CN102967381A - 基于wsn技术的高压开关设备温度在线监测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于WSN技术的高压开关设备温度在线监测装置及其方法，包括发射部分电源电路、温度采集电路、发射部分微处理器、无线发射电路、无线接收电路、接收部分的微处理器、接收部分的显示电路和接收部分电源电路，本发明提供一种不需外接电源，而是利用高压开关流过的大电流通过电磁耦合的方法获得电源供电电能，同时利用WSN技术实现一种在线监测高压开关设备接点温升的装置及其方法，进而对高压开关触头故障进行诊断，保障电力系统的安全运行的装置。

Description

基于WSN技术的高压开关设备温度在线监测装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种利用WSN技术解决在线监测高压开关设备触点温升情况，进而对高压开关设备故障进行诊断，保障电力系统的安全运行。

背景技术

为了保证电力系统的安全运行，电力系统热故障诊断受到人们的普遍重视，高压母线在过负荷运行或高压开关的触头接触不良时，因接触电阻变大，在负载电流流过时会产生发热现象，此发热现象引起绝缘老化甚至击穿，从而引发短路，形成重大事故，造成重大经济损失。

在采用电力电缆输配电的供电系统中，有统计表明，90％以上的电缆运行故障是由接头故障引发的，接头接触电阻变大、过负荷等引起接头温度过高，是引发故障的主要原因。北京电科院调查和统计表明：整个90年代中国电力系统配电电压等级开关事故中温升故障占到8.9％，因此，检测和监视高压开关触点、母线和高压电缆接头的温度，提前发现和排除热故障隐患，对电力系统的安全可靠运行具有非常重要的意义。

国内外对于这方面技术的研究，根据传感器和被测对象接触与否，分为接触式测温和非接触式测温两种方法。非接触式测温方法采用热红外检测技术，它是根据物体相对辐射强度和温度之间存在一定的函数关系而制成的，其优点是测量范围大，准确度高，但是在实际应用中由于视角和仪器本身距离系数的限制而存在很大的局限性，红外测温仪的另外一个缺点是需要人工巡检，有时还会收到天气等因素的影响，它无法检测封闭在机柜内的高压开关触点，无法实现高压设备和温度在线检测的一体化集成。接触式测温方法则比较多，主要有以下几种：(1)色温片法，采用色片(也称示温记录标签)，其受热后发生一系列化学和物理变化，由分子结构的改变，导致反射光的颜色发生变化，根据其颜色即可判断温度，缺点是准确度低、可靠性差，不能进行定量测量，而且对高压开关触点等来说，在封闭机柜内运行时几乎看不见颜色；(2)光纤测温技术，美国路克公司在美国电力研究所(EPRI)的资助下，研制了专为电力系统应用而开发生产监测变压器绕组温度的荧光光纤测温装置，这是一种全新的在线监测高压电气设备内部温度的技术，光纤具有良好的电气绝缘性能和抗电磁干扰能力，同时可以将探头埋设在电力设备内部的高压选定部位，直接测出该点的实际温度变化，但是光纤测温仪价格昂贵，光纤测温仪的安装和改造比较麻烦，长期运行后光纤的绝缘老化，引起高低压侧相互击穿问题，在国内光纤测温技术尚未推广使用；(3)其它接触测温：国内也出现过多种在线接触式测温方案，主要是把温度传感器安装在开关触头上，通过无线射频技术或光强调制技术把温度信号送到地面，然后由地面计算机对温度信号进行处理，这些方案无一例外都存在着如何给温度传感器供电的问题，通常有以下几种供电方式(1)电池法：最大缺点无法保证在整个高压侧非检修期正常供电；(2)光电池法：高压侧传感器使用硅光电池，由地面低压侧提供光源，从而使传感器得电，缺点是不易安装和安装后由于硅光电池面积过大影响高压侧的相间绝缘；(3)低压侧供电：缺点是存在着低压侧和高压侧相互馈电和击穿的潜在可能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题及其方法是提供一种不需外接电源，而是利用高压开关流过的大电流通过电磁耦合的方法获得电源供电电能，同时利用WSN技术实现一种在线监测高压开关设备接点温升的装置及其方法，进而对高压开关触头故障进行诊断，保障电力系统的安全运行的装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于WSN技术的高压开关设备温度在线监测装置及其方法，包括发射部分电源电路、温度采集电路、发射部分微处理器、无线发射电路、无线接收电路、接收部分的微处理器、接收部分的显示电路和接收部分电源电路。

温度采集电路安装在靠近被测高压开关触头位置与铜导体接触，温度采集电路与发射部分微处理器相连接，温度采集电路采集到的温度信号送到发射部分微处理器进行处理，发射部分微处理器将处理后的温度信号调制后送到无线发射电路进行无线发射，通信协议为Zigbee协议，可以自由组网，无线接收电路将接收到来自无线发射电路的温度信号解调后送到接收部分的微处理器处理，接收部分的微处理器与接收部分的显示电路连接，接收部分的微处理器将处理后的温度值送到接收部分的显示电路进行显示，接收部分的电源电路分别与无线接收电路、接收部分的微处理器和接收部分的显示电路连接为它们提供电源。

利用高压开关设备在触臂上流过的大电流时，通过电磁耦合的方法获得电源供电电能的一种在线监测高压开关设备接点温升的装置，发射部分电源电路由电流感应线圈和高导磁材料的小截面铁芯组成，铁芯截面为30平方毫米左右，电流感应线圈绕在硅钢材料的铁芯上，具体圈数需根据被测电流值大小按一定比例确定，导磁硅钢材料的铁芯制成环状用绝缘材料密封后，套装在被测开关触头位置，这样电流感应线圈中就耦合出被开关触头流过的大电流，电流感应线圈输出端的两根引线与电压转换模块连接，为发射部分的微处理器提供电源。

数据无线通信协议为Zigbee协议。

本发明具有积极的效果：(1)本发明的基于WSN技术的高压开关设备温度在线监测装置中，采用小CT磁饱和技术使发射部分电源电路实现了较宽的电流范围50A-5000A均可提供稳定的工作电压。(2)本发明的基于WSN技术的高压开关设备温度在线监测装置，无线发射采用Zigbee协议，微功率发射对其它设备不会产生干扰，同时实现了高压温度监测端与显示仪表端完全隔离。(3)本发明的基于WSN技术的高压开关设备温度在线监测装置，温度采集部分浇注在不同规格的圆形套铜内，安装时只需套在断路器动触臂上，安装极为方便。

附图说明

图1为实施例1的温度采集部分原理图。

图2为实施例1的温度显示部分的原理图。

具体实施方式

见图1、图2所示，本实施例的基于WSN技术的高压开关设备温度在线监测装置，包括发射部分电源电路1、温度采集电路2、发射部分微处理器3、无线发射电路4、无线接收电路5、接收部分的微处理器6、接收部分的显示电路7和接收部分电源电路8。

温度采集电路2安装在靠近被测高压开关触头位置与铜导体接触，温度采集电路2与发射部分微处理器3相连接，温度采集电路2采集到的温度信号送到发射部分微处理器3进行处理，发射部分微处理器3将处理后的温度信号调制后送到无线发射电路4进行无线发射，通信协议为Zigbee协议，可以自由组网，无线接收电路5将接收到来自无线发射电路4的温度信号解调后送到接收部分的微处理器6处理，接收部分的微处理器6与接收部分的显示电路7连接，接收部分的微处理器6将处理后的温度值送到接收部分的显示电路7进行显示，接收部分的电源电路8分别与无线接收电路5、接收部分的微处理器6和接收部分的显示电路7连接为它们提供电源。

利用高压开关设备在触臂上流过的大电流时，通过电磁耦合的方法获得电源供电电能的一种在线监测高压开关设备接点温升的装置，发射部分电源电路1由电流感应线圈和高导磁材料的小截面铁芯组成，铁芯截面为30平方毫米左右，电流感应线圈绕在硅钢材料的铁芯上，具体圈数需根据被测电流值大小按一定比例确定，导磁硅钢材料的铁芯制成环状用绝缘材料密封后，套装在被测开关触头位置，这样电流感应线圈中就耦合出被开关触头流过的大电流，电流感应线圈输出端的两根引线与电压转换模块连接，为发射部分的微处理器3提供电源。

数据无线通信协议为Zigbee协议。

温度采集电路中温度的采集可以采用数字式温度传感器AD590、LM92，也可以采用热敏电阻(例如10KΩ、35KΩ)完成。

上述如此结构构成的本发明基于WSN技术的高压开关设备温度在线监测装置及其方法的技术创新，对于现今同行业的技术人员来说均具有许多可取之处，而确实具有技术进步性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.基于WSN技术的高压开关设备温度在线监测装置及其方法，其特征在于，包括发射部分电源电路(1)、温度采集电路(2)、发射部分微处理器(3)、无线发射电路(4)、无线接收电路(5)、接收部分的微处理器(6)、接收部分的显示电路(7)和接收部分电源电路(8)；温度采集电路(2)安装在靠近被测高压开关触头位置与铜导体接触，温度采集电路(2)与发射部分微处理器(3)相连接，温度采集电路(2)采集到的温度信号送到发射部分微处理器(3)进行处理，发射部分微处理器(3)将处理后的温度信号调制后送到无线发射电路(4)进行无线发射，通信协议为Zigbee协议，可以自由组网，无线接收电路(5)将接收到来自无线发射电路(4)的温度信号解调后送到接收部分的微处理器(6)处理，接收部分的微处理器(6)与接收部分的显示电路(7)连接，接收部分的微处理器(6)将处理后的温度值送到接收部分的显示电路(7)进行显示，接收部分的电源电路(8)分别与无线接收电路(5)、接收部分的微处理器(6)和接收部分的显示电路(7)连接为它们提供电源。

2.如权利要求1所述的基于WSN技术的高压开关设备温度在线监测装置及其方法，其特征在于，利用高压开关设备在触臂上流过的大电流时，通过电磁耦合的方法获得电源供电电能的一种在线监测高压开关设备接点温升的装置，发射部分电源电路(1)由电流感应线圈和高导磁材料的小截面铁芯组成，铁芯截面为30平方毫米左右，电流感应线圈绕在硅钢材料的铁芯上，具体圈数需根据被测电流值大小按一定比例确定，导磁硅钢材料的铁芯制成环状用绝缘材料密封后，套装在被测开关触头位置，这样电流感应线圈中就耦合出被开关触头流过的大电流，电流感应线圈输出端的两根引线与电压转换模块连接，为发射部分的微处理器(3)提供电源。

3.如权利要求1所述的基于WSN技术的高压开关设备温度在线监测装置及其方法，其特征在于，数据无线通信协议为Zigbee协议。

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