CN102566621A - 一种电力设备无线温度监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力设备无线温度监控系统，包括若干个安装于所需监控的电力设备的测温点上的测温螺栓、与测温螺栓通过无线网络连接的数据收集终端、与所述的数据收集终端相连的测温工作站以及与所述测温工作站连接的测温管理WEB服务器。本发明能够对电力设备的温度进行全自动的实时监控测量；温度测量准确，精度高，不受环境变化影响；温度测量范围大；安装使用方便，测温螺栓易于安装不会对电力设备本身产生任何影响；此外只需在被测物上进行一次安装，长期使用无需更换；能够对连续温度测量的数据进行保存，便于分析出设备运行中不易发现的故障，能够保证电力设备的正常运行，减少维修次数，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度。

Description

一种电力设备无线温度监控系统

技术领域

本发明涉及电力设备领域，尤其涉及一种电力设备无线温度监控系统。

背景技术

对电力设备温度的监测是目前国内外正在研究的一个非常重要的难题。

下面以电力设备中的高压开关柜来举例说明在对电力设备温度监测的重要性。

高压开关柜作为电力系统中非常重要的电气设备。现代电力系统对电能质量的要求越来越高，相应地对高压开关柜的可靠性也提出了更高的要求。随着电网的发展和设备技术的提高，10kV、35kV系统开关柜在电网中已大量使用。而开关柜的内部过热现象已成为开关柜使用中的常见问题，由于开关柜体的密闭性，在一些负荷较重的地区，存在开关柜的温升超标问题。开关柜的温升超标，直接影响设备的安全稳定运行，而且，过热问题是一个不断发展的过程，如果不加以控制，过热程度会不断加剧，并对绝缘件的性能及设备寿命产生很大的影响。目前，对电力系统使用的开关柜都需要通过型式试验，尤其对温升的要求比较严格。运行中，负荷通常都不会达到开关柜的设计满容量，开关柜的温升问题应该不会很突出，但是实际情况并不尽然。开关柜内部实际温升情况，尤其是母排连接等部位，通常总是比型式试验测出的数据高。主要有以下几点原因：

(1)型式试验测得数据通常在试验室完成，持续时间不长，一般不超过8小时，不具备温升累积效应，不能等同于长期运行并持续发热的设备。

(2)不同金属的膨胀效应不同。钢制螺栓的金属膨胀系数要比铜质、铝质母线小得多，尤其是螺栓型设备接头，在运行中随着负荷电流及温度的变化，其铝或铜与铁的膨胀和收缩程度将有差异而产生蠕变，也就是金属在应力的作用下缓慢的塑性变形，蠕变的过程还与接头处的温度有很大的关系。实践证明，当接头处的运行工作温度超过80℃时，接头金属将因过热而膨胀，使接触表面位置错开，形成微小空隙而氧化。当负荷电流减小温度降低回到原来接触位置时，由于接触面氧化膜的覆盖，不可能是原安装时金属间的直接接触。每次温度变化的循环所增加的接触电阻，将会使下一次循环的热量增加，所增加的温度又使接头的工作状况进一步变坏，因而形成恶性循环。

(3)连接部位紧固螺栓压力不当。部分安装或检修人员在导体连接上认为连接螺栓拧得愈紧愈好，其实不然。特别是铝质母线，弹性系数小，当螺母的压力达到某个临界压力值时，若材料的强度差，再继续增加不当的压力，将会造成接触面部分变形隆起，反而使接触面积减少，接触电阻增大，从而影响导体接触效果。

(4)选用的导体材料电导率不满足要求，多数属于导体原材料纯度不够。

(5)现场的其它因素，比如可能存在安装检修工艺不当，如母线在加工、连接、安装过程中，对母线接触表面处理不到位、不平整、不光滑、没有涂专用电力脂等，导致有效接触面积减少接触电阻增大而发热。

由此可见，要测量这些触点的温度并将数据实时传出并非易事。目前，常用的测量方法主要有以下两种：

(1)接触式的贴温标签法，例如，在母线接头和开关触点的表面涂一层随温度变化而改变颜色的材料如感温腊，通过观察其颜色变化来大致确定温度范围。这种方法准确度低、可读性差，不能进行定量和实时测量，并且需要人员定期巡视。

(2)非接触式的红外测温法，例如，利用红外测量仪，操作人员定时手持仪器对准母线接头和高压开关触点进行测量。这种设备价格高、操作困难，无法在强光线条件下对室外设备进行准确测量，而且仍然无法做到实时检测，另外，红外成像仪无法透过柜门测量内部设备，开关柜运行时必须关闭柜门，导致红外方式无法测量。

这两种方法都存在着一些问题：

1)不能实现全自动实时监测；

2)温度测量不准确，容易受环境影响；

3)无法得出设备温度连续变化的规律。

实现电力设备温度自动检测是非常迫切的需要，目前全自动实时监控出了有前面提到的红外测温法，还有光纤测温法，即，光纤式温度测温仪采用光纤传递信号，其温度传感器安装在带电物体的表面，测温仪与温度传感器间用光纤连接。光纤具有易折，易断、不耐高温。积累灰尘后易使绝缘性降低，且在柜内布线难度较大，造价高。存在的问题有：安装维护困难、安全性欠佳、温度测量不准确，易受环境影响以及封闭系统无法测温。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种电力设备无线温度监控系统，它能够对电力设备的温度进行全自动的实时监控测量；温度测量准确，精度高，不受环境变化影响；温度测量范围大；安装使用方便，测温螺栓易于安装不会对电力设备本身产生任何影响；此外只需在被测物上进行一次安装，长期使用无需更换；能够对连续温度测量的数据进行保存，便于分析出设备运行中不易发现的故障，能够保证电力设备的正常运行，减少维修次数，提高电力系统的运行可靠性和自动化程度。

实现上述目的的技术方案是：一种电力设备无线温度监控系统，其中，它包括若干个安装于所需监控的电力设备的测温点上的测温螺栓、与所述的测温螺栓通过无线网络连接的数据收集终端、与所述的数据收集终端相连的测温工作站以及与所述测温工作站连接的测温管理WEB服务器，其中：

所述的测温螺栓每隔设定的时间自动测量所在位置的温度，并将测得的温度数据用无线信号发送输出给所述的数据收集终端；

所述的数据收集终端自动接收测温螺栓发送的温度数据，并在收到测温工作站的读取命令后把收到的温度数据上传至测温工作站；

所述的测温工作站定时循环地读取数据收集终端中收集的温度数据，并写入本地存贮器中作长期保存；

所述的测温管理WEB服务器处理测温工作站发出的温度异常报警，以及查询、统计、打印本系统测量的全部数据。

上述的电力设备无线温度监控系统，其中，每个测温螺栓具有唯一的编号，并且每一测温螺栓需要被记录其安装地点，并与编号一起存入测温工作站的配置文件中。

上述的电力设备无线温度监控系统，其中，所述的测温工作站具有一RS485通信接口板和一RJ45通信接口，它通过RS485通信接口板与各数据收集终端有线连接，通过RJ45通信接口和局域网络相连以将数据输出给所述的测温管理WEB服务器。

上述的电力设备无线温度监控系统，其中，所述的测温管理WEB服务器与若干个WEB浏览器用户端相连。

上述的电力设备无线温度监控系统，其中，所述的测温管理WEB服务器还通过GSM网络和/或CDMA网络向若干个手机用户发送手机短信报警信息。

上述的电力设备无线温度监控系统，其中，所述的测温螺栓的外形为螺栓的形状，它包括固定在一起的具有螺纹的螺杆部以及螺帽部，所述的螺帽部的内部设置有一取电处理模块，所述的螺杆部的内部设置有一测温模块。

上述的电力设备无线温度监测系统，其中，所述的测温模块包括相连的测温电路和地址码/随机码发生器，所述的取电处理模块包括依次相连的高压感应取电电路、贮蓄电能电路、触发电路、小型微处理器以及高频发射电路，所述的贮蓄电能电路还输出信号给所述的DC/DC转换电路，所述的地址码/随机码发生器输出信号给所述的小型微处理器，所述的高频发射电路与所述的数据收集终端相连，其中：

所述的测温电路检测测温点上的温度，并将检测到的温度数据发送给所述的地址码/随机码发生器；

所述的地址码/随机码发生器对于检测到的温度数据，识别该测温螺栓的地址码，并将该地址码连同温度数据发送给所述的小型微处理器；

所述的高压感应取电电路采集测温点所在的高压线对接地回路的电流，并将采集到的电流输出给所述的贮藏电能电路；

所述小型微处理器对采集到的温度数据进行处理，处理后将信息通过所述的高频发射电路发射至所述的数据收集终端。

上述的电力设备无线温度监测系统，其中，所述的小型微处理器对数据的处理包括将数据进行A/D转换，存储地址码/随机码发生器发出的地址码信息以及记录当前测温螺栓所在的位置。

本发明的有益效果是：本发明的测温螺栓采用螺栓的形式，便于安装，直接通过螺栓与被测物体连接，感温准确；通过无线方式将数据传输到数据收集终端，解决了绝缘问题；直接通过高压感应取电，实现完全无源设计，保障安全；在高电压、高温度、强磁场以及极强的电磁干扰环境中，能够实现对测温点的测温，解决了电子测量装置在上述恶劣环境条件下的适应性。本发明具有如下优点：

①采用先进的数字化及无线传输技术，独特的绝缘性能，使用方便经济。无需传感器内部经过特殊工艺处理，温度参数变化通过无线传输方式到收发基站。接收到的温度信号准确可靠。无论是安装、运行、维修都会高度安全、可靠。不会对一次设备产生任何干扰和影响。

②标准化设计，可方便扩展与其它系统互连，费用低廉，安装灵活。从温度信息采集到数据处理、通信自成系统，即可单路，又可多路；可与电力系统综合自动化系统相连接，也可和电力系统的局域网、广域网相连接，融入电力自动化综合控制系统。

③保证使用距离情况下，采用超低功耗设计，测温螺栓使用无源供电，省去了电池，提高了测温头的可靠性.

④测温螺栓不但具有良好的绝缘性还有极强的抗电磁干扰能力，运行安全、可靠、准确性高。

⑤省去了冗长繁琐的连线，系统安装简洁方便。

⑥测温螺栓采用了普通六角螺栓的结构设计，除了外形和普通六角螺栓在厚度上有不同之外，其它是几乎一样，它是和螺栓一样也是旋在铜牌线上，除了可以确保和铜牌完全紧接触之外，还有一个优点就是，利用特制的绝缘操作棒，可以带电更换测温头。

⑦每个测温螺栓具有唯一的ID号，当测温模块被监测点温度的同时，把其自身的编号(ID号)也传输出来，这些数据最终被传输到小型微处理器时，小型微处理器根据事先在数据库中保存的测温螺栓编号与安装地点对应关系，自动显示各监测点的温度。这一特点非常适合变电站具有大量监测点的应用要求，提高了系统的自动化程度，减轻了人工测温时需要大量手工记录的问题.

⑧每天24小时连续在线监测，测温螺栓每隔约30分钟自动采集一次监测点的温度数据，当温度发生异常变化时立即向外发送报警信号。这样系统既能采集到设备的连续温度变化曲线，又能降低采集器的功耗，使测温螺栓的使用寿命最多可达十年以上。测温工作站自动收集并存储所有监测点的温度数据，当发现异常时立即报警。解决了传统试温片、红外线等测温方法需要人工到现场扫描造成测温延误的问题.

⑨具有趋势分析功能，对每个监测点测得的温度数据作长时间保存记录，并实时进行分析。对温度变化呈现逐步升高的监测点，在温度没有达到上限值之前，事先进行预警，把故障消除在萌芽状态。

附图说明

图1是本发明的电力设备无线温度监控系统的系统结构示意图；

图2是本发明中的测温螺栓的结构示意图；

图3是本发明中的测温螺栓的内部原理图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，图中示出了本发明的一种电力设备无线温度监控系统，它包括若干个安装于所需监控的电力设备的测温点上的测温螺栓1、与测温螺栓1通过无线网络连接的数据收集终端2、与数据收集终端2相连的测温工作站3以及与测温工作站3连接的测温管理WEB服务器4，其中：

测温螺栓1，是一种无线温度传感器，在每一个需要监测温度的节点上安装一个测温螺栓1，每隔设定的时间自动测量所在位置的温度，并将测得的温度数据用无线信号发送输出给数据收集终端2，本实施例中采用433MHZ的无线FSK(频移键控)通信，每个测温螺栓1具有唯一的16b it s编号构成的ID号(编号)，实际使用时需要分配、记录每个传感器的安装地点，并与编号一起存入测温工作站3的配置文件中。

数据收集终端2，自动接收测温螺栓1发送的温度数据，并在收到测温工作站3的读取命令后把收到的温度数据上传至测温工作站3，受无线通信距离的限制，理论上为几百米，实际只有几十米，每个数据收集终端2只管理一组测温螺栓1，这些测温螺栓1的ID需要事先配置保存到数据收集终端2的八ash存储器中，本实施例中，一对即两个数据收集终端2可以收集499个测温螺栓1发出的温度数据。数据手机终端2具备显示和报警功能，能将测温数据进行现场处理；也可以是便携式终端对数据进行采集和处理。

测温工作站3，测温工作站3为一台工控计算机，定时循环地读取数据收集终端2中收集的温度数据，并写入本地存贮器中作长期保存，每个变电站只需设立一个测温工作站3，测温工作站具有一RS485通信接口板(图中未示出)和一RJ45通信接口(图中未示出)，它通过RS485通信接口板与各数据收集终端2有线连接，通过RJ45通信接口和局域网络31相连，可根据测温管理WEB服务器4的指令，实时的把数据送出给测温管理WEB服务器4。

测温管理WEB服务器4，处理测温工作站发出的温度异常报警，以及查询、统计、打印本系统测量的全部数据。测温管理WEB服务器4与各测温工作站3之间通过局局域网络31的RJ45接口方式通信，同时，由于采用了WEB方式处理使得用户在查询，操作的处理的时候，不用专用的电脑，不用安装用户端程序，只要他的电脑在网上，只要在IE浏览器中输入服务器地址即可完成所有的操作。

测温管理WEB服务器4与若干个WEB浏览器用户端5相连，还可设置手机短信报警功能，通过GSM网络和/或CDMA网络61向若干个手机用户6发送手机短信报警信息。

请参阅图2和图3，图中示出了本发明中的测温螺栓1，测温螺栓1的外形为螺栓的形状，它包括固定在一起的具有螺纹的螺杆部100以及螺帽部200，螺帽部200的内部设置有一取电处理模块12，螺杆部100的内部设置有一测温模块11。

测温模块11包括相连的测温电路111和地址码/随机码发生器112，取电处理模块12包括依次相连的高压感应取电电路121、贮蓄电能电路122、触发电路123、小型微处理器124以及高频发射电路125，贮蓄电能电路122还输出信号给DC/DC(直流转直流)转换电路126，地址码/随机码发生器112输出信号给小型微处理器124，高频发射电路125与数据收集终端2相连，其中：

测温电路11，采用的型号为MF58-103-3950A，它检测测温点上的温度，并将检测到的温度数据发送给地址码/随机码发生器112；

地址码/随机码发生器112，采用的型号为16F676，地址码/随机码发生器112对于检测到的温度数据，识别该测温螺栓1的地址码，并将该地址码连同温度数据发送给小型微处理器124；

高压感应取电电路121采集测温点所在的高压线对接地回路的电流，并将采集到的电流输出给贮藏电能电路122，该电路利用高压电具有电场的特点，通过电位差来取电，实现了无源的特点；

贮蓄电能电路122可以采用一电容来蓄能，当电能升高到工作电路所需的电能时，则开始工作，贮蓄的能量放光后则在次通过高压感应取电电路121采集能量来蓄能。

触发电路123触发小型微处理器123工作。

小型微处理器124对采集到的温度数据进行处理，处理后将信息通过高频发射电路125发射至数据收集终端2，小型微处理器124对数据的处理包括将数据进行A/D(模拟/数字)转换，存储地址码/随机码发生器112发出的地址码信息以及记录当前测温螺栓1所在的位置。

高频发射电路125采用315M的高频发射电路。

综上所述，本发明是一种无线测温系统，采用先进成熟的传感技术和独特先进的无线通讯技术进行高压隔离和信号传输，利用其固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能，从根本上解决了高压开关柜内触点运行温度不易监测的难题。具有极高的可靠性和安全性，隔离彻底，价格低廉，安装简便，可以安装到每台高压开关柜上，无线传输记录入电力网络系统，实现远程预警功能。在中心监控室内就可以实时监视运行设备的温度状况，真正做到了远距离遥测，当被测点温度超过预先设定的数值时，就发出报警信号及时提醒有关人员采取措施。

通过连续监测高压开关柜内接点的运行温度，可确定触点接头处的过热程度，当发生超温时，发出报警指示。测温螺栓1被安装到开关柜内的带电触头上，实现开关柜温度的集中监测，对过热点进行分析并报警。

本发明可以在发电厂应用，诸如发电厂的锅炉、管线、发电机组、变电设备等有几千个点需要检测的设备。还可以下列领域应用，例如在铁路运输中，每节车厢的轴温检测；钢铁厂以及机械加工业；农业生产中大棚以及冷库的温度检测；各种设备机房的温度检测以及其他大量需要测温的应用。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种电力设备无线温度监控系统，其特征在于，它包括若干个安装于所需监控的电力设备的测温点上的测温螺栓、与所述的测温螺栓通过无线网络连接的数据收集终端、与所述的数据收集终端相连的测温工作站以及与所述测温工作站连接的测温管理WEB服务器，其中：

所述的测温螺栓每隔设定的时间自动测量所在位置的温度，并将测得的温度数据用无线信号发送输出给所述的数据收集终端；

所述的数据收集终端自动接收测温螺栓发送的温度数据，并在收到测温工作站的读取命令后把收到的温度数据上传至测温工作站；

所述的测温工作站定时循环地读取数据收集终端中收集的温度数据，并写入本地存贮器中作长期保存；

所述的测温管理WEB服务器处理测温工作站发出的温度异常报警，以及查询、统计、打印本系统测量的全部数据。

2.根据权利要求1所述的电力设备无线温度监控系统，其特征在于，每个测温螺栓具有唯一的编号，并且每一测温螺栓需要被记录其安装地点，并与编号一起存入测温工作站的配置文件中。

3.根据权利要求1所述的电力设备无线温度监控系统，其特征在于，所述的测温工作站具有一RS485通信接口板和一RJ45通信接口，它通过RS485通信接口板与各数据收集终端有线连接，通过RJ45通信接口和局域网络相连以将数据输出给所述的测温管理WEB服务器。

4.根据权利要求1所述的电力设备无线温度监控系统，其特征在于，所述的测温管理WEB服务器与若干个WEB浏览器用户端相连。

5.根据权利要求1或4所述的电力设备无线温度监控系统，其特征在于，所述的测温管理WEB服务器还通过GSM网络和/或CDMA网络向若干个手机用户发送手机短信报警信息。

6.根据权利要求1所述的电力设备无线温度监控系统，其特征在于，所述的测温螺栓的外形为螺栓的形状，它包括固定在一起的具有螺纹的螺杆部以及螺帽部，所述的螺帽部的内部设置有一取电处理模块，所述的螺杆部的内部设置有一测温模块。

7.根据权利要求1或6所述的电力设备无线温度监测系统，其特征在于，所述的测温模块包括相连的测温电路和地址码/随机码发生器，所述的取电处理模块包括依次相连的高压感应取电电路、贮蓄电能电路、触发电路、小型微处理器以及高频发射电路，所述的贮蓄电能电路还输出信号给所述的DC/DC转换电路，所述的地址码/随机码发生器输出信号给所述的小型微处理器，所述的高频发射电路与所述的数据收集终端相连，其中：

所述的测温电路检测测温点上的温度，并将检测到的温度数据发送给所述的地址码/随机码发生器；

所述的地址码/随机码发生器对于检测到的温度数据，识别该测温螺栓的地址码，并将该地址码连同温度数据发送给所述的小型微处理器；

所述的高压感应取电电路采集测温点所在的高压线对接地回路的电流，并将采集到的电流输出给所述的贮藏电能电路；

所述小型微处理器对采集到的温度数据进行处理，处理后将信息通过所述的高频发射电路发射至所述的数据收集终端。

8.根据权利要求7所述的电力设备无线温度监测系统，其特征在于，所述的小型微处理器对数据的处理包括将数据进行A/D转换，存储地址码/随机码发生器发出的地址码信息以及记录当前测温螺栓所在的位置。

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