CN101680931B - 用于总线结构挠性连接器的温度监视器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监视电总线结构上的多个位置的温度监视器。所述温度监视器包括：红外传感器，用于从总线结构上的多个离散预定位置接收红外能量；第一构件，定义固定的第一掩模；第二构件，定义旋转的第二掩模；以及驱动构件，其以相对于所述第一构件旋转的方式驱动所述第二构件。所述第二构件相对于所述第一构件的旋转定义跨所述第一掩模构件平移的孔隙以提供从所述传感器延伸并且扫描到所述总线结构上的每个所述离散预定位置的移动视线。

Description

用于总线结构挠性连接器的温度监视器

技术领域

本发明涉及温度监视器，并且更具体地涉及用于提供在跨相隔离式电总线导体的挠性连接的预定位置处进行的温度测量的温度监视器。

背景技术

大型工业电磁机器、诸如用在发电站的大型发电机以极高的能量水平运行。例如，大型蒸汽动力发电机可能以20000V AC量级的电压和20000A AC量级的电流运行。来自发电机的电功率一般通过功率导体结构而被运送到高电位升压变压器，该功率导体结构包括三个彼此隔离并且通常公知为相隔离式(isolated phase)或等相(isophase)总线结构的大的铜总线结构。每个等相总线结构包括沿总线结构以相间隔的间距定位的由挠性铜带形成的挠性连接。例如，可以存在沿总线结构每隔六到二十英尺定位的挠性带连接。这些挠性连接一般包括具有相对末端的多个重型挠性铜带，所述相对末端被螺栓固定到总线结构的相邻定位的部分上的位置。挠性铜带适应可能由经由总线结构传输的高电流引起的这些结构的热致膨胀。大型蒸汽动力单元可以针对总线结构的相邻部分之间的每个挠性连接具有高达四十个挠性铜带。

沿等相总线结构的温度变化诸如可能由通过总线结构所传导的功率的变化引起，会造成挠性带的任一末端处的螺栓在总线结构膨胀和收缩时松动。在挠性带和总线结构的相邻部分之间的界面处的松动连接将导致松动的带中下降的电流，造成其余适当相连的带因为它们运送松动的带的电流而温度上升，可能导致连接挠性带的螺栓的进一步松动。

挠性带连接被密封在等相总线外壳中，该等相总线外壳包围总线结构并且直径一般为30到60英寸。因而，挠性连接的观测被总线外壳所阻碍，使得很难监视挠性连接的状况。总线结构的最终故障通常突然发生而很少有或没有警报，原因在于仅利用牢固地在适当位置的几个挠性带的操作可能足以避免或最小化跨挠性连接的电压降直到总线结构的故障发生为止。尤其，如果带的故障发展到末端，则可能存在大的电弧，其会爆裂等相总线结构在带故障位置处的部分。最终得到的接地故障会使发电机跳闸。然而，电流会继续流过总线，提供能量以支持电弧，直到发电机转子场中的大量能量已经衰退并被转换成热量为止。用于维修这样的故障的更换件通常很难快速获得，以致总线故障可能导致扩展的非计划断电。

已知的是提供一种用于测量等相总线上的挠性连接的温度的红外监视装置。例如，这样的红外监视装置包括开放孔隙传感器(openaperture sensor)、诸如热电堆，其中孔隙的几何形状提供宽阔的视场。仅孔隙的视场的小部分包括挠性带，并且视场的相对较大部分包括总线外壳的内表面。因而，外壳的内表面的温度变化比挠性带具有高得多的能量输出，所述外壳的内表面的温度变化比挠性带的温度的甚至巨大的变化对监视设备的读数产生较大的影响。

在上述监视技术的可替代实施方式中，红外透镜位于孔隙处以使传感器所见的视场变窄，并且因而限制对挠性带的区域的视场。尽管红外透镜的添加对于使监视挠性带的视场变窄而言是有效的，但是仍然存在与这种技术相关联的消极因素，包括红外透镜的成本显著增加了系统的花费。另外，红外透镜通常具有波长带，其中在所述波长带所述红外透镜不通过红外辐射，并且透镜提供暴露的光学表面，该暴露的光学表面可能收集灰尘和/或尘埃从而由于经过透镜透射到传感器的能量降低而造成错误的低温测量。而且，即使在添加红外透镜的情况下，监视装置仍然只提供跨位于透镜的视场中的所有带所进行的平均温度测量，而不是使能够实现处于连接中的各个带的温度测量。

发明内容

依据本发明的一个方面，提供一种用于监视结构上的多个位置的温度监视器。温度监视器包括：传感器，用于接收指示与所述传感器间隔的多个位置的温度的能量；位于所述传感器和所述多个位置之间的第一构件，所述第一构件定义第一孔隙；以及位于所述传感器和所述多个位置之间的第二构件，所述第二构件定义第二孔隙。所述第一构件和第二构件中的至少一个相对于所述第一构件和第二构件中的另一个可移动以产生所述第一孔隙和第二孔隙之间的相对移动。所述第一孔隙和第二孔隙之间的所述相对移动提供所述传感器和所述多个位置的至少第一位置之间的无阻碍第一视线，以允许所述传感器接收指示所述第一位置的温度的能量。

依据本发明的另一个方面，一种用于监视电总线结构上的多个位置的温度监视器。所述温度监视器包括：红外传感器，用于从总线结构上的多个离散预定位置(discrete predetermined location)接收红外能量；第一构件，包括固定的第一掩模(mask)；第二构件，包括旋转的第二掩模；以及驱动构件，以相对于所述第一构件旋转的方式驱动所述第二构件。所述第二构件相对于所述第一构件的旋转定义跨所述第一掩模构件平移的孔隙以提供从所述传感器延伸并且扫描到所述总线结构上的每个所述离散预定位置的移动视线。

依据本发明的又一个方面，提供一种用于监视电总线结构上的多个位置处的温度的方法。该方法包括下列步骤：在与电导体间隔的位置处提供温度传感器；在所述电导体和所述传感器之间提供掩模结构，所述掩模结构包括第一掩模和第二掩模；通过相对于所述第一掩模移动所述第二掩模来定义从所述传感器到所述电导体的多个视线；以及确定所述电导体上的多个横向间隔(laterally spaced)位置中的每个位置处的温度，其中每个所述位置对应于由从所述传感器延伸并经过所述掩模结构到所述电导体的视线所定义的不同角。

附图说明

虽然说明书以具体指明本发明和清楚要求保护本发明的权利要求结束，但是应认为根据以下结合附图的描述将更好地理解本发明，在附图中相似的附图标记标识相似的元件，且其中：

图1是包括依据本发明的温度监视器的等相总线结构的部分切掉透视图；

图2是说明本发明的温度监视器的分解图；

图3是协作图2的温度监视器的掩模结构的图示说明；

图4是说明图2的温度监视器的位置传感器的图示侧视图；和

图5A-5D是从等相总线结构的电导体上的一系列相邻位置顺序地获取温度读数的温度传感器的操作的图示说明。

具体实施方式

在优选实施例的以下详细描述中，参照附图，所述附图形成详细描述的一部分并且其中为了说明而不是为了限制示出可以实践本发明的特定优选实施例。要理解，可以利用其他实施例并且可以进行改变而不偏离本发明的精神和范围。

参照图1，示出等相总线结构10，其包括在封装或外壳14内由多个绝缘体组件16a、16b、16c、16d所支撑的电总线导体12。在所示的总线结构10中，电导体12被配置成具有正方形横截面并且由四个绝缘体组件16a、16b、16c、16d支撑，然而本发明不限于电导体12的这种特定配置并且依据本文所描述的本发明原理可以包括诸如具有圆形配置的导体之类的其他配置。

电导体12一般由一个或更多挠性连接18形成，所述挠性连接18这里通过一组带20示出，该组带包括在电导体12的纵向间隔的导体部分12a、12b之间沿电导体12的每侧延伸的四个横向间隔的带20a、20b、20c、20d。每个带20a、20b、20c、20d优选地包括挠性铜带并且包括附连到相应导体部分12a、12b的相对末端22、24。末端22、24通常由螺栓26在适当位置紧固在导体部分12a、12b上。挠性连接18适应导体部分12a、12b之间的热致移动，其中当导体部分12a、12b之间的间隙增大和减小时这些组带20会弯曲。

倘若在带20a、20b、20c、20d中的一个或更多的末端22、24处的螺栓连接变松动，则跨松动的带的连接可能发生电流损耗，其中温度相关联地降低，而在挠性连接18处其余带20a、20b、20c、20d的温度成比例增加。为了检测指示松动的带20a、20b、20c、20d中的电流降的这种温度变化，每组带20可以由安装在外壳14上的温度监视器单元28监视。特别地，温度监视器单元28(仅示出两个)可以相对位于挠性连接18处的电导管12的每侧上的每组带20进行安装。

参照图2，温度监视器单元28的分解图被示出并且包括具有内壁32的外罩30。内壁32可以被形成用以定义包括圆形区域的第一掩模构件33。多个细长支撑构件34被附连到内壁32并且提供用于以与内壁32间隔的关系支撑电路板36的固定件。电路板36定义用于在其外侧40支撑驱动构件(诸如电动机38)的固定式基座。可旋转电动机轴42由电动机38驱动并且穿过电路板36中的孔44以支撑定义第二掩模构件48的可旋转圆盘构件46。第一和第二掩模构件33、48被彼此紧密关联地定位以定义掩模结构。电动机轴42沿旋转轴线50延伸，所述旋转轴线居中地延伸经过第一掩模构件33以支撑圆盘构件46用于与第一掩模构件33同心旋转。

第一掩模构件33包括延伸经过内壁32的第一细长孔隙52。第一孔隙52被配置为沿线54(图3)延伸的细长直槽，所述线与旋转轴线50间隔并且通常与第一掩模构件33的切线平行。如图1中所示，当监视器单元28位于外壳14上的可操作位置时，定义第一孔隙52延伸的线54通常与电导体12的纵向轴线56(图1)正交。

如图3中所见，第二掩模构件48包括第二孔隙58，该第二孔隙58被配置成沿从旋转轴线50径向向外的线60与第一孔隙52横切(transversely)延伸的细长直槽。第一孔隙52和第二孔隙58的相对位置是使得当圆盘构件46旋转时第二孔隙58与第一孔隙52交叉以定义四边形视线孔隙62。当第二孔隙58掠过第一孔隙52时该视线孔隙62沿线54在第一孔隙52的长度内移动，以提供从传感器64到挠性连接18的带20a、20b、20c、20d的移动视线。传感器64可以包括用于感测从带20a、20b、20c、20d接收的红外能量的热电堆或等效红外传感器。

参照图4，视线孔隙62的位置可以由位置传感器单元66确定。位置传感器单元66可以包括：编码器轮68(也参见图2)，其被安装到轴42并包括至少一个位置孔隙70；光源72，其被安装到编码器轮68的一侧，诸如被安装到电路板36的内侧74；以及支撑构件76，其将光学传感器78固定在邻近于编码器轮68的与光源72相对的一侧的位置。当圆盘构件46由轴42旋转时，编码器轮68旋转并使位置孔隙70在光源72和光学传感器78之间穿过从而使得传感器78触发作为轴42的旋转位置的指示。电路板36可以包括用于监视轴42的位置以便提供视线孔隙62的相应位置的电路。

应当注意，光源72可以是LED或者任何等效光源。另外，应当理解，本发明不限于所描述的编码器结构并且其他旋转位置感测结构可以被包含在本文所描述的结构中。

参照图5A-5D，视线从温度监视器单元28到相应一组带20上的不同位置的连续移动被图示地参照多个带20a、20b、20c、20d进行说明，所述带被布置成与线79正交，所述线79与纵向轴线56正交地延伸。该线79可以包括与轴42的旋转轴线50基本共线的线。图5A-5D说明了从传感器64到带20a、20b、20c、20d的每个位置的视线的不同角度

。

图5A说明了由62a表示的视线孔隙的第一位置，其定义在传感器64和带20a之间的直视线80a。另外，提供给传感器64的视场基本只包括带20a，并且周围的背景区域基本被挡住(block out)。当圆盘构件46旋转时，视线孔隙移到由62表示的第二位置，其中在传感器和带20b之间定义直视线80b。应当注意，当圆盘构件46旋转到第二孔隙位置62b时，来自第一带20a的能量以及来自带20b周围的基本所有其他背景区域的能量都被挡住，从而基本提供以从其接收能量的带20b居中的有限视场。

类似地，圆盘构件46的进一步旋转使得视线通过两个后续定义的孔隙位置62c和62d，其分别对应于从传感器64延伸到带20c和20d的直视线82c和82d。应当理解，电动机38以足够低的速度驱动轴42以便允许传感器64对由位于经过孔隙62到传感器64定义的视线内的特定带20a、20b、20c、20d所发射的能量做出响应。

由位置传感器单元66生成的信号可以被用来触发在轴42旋转中的预定点处的温度感测操作，诸如在由第一和第二孔隙52、58的交叉形成孔隙62a的第一位置的位置处。电动机38可以包括步进电动机或者其他用于提供轴42的受控旋转的电动机。另外，位置传感器单元66的编码器轮68可以包括多个位置孔隙70，其中例如每个位置孔隙70可以指示视线孔隙位置62a、62b、62c、62d。通过提供与挠性连接18上的多个位置中的每一个相关联的温度测量，可以识别特定过热带20a、20b、20c、20d，并且附加地使每个带20a、20b、20c、20d的趋势温度分析能够提供挠性连接18内的恶化状况的指示。

如果例如这组带20包括附加带，可以提供附加视线孔隙位置，或者用来为除了挠性连接(flexible connection)18上的带20a、20b、20c、20d之外的位置提供温度测量。特别地，可能希望的是从外壳14的内表面获取至少一个温度测量以便参照等相总线结构10的封闭区域的环境或背景温度来调节带20a、20b、20c、20d的温度变化。为了获取背景温度，可以提供延伸到边缘带20a或20d的任一个的侧面的另一个视线孔隙位置以便视线经过电导体12的挠性连接18延伸到外壳14的内壁表面。从外壳14获取的内表面温度可以从所测量的带温度中被减去以提供经调节的带温度测量。

应当注意，第一和第二掩模33、48以及第一和第二孔隙52、58的形状被提供以便于本解释，并且在本发明的范围内可以提供这些部件的可替代形状或配置。例如，孔隙52、58可以被配备跨其长度尺寸变化的形状，其被配置使得在任何给定的温度测量位置处的视线孔隙62的区域等效于在每个其他位置的区域。可替代地，可以提供微处理器以处理来自传感器64的信号并且对孔隙大小的已知变化进行补偿，其中视线孔隙62的已知位置在其沿线54移动时可以以与查找表组合的方式被使用用以对于任何给定位置参照孔隙62的特定已知尺寸特性来调节所测量的温度读数。应当理解，孔隙52、58可以是能够协作以提供从传感器64到空间不同的位置的有限视场。

在该发明的另一修改中，圆盘构件46可以被配备有多个位于围绕圆盘构件46的预定的沿圆周间隔的位置处的孔隙58。在这样的构造中，每当多个孔隙58之一掠过孔隙52，可以获取带20a、20b、20c、20d的温度测量。

温度监视器单元28可以被形成为完全包含的模块，其可以包括上述温度检测结构以及电动机控制器、红外检测电路、处理逻辑和警报逻辑以提供与过热状况对应的报警。单元28可以作为独立监视器被安装在外壳14上的选定位置并且可以以任何选定的配置连接到公用显示器盒以为等相总线结构10提供温度监视系统。

虽然已经说明和描述了本发明的特定实施例，但是对本领域的技术人员显而易见的是在不偏离发明的精神和范围的情况下能够进行各种其他变化和修改。因此旨在在所附权利要求书中覆盖所有落入本发明范围内的这些变化和修改。

Claims (11)

1.一种用于监视结构上的多个位置的温度监视器，所述温度监视器包括：

传感器，用于接收指示与所述传感器间隔的多个位置的温度的能量；

位于所述传感器和所述多个位置之间的第一构件，所述第一构件定义第一孔隙，所述第一孔隙包括第一细长槽；

位于所述传感器和所述多个位置之间的第二构件，所述第二构件定义第二孔隙，所述第二孔隙包括第二细长槽；

所述第一构件和第二构件中的至少一个能相对于所述第一构件和第二构件中的另一个移动以产生所述第一孔隙和第二孔隙之间的相对移动；以及

其中所述第一孔隙和第二孔隙之间的所述相对移动提供所述传感器和所述多个位置的至少第一位置之间的无阻碍第一视线，允许所述传感器接收指示所述第一位置的温度的能量，

其中所述第一细长槽和第二细长槽在彼此横切的方向上延长，

其中所述第一孔隙和第二孔隙之间的所述相对移动使所述第二细长槽在视线孔隙处与所述第一细长槽交叉，并且使所述视线孔隙沿着所述第一细长槽的长度行进。

2.根据权利要求1所述的温度监视器，其中所述第一构件和第二构件之间的连续相对移动阻碍所述第一位置和所述传感器之间的所述第一视线以防止所述传感器接收来自所述第一位置的能量。

3.根据权利要求2所述的温度监视器，其中所述第一构件和第二构件之间的所述连续相对移动提供所述多个位置的第二位置和所述传感器之间的第二无阻碍视线，允许所述传感器接收指示所述第二位置的温度的能量。

4.根据权利要求3所述的温度监视器，其中所述第一构件和第二构件中的至少一个以相对于所述第一构件和第二构件中的另一个旋转移动的方式被驱动。

5.根据权利要求1所述的温度监视器，其中所述多个位置包括多个横向间隔构件并且包含位置指示构件，该位置指示构件提供每个所述横向间隔构件和所述传感器之间的视线的位置的指示。

6.根据权利要求5所述的温度监视器，包含所述传感器提供所述传感器和与所述横向间隔构件相间隔的至少一个位置之间的视线以接收指示背景温度的能量。

7.根据权利要求6所述的温度监视器，其中所述横向间隔构件包括电总线结构中的多个间隔传导带。

8.根据权利要求1所述的温度监视器，其中所述传感器包括红外传感器。

9.一种监视包括电导体的电总线结构上的多个位置处的温度的方法，所述方法包括下列步骤：

在与电导体处于间隔关系的位置处提供温度传感器；

在所述电导体和所述传感器之间提供掩模结构，所述掩模结构包括第一掩模和第二掩模；

通过相对于所述第一掩模移动所述第二掩模，定义从所述传感器到所述电导体的多个视线；以及

确定所述电导体上的多个横向间隔位置中的每一个处的温度，其中每个所述位置对应于由从所述传感器延伸并经过所述掩模结构到所述电导体的视线所定义的不同角，

其中所述第一掩模包括第一细长槽，所述第二掩模包括第二细长槽，并且所述第一细长槽和第二细长槽在彼此横切的方向上延长，

其中相对于所述第一掩模移动所述第二掩模的所述步骤使所述第二细长槽在视线孔隙处与所述第一细长槽交叉，并且使所述视线孔隙沿着所述第一细长槽的长度行进。

10.根据权利要求9所述的方法，其中相对于所述第一掩模移动所述第二掩模的所述步骤包括旋转所述第二掩模。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述电导体上的所述间隔位置包括间隔传导带。

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