才能够将电流集中引起的磁场畸变检测出来，因此工作可靠性比较低。

现有红外热成像仪在电力系统中得到了广泛的应用，但由于高压开关柜内部结构复杂，元件之间互相遮挡较多，通过红外图谱间接获取温度数据其准确性不能满足要求，对红外图谱的计算机识别技术水平还不能替代人工识别，自动化程度较底，同时红外热像仪的成本较高。公开号为CN201210092的一种开关柜触头温度监测装置和公开号为G01K7/00(2006.01)I的一种开关柜触头温升在线监测系统都是基于无线传输技术的测温装置，采用温度传感器与触头直接接触并采用无线传输方式获取触头温度，虽然很好的解决了高压隔离问题，但因传感器与触头接触，导致对触头温度场存在一定的干扰，所以在一定程度上影响了测量的准确性。公开号为CN201207000的基于无线传输的高压开关柜红外在线测温装置，缺乏对历史存储、时间记录和环境温度采集功能，从而不能够全面的掌握故障发生时的状态信息。

因此，要想解决上述问题，保证用户长期、稳定、安全的用电，迫切需要一种结构简单、成本较低，而且测量可靠的实时温度监测装置。

发明内容

本发明提供一种用于高压隔离开关触头的温度监测装置，采用红外温度传感器以非接触方式测量触头温度，用以解决隔离开关触头因高压带电直接测温的安全性和可靠性问题，降低在测温过程中高压强磁场对监测装置的干扰和影响问题，进一步提高监测温度装置的可靠性和准确度。

本发明所采取的技术方案包括红外温度传感器、数据采集单元、微控制器单元、数据存储单元、键盘与显示单元、时钟单元、环境温度采集单元、声光报警单元和通讯单元。其构成在于：红外温度传感器是通过信号线与数据采集单元相连接，数据采集单元和数据存储单元是通过数据总线和地址总线与微控制器单元相连接，微控制器单元是通过I/O芯片与键盘与显示单元相连接，时钟单元、环境温度采集单元和声光报警单元是通过I/O口与微控制器单元相连接，微控制器单元是通过控制总线与通讯单元相连接，构成温度监测装置，以非接触方式用于监测高压隔离开关触头的温度状态；

所述的数据采集单元是A/D转换器(U7)输入低三位地址接口与红外温度传感器相连接，输出接口与微控制器单元数据总线相连接，地址接口与微控制器单元地址总线低三位相连接，时钟信号接口与D触发器(U8)分频输出相连接；

所述的微控制器单元是缓存器(U2)一侧接口与微控制器(U1)数据总线相连接，另一侧接口作为低八位地址总线，译码器(U3)地址接口与微控制器高三位地址接口相连接，输出接口分别与芯片A/D转换器、RAM(U4/U5/U6)和I/O芯片(U13)片选接口相连；

所述的数据存储单元是RAM数据接口与微控制器单元数据总线相连接，地址接口与微控制器单元地址总线相连接；

所述的键盘与显示单元是I/O芯片PA口和PB口分别通过缓冲器(U14)和门电路(U10/U15)与显示器相连接，键盘与I/O芯片PC口相连接；

所述的时钟单元是时钟芯片(U11)数据传输线和微控制器I/O接口相连接；

所述的环境温度采集单元是数字温度传感器(U12)数据线与微控制器I/O接口相连接；

所述的声光报警单元是声光报警控制线与微控制器I/O接口相连接；

所述的通讯单元是RS-485电平转换器(U16)通过两路串行总线与微控制器相连接接；

所述的微控制器固化了一个温度监测程序，所述的温度监测程序是由初始化程序、A/D转换子程序、数据处理子程序、时钟子程序、环境温度采集子程序、声光报警子程序、键盘与显示子程序和通讯子程序构成。

本发明实施上述一种用于高压隔离开关触头的温度监测装置所具有的优点与积极效果在于：监测装置采用红外温度传感器，以非接触方式测量触头温度，解决了隔离开关触头因高压带电而不易直接测温的问题，带电直接测温的安全性问题，同时也大大降低了高压强磁场对监测装置的干扰和影响的问题。该装置各单元电路采用集成电路芯片，使得监测装置结构简单、成本低廉，安全可靠，而且增加了历史存储、时间记录以及环境温度采集功能，是一种实时温度监测装置。

与现有技术相比，该装置通过采用计算机控制技术高压开关柜触头温度进行连续监测，解决了过去长期依靠人工巡检而导致的数据采集不及时、判断标准不够准确、没有现场预警提示、不适合自动化作业的问题，从而避免了变电站的人工巡检，降低了维护人员的工作强度，提高了运行管理的智能化程度，加快了设备运行状态的信息反馈，缩短了故障判断和处理的时间，提高了高压开关柜乃至电力系统运行的可靠性，减少了因停电造成的经济损失，并为实现无人值守变电站创造了条件。

该温度监测装置不仅适用于高压隔离开关，而且对其它高压电力设备温度监测也具有适用价值，因此，该装置具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的监测装置结构图；

图2是本发明的微控制器单元电路原理图；

图3是本发明的数据采集单元电路原理图；

图4是本发明的数据存储单元电路原理图；

图5是本发明的键盘与显示单元电路原理图；

图6是本发明的时钟单元/环境温度采集单元/声光报警单元电路原理图；

图7是本发明的通讯单元电路原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施例来进一步详细描述本发明提出的一种用于高压隔离开关触头的温度监测装置，本专业的普通技术人员在阅读了本实施例后，能够理解和实施本发明，同样，本具体实施例也能够带来如上述的优点和积极效果，实现本发明所述目的。

实施例一

如图1，一种用于高压隔离开关触头的温度监测装置是由红外温度传感器、数据采集单元、微控制器单元、数据存储单元、键盘与显示单元、时钟单元、环境温度采集单元、声光报警单元和通讯单元构成。红外温度传感器直接对准隔离开关触头获取被测物体的红外温度信号，其它各单元电路集中在一块电路板上完成相应的模块功能，其中红外温度传感器通过信号传输线与电路板上的数据采集单元相连，数据采集单元和数据存储单元通过数据总线和地址总线与微控制器单元相连，微控制器单元通过I/O芯片与键盘与显示单元相连，时钟单元、环境温度采集单元和声光报警单元通过I/O口与微控制器单元相连，微控制器单元通过控制总线与通讯单元相连接，通讯单元预留通讯接口。

对所述的红外温度传感器，是采用红外光作为介质传递温度，把具有热电效应的材料作为探测器来接收被测物体辐射的红外光，通过测量探测器输出的电量，间接地测量被测物体的温度。

对所述的数据采集单元，主要将红外测温探头获取的模拟信号采集并转换成微控制器能直接读取的数字信号。其中A/D转换器(U7)输入接口低三位与红外温度传感器相连，输出接口与微控制器单元数据总线相连，地址接口与微控制器单元地址总线低三位相连，时钟信号接口由微控制器ALE口通过D触发器分频提供，采用微控制器单元译码器的输出口Y3作为A/D转换器的片选线。

对所述的微控制器单元，主要将数据采集单元采集的温度信号进行数据处理，得到其它单元电路所需要的信息。其中微控制器(U1)采用了ATMEL公司的高性能单片机芯片，通过缓存器(U2)实现了数据和地址总线复用，通过译码器(U3)译码为检测单元各功能芯片提供片选地址线，采用按键(SW1)实现监测系统的复位功能。

对所述的数据存储单元，主要将监测的温度进行一定量的历史存储。其中扩展了8K×3容量的数据存储器RAM(U4/U5/U6)，实现了12s一周期监测每相触头温度共存储一天的容量要求。RAM数据接口与微控制器单元数据总线相连，地址接口与微控制器单元地址总线相连，RAM的片选线分别与微控制器单元译码器的输出口Y0、Y1和Y2相连，RAM的读写控制线分别与微控制器单元的读写控制线相连。

对所述的键盘与显示单元：主要将监测的温度信息进行现场显示，并通过按键进行预警温度的参数设置。在单元中，扩展了一片I/O芯片(U13)，I/O芯片PA口和PB口分别通过缓冲器(U14)和门电路(U10/U15)与八位LED显示器相连，I/O芯片PC口与八个键盘相连。LED显示器前三位显示预警温度值，第四位显示相字母，后四位显示监测温度值，其中监测温度值保留一位小数；三个按键采取+1功能控制预警温度设置，三个按键控制三相的温度显示，两个按键用于控制时钟显示和环境温度显示。

对所述的时钟单元，主要获取实测温度时的准确时间值，为故障状态信息查询提供宝贵信息。单元主要包括时钟芯片(U11)，采用三线接口与微控制器的P1.4、P1.5和P1.6口相连，并采用双电源供电方式，保证市电突然掉电后系统时钟单元仍能正常工作。

对所述的环境温度采集单元主要记录高压开关柜内的环境温度，包括数字温度传感器(U12)。数字温度传感器采用单总线与微控制器P1.7口相连。

对所述的声光报警单元主要包括发光管(D1)、喇叭(LS1)和三极管(Q1)。声光报警单元控制线与微控制器P1.2口相连。

对所述的通讯单元：RS-485电平转换芯片(U16)通过两路串行总线与微控制器(U1)相连，预留的收发通讯接口方便与上位机的相连。

对所述的微控制器固化了一个温度监测主程序，包括初始化程序、A/D转换子程序、数据处理子程序、时钟子程序、环境温度采集子程序、声光报警子程序、键盘与显示子程序。温度监测程序先执行初始化程序，然后执行A/D转换程序将模拟信号转换成数字信号，同时调取数据处理程序，对A/D转换的结果进行数字滤波、线性化处理、数据转存和进制转换，接着分别调取时钟子程序和环境温度采集子程序，再调取声光报警子程序看是否需要报警，最后以动态扫描的方式进行LED显示和以查询的方式进行键盘处理程序。主程序12s一个周期即4s进行一个触头温度的监测，保存一天的历史数据。

Claims (1)

1.一种用于高压隔离开关触头的温度监测装置，包括红外温度传感器、数据采集单元、微控制器单元、数据存储单元、键盘与显示单元、时钟单元、环境温度采集单元、声光报警单元和通讯单元，其特征在于：

红外温度传感器是通过信号线与数据采集单元相连接，数据采集单元和数据存储单元是通过数据总线和地址总线与微控制器单元相连接，微控制器单元是通过I/O芯片与键盘与显示单元相连接，时钟单元、环境温度采集单元和声光报警单元是通过I/O口与微控制器单元相连接，微控制器单元是通过控制总线与通讯单元相连接，构成温度监测装置，以非接触方式用于监测高压隔离开关触头的温度状态。

所述的数据采集单元是A/D转换器(U7)输入低三位地址接口与红外温度传感器相连接，输出接口与微控制器单元数据总线相连接，地址接口与微控制器单元地址总线低三位相连接，时钟信号接口与D触发器(U8)分频输出相连接；

所述的微控制器单元是缓存器(U2)一侧接口与微控制器(U1)数据总线相连接，另一侧接口作为低八位地址总线，译码器(U3)地址接口与微控制器高三位地址接口相连接，输出接口分别与芯片A/D转换器、RAM(U4/U5/U6)和I/O芯片(U13)片选接口相连；

所述的数据存储单元是RAM数据接口与微控制器单元数据总线相连接，地址接口与微控制器单元地址总线相连接；

所述的键盘与显示单元是I/O芯片PA口和PB口分别通过缓冲器(U14)和门电路(U10/U15)与显示器相连接，键盘与I/O芯片PC口相连接；

所述的时钟单元是时钟芯片(U11)数据传输线和微控制器I/O接口相连接；

所述的环境温度采集单元是数字温度传感器(U12)数据线与微控制器I/O接口相连接；

所述的声光报警单元是声光报警控制线与微控制器I/O接口相连接；

所述的通讯单元是RS-485电平转换器(U16)通过两路串行总线与微控制器相连接接；

所述的微控制器固化了一个温度监测程序，所述的温度监测程序是由初始化程序、A/D转换子程序、数据处理子程序、时钟子程序、环境温度采集子程序、声光报警子程序、键盘与显示子程序和通讯子程序构成。

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