CN103267578A - 电力高压电缆接头非接触式红外测温系统和测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力高压电缆接头非接触式红外测温系统和测温方法，包括非接触式红外测温装置、非接触红外测温探头，所述非接触式红外测温装置包括嵌入式处理单元、载波通信模块、据存储单元、超级电容供电组、SDI通信模块，所述嵌入式处理单元分别与载波通信模块、数据存储单元、超级电容供电组、SDI通信模块相连，非接触红外测温装置通过SDI通信模块与非接触红外测温探头相连，实现温度数据的采集；通过对分支箱及开关柜或高压接点非接触式温度的测量、监视、统计分析，运行人员能够全面掌握分支箱及开关柜或高压接点工作状况，并在温度急剧升高达到极限温度时，发出报警信号提醒有关人员紧急处理，避免或减少故障的发生。

Description

电力高压电缆接头非接触式红外测温系统和测温方法

技术领域

本发明涉及发电厂和变电站的高压开关柜和电缆分支箱连接部位测温技术领域，尤其涉及一种电力高压电缆接头非接触式红外测温系统和测温方法。

背景技术

在电力系统中，发电厂和变电站的高压开关柜和电缆分支箱是保障供电稳定可靠的重要的设备。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。在电网的运行过程中，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，最终造成电器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柜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。

通过监测高压开关柜和电缆分支箱内触点温度的运行情况，可有效防止开关柜的火灾发生，但由于开关柜内高压的结构，无法进行人工巡查测温，因此实现温度在线监测是保证高压开关柜安全运行的重要手段。

长期以来，高压开关柜和电缆分支箱内触头运行温度很难监测，这是因为柜内具有裸露高压，通常的温度测量方法不能使用。红外在线温度监测采用红外温度监测传感器进行非接触测量，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。

现有技术中对高压开关触头温度的监测有时采用直接仪表测量，存在着使用不方便、测量不连续，数据不可靠的问题。例如公开号为CN201210092的专利技术，提供了一种开关柜触头温升在线监测系统，它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的专利技术，提供一种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。

公开号为CN200910074969.2的专利技术，提供一种用于高压隔离开关触头的温度监测装置，该装置只能实现区域内单点温度监测，不能全面反映所监测的开关柜和电缆分支箱的温度状态。高压开关柜和电缆分支箱内触点温度一般同时需要检测好几个接头或触头，需要的传感器数目也要增加。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术存在的上述不足，提供一种电力高压电缆接头非接触式红外测温系统；本发明针对高压开关柜和电缆分支箱内触点温度的运行情况，通过非接触红外测温装置和非接触红外测温探头配合来实现，通过对分支箱及开关柜或高压接点非接触式温度的测量、监视、统计分析，运行人员能够全面掌握分支箱及开关柜或高压接点工作状况，并在温度急剧升高达到极限温度时，发出报警信号提醒有关人员紧急处理，避免或减少故障的发生。

本发明还提供提供一种用于电力高压隔离的非接触式红外测温的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电力高压电缆接头非接触式红外测温系统，包括非接触式红外测温装置、非接触红外测温探头，所述非接触式红外测温装置包括嵌入式处理单元、载波通信模块、据存储单元、超级电容供电组、SDI通信模块，所述嵌入式处理单元分别与载波通信模块、数据存储单元、超级电容供电组、SDI通信模块相连，非接触红外测温装置通过SDI通信模块与非接触红外测温探头相连，实现温度数据的采集。

嵌入式处理单元具有两路UART接口,供电电压范围1.8-3.6V,嵌入式处理单元负责与监控主机及嵌入式处理从单元的通信、以及温度数据的缓存和超级电容供电单元充放电控制。

载波通信模块采用通信与电源共线传输，电源载波通信，通信速率为300-9600BPS。负责命令和温度数据与监控主机的传输。

数据存储单元采用铁电存储器，容量为8×8K,低电压供电2.7-3.65V。功耗低，负责暂存温度数据。

非接触红外测温探头包括MCU单元、非接触测温单元、SDI总线和串口转换单元、SDI总线和电源接口、电源转换单元；其中，MCU单元通过I2C总线与非接触测温单元相连，实现温度数据的实时采集；MCU单元通过串口数据线TXD和RXD与SDI总线和串口转换单元相连，将采集到的温度数据通过SDI总线和串口转换单元的SDI总线发出；SDI总线和串口转换单元与SDI总线和电源接口相连，通过接口单元电路一方面将温度数据通过SDI总线发送给非接触红外测温装置，另一方面从非接触红外测温装置获得供电电源；电源转换单元与SDI总线和电源接口相连，获得供电后，通过电源转换电路将供电电源转换成其它模块单元电路所需的电源电压。

非接触测温单元采用MELEXIS传感器芯片，利用它集成64个红外热电堆和信号处理电路，并具有-50℃到300℃测温范围内出厂校准化，可同时感测1～64个点的物体温度，实现对视场内物体表面温度分布视场矩阵式监视，非接触红外测温探头负责对物体温度的原始数据采集。

超级电容供电组负责储存能量，在启动温度采集时提供SDI通信模块、嵌入式处理从单元和红外阵列温度传感器工作所需要的电能。SDI通信模块负责通信电平的转换，实现嵌入式处理单元和非接触红外测温探头的数据交互。

所述超级电容供电组由四组超级电容供电单元级联而成，其中第一组超级电容供电单元通过二极管5D1与电源输入VIN连接，第二组超级供电单元的输入与第一组超级电容供电单元的输出连接，第二级超级供电单元的输出与第三组超级供电单元的输入连接，第四组超级供电单元的输入与第三组超级供电单元的输出连接，第四组超级电容供电单元的输出连接到二极管5TVS1的一端，二极管5TVS1的另一端连接到二极管5D2的正极，二极管5D2的负极为输出端VOUT。超级电容供电单元通过级联来提供给其它单元工作所需电压，每个超级电容充电饱和以后的电压在2.7V～2.88V之间，通过四级超级电容级联，达到输出电压VOUT为11.8V～12.55V之间。

所述电源输入VIN与二极管5D1的正极连接，二极管5D1的负极输出连接第一组超级电容供电单元，第一组超级电容供电单元包括芯片5U1、电阻5R1、电阻5R2、超级电容5E1、MOS管5Q1，所述二极管5D1的负极分别与芯片5U1的3脚、电阻5R1及电阻5R2的一端、以及超级电容5E1的正极相连，芯片5U1的输出1脚与电阻5R1的另一管脚相连、同时与MOS管5Q1的栅极连接，MOS管5Q1的漏极与电阻5R2的另一端连接，5U1的管脚2与MOS管5Q1的源极、以及超级电容5E1的负极连接，作为第一级超级电容供电单元的输出，同时是第二级超级电容供电单元的输入。

第二级超级供电单元的输入连接第一级超级供电单元的输出，第二级超级供电单元包括芯片5U2、电阻5R3、电阻5R4、超级电容5E2、MOS管5Q2，所述超级电容5E2的负极与芯片5U2的3脚、，电阻5R3及电阻5R4的一端、以及超级电容5E2的正极相连，芯片5U2的输出1脚与电阻5R3的另一管脚相连、同时与MOS管5Q2的栅极连接，MOS管5Q2的漏极与电阻5R4的另一端连接，5U2的管脚2与MOS管5Q2的源极、以及超级电容5E2的负极连接，作为第二级超级电容供电单元的输出，同时是第三级超级电容供电单元的输入。

第三级超级供电单元的输入连接第二级超级供电单元的输出，所述第三级超级供电单元包括芯片5U9、电阻5R17、电阻5R18、超级电容5E9、MOS管5Q9，所述超级电容5E9的负极与芯片5U9的3脚、电阻5R17及电阻5R18的一端、以及超级电容5E9的正极相连，芯片5U9的输出1脚与电阻5R17的另一管脚相连、同时与MOS管5Q9的栅极连接，MOS管5Q9的漏极与电阻5R18的另一端连接，5U9的管脚2与MOS管5Q9的源极、以及超级电容5E9的负极连接，作为第三级超级电容供电单元的输出，同时是第四级超级电容供电单元的输入。

第四级超级供电单元的输入连接第三级超级供电单元的输出，所述第四级超级供电单元包括超级电容5E10、芯片5U10、电阻5R19、5R20、MOS管5Q10，所述超级电容5E10的负极与芯片5U10的3脚、电阻5R19及电阻5R20的一端、以及超级电容5E10的正极相连，芯片5U10的输出1脚与电阻5R19的另一管脚相连、同时与MOS管5Q10的栅极连接，MOS管5Q10的漏极与电阻5R20的另一端连接，5U10的管脚2与MOS管5Q10的源极、以及超级电容5E10的负极连接，作为第四级超级电容供电单元的输出，输出后连接到二极管5TVS1的一端，5TVS1的另一端连接到二极管5D2的正极，5D2的负极输出VOUT。

一种电力高压电缆接头非接触式红外测温的方法，包括以下步骤：

1）在靠近电缆分支箱及高压开关柜电缆接头位置，安装非接触红外测温装置；

2）根据所监测点的区域大小，在各个角度放置多个非接触红外测温探头，通过非接触红外测温探头矩阵式的测温方式，实现对监测点的矩阵式监测。

其中每个非接触红外测温探头的测量范围为垂直视场0～16度、水平视场0～60度，通过多个非接触红外测温探头的配合，实现电缆接头和高压开关柜温度的全方位非接触测试。

本发明的有益效果：

1.本发明针对高压开关柜和电缆分支箱内触点温度的运行情况，通过对分支箱及开关柜或高压接点非接触式温度的测量、监视、统计分析，运行人员能够全面掌握分支箱及开关柜或高压接点工作状况，并在温度急剧升高达到极限温度时，发出报警信号提醒有关人员紧急处理，避免或减少故障的发生；

2.本发明可靠性好，功能完善，能够提高分支箱及开关柜或高压接点运行可靠性、减少故障发生次数、降低故障损失；

附图说明

图1为本发明的非接触红外测温装置和非接触红外测温探头连接示意图；

图2为非接触红外测温装置组成示意图；

图3为非接触红外测温探头组成示意图；

图4为非接触矩阵式红外温度测量视场示意图；

图5为超级电容供电组电路图；

其中，1.非接触红外测温装置，2.非接触红外测温探头，3.嵌入式处理单元，4.载波通信模块，5.数据存储单元，6.超级电容供电单元，7.SDI通信模块.8.MCU单元，9.SDI总线和串口转换单元，10.SDI总线和电源接口，11.非接触测温单元，12.电源转换单元。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1，一种电力高压电缆接头非接触式红外测温的方法，通过非接触红外测温装置和非接触红外测温探头配合来实现。非接触红外测温装置和非接触红外测温探头之间通过SDI总线进行数据通信，同时，非接触红外测温装置负责给非接触红外测温探头提供工作所需的电源。每个非接触红外测温装置可以挂载1～32个非接触红外测温探头。

如图2，一种电力高压电缆接头非接触式红外测温系统，包括非接触式红外测温装置、非接触红外测温探头，所述非接触式红外测温装置包括嵌入式处理单元3、载波通信模块4、据存储单元5、超级电容供电单元6、SDI通信模块7，所述嵌入式处理单元3分别与载波通信模块4、数据存储单元5、超级电容供电单元6、SDI通信模块7相连，非接触红外测温装置通过SDI通信模块7与非接触红外测温探头相连，实现温度数据的采集。

嵌入式处理单元3具有两路UART接口,供电电压范围1.8-3.6V,嵌入式处理单元3负责与监控主机及嵌入式处理从单元的通信、以及温度数据的缓存和超级电容供电单元6充放电控制。

载波通信模块4采用通信与电源共线传输，电源载波通信，通信速率为300-9600BPS。负责命令和温度数据与监控主机的传输。

数据存储单元5采用铁电存储器，容量为8×8K,低电压供电2.7-3.65V。功耗低，负责暂存温度数据。

超级电容供电单元6负责储存能量，在启动温度采集时提供SDI通信模块7、嵌入式处理从单元和红外阵列温度传感器工作所需要的电能。

SDI通信模块7负责通信电平的转换，实现嵌入式处理单元3和非接触红外测温探头2的数据交互。

如图3，非接触红外测温探头包括MCU单元8、非接触测温单元11、SDI总线和串口转换单元9、SDI总线和电源接口10、电源转换单元12；其中，MCU单元8通过I2C总线与非接触测温单元11相连，实现温度数据的实时采集；MCU单元8通过串口数据线TXD和RXD与SDI总线和串口转换单元9相连，将采集到的温度数据通过SDI总线和串口转换单元9的SDI总线发出；SDI总线和串口转换单元9与SDI总线和电源接口10相连，通过接口单元电路一方面将温度数据通过SDI总线发送给非接触红外测温装置1，另一方面从非接触红外测温装置1获得供电电源；电源转换单元12与SDI总线和电源接口10相连，获得供电后，通过电源转换电路将供电电源转换成其它模块单元电路所需的电源电压。

非接触测温单元11采用MELEXIS传感器芯片，利用它集成64个红外热电堆和信号处理电路，并具有-50℃到300℃测温范围内出厂校准化，可同时感测1～64个点的物体温度，实现对视场内物体表面温度分布视场矩阵式监视，如图4所示为非接触矩阵式红外温度测量视场矩阵式监视界面示意图。非接触红外测温探头，负责对物体温度的原始数据采集。

如图5所示，所述超级电容供电组由四组超级电容供电单元级联而成，其中第一组超级电容供电单元通过二极管5D1与电源输入VIN连接，第二组超级供电单元的输入与第一组超级电容供电单元的输出连接，第二级超级供电单元的输出与第三组超级供电单元的输入连接，第四组超级供电单元的输入与第三组超级供电单元的输出连接，第四组超级电容供电单元的输出连接到二极管5TVS1的一端，二极管5TVS1的另一端连接到二极管5D2的正极，二极管5D2的负极输出VOUT。每个超级电容充电饱和以后的电压在2.7V～2.88V之间，通过四级超级电容级联，达到输出电压VOUT为11.8V～12.55V之间。

所述电源输入VIN与二极管5D1的正极连接，二极管5D1的负极输出连接第一组超级电容供电单元，第一组超级电容供电单元包括芯片5U1、电阻5R1、电阻5R2、超级电容5E1、MOS管5Q1，所述二极管5D1的负极分别与芯片5U1的3脚、电阻5R1及电阻5R2的一端、以及超级电容5E1的正极相连，芯片5U1的输出1脚与电阻5R1的另一管脚相连、同时与MOS管5Q1的栅极连接，MOS管5Q1的漏极与电阻5R2的另一端连接，5U1的管脚2与MOS管5Q1的源极、以及超级电容5E1的负极连接，作为第一级超级电容供电单元的输出，同时是第二级超级电容供电单元的输入。

第二级超级供电单元的输入连接第一级超级供电单元的输出，第二级超级供电单元包括芯片5U2、电阻5R3、电阻5R4、超级电容5E2、MOS管5Q2，所述超级电容5E2的负极与芯片5U2的3脚、，电阻5R3及电阻5R4的一端、以及超级电容5E2的正极相连，芯片5U2的输出1脚与电阻5R3的另一管脚相连、同时与MOS管5Q2的栅极连接，MOS管5Q2的漏极与电阻5R4的另一端连接，5U2的管脚2与MOS管5Q2的源极、以及超级电容5E2的负极连接，作为第二级超级电容供电单元的输出，同时是第三级超级电容供电单元的输入。

第三级超级供电单元的输入连接第二级超级供电单元的输出，所述第三级超级供电单元包括芯片5U9、电阻5R17、电阻5R18、超级电容5E9、MOS管5Q9，所述超级电容5E9的负极与芯片5U9的3脚、电阻5R17及电阻5R18的一端、以及超级电容5E9的正极相连，芯片5U9的输出1脚与电阻5R17的另一管脚相连、同时与MOS管5Q9的栅极连接，MOS管5Q9的漏极与电阻5R18的另一端连接，5U9的管脚2与MOS管5Q9的源极、以及超级电容5E9的负极连接，作为第三级超级电容供电单元的输出，同时是第四级超级电容供电单元的输入。

第四级超级供电单元的输入连接第三级超级供电单元的输出，所述第四级超级供电单元包括超级电容5E10、芯片5U10、电阻5R19、5R20、MOS管5Q10，所述超级电容5E10的负极与芯片5U10的3脚、电阻5R19及电阻5R20的一端、以及超级电容5E10的正极相连，芯片5U10的输出1脚与电阻5R19的另一管脚相连、同时与MOS管5Q10的栅极连接，MOS管5Q10的漏极与电阻5R20的另一端连接，5U10的管脚2与MOS管5Q10的源极、以及超级电容5E10的负极连接，作为第四级超级电容供电单元的输出，输出后连接到二极管5TVS1的一端，5TVS1的另一端连接到二极管5D2的正极，5D2的负极输出VOUT。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种电力高压电缆接头非接触式红外测温系统，其特征是，包括非接触式红外测温装置、采集物体温度原始数据的非接触红外测温探头，所述非接触式红外测温装置包括嵌入式处理单元、载波通信模块、数据存储单元、超级电容供电组、SDI通信模块，所述嵌入式处理单元分别与载波通信模块、数据存储单元、超级电容供电组、SDI通信模块相连，非接触红外测温装置通过SDI通信模块与非接触红外测温探头相连，实现温度数据的采集。

2.如权利要求1所述的电力高压电缆接头非接触式红外测温系统，其特征是，所述嵌入式处理单元具有两路UART接口,供电电压范围1.8-3.6V。

3.如权利要求1所述的电力高压电缆接头非接触式红外测温系统，其特征是，所述载波通信模块采用通信与电源共线传输、电源载波通信，通信速率为300-9600BPS。

4.如权利要求1所述的电力高压电缆接头非接触式红外测温系统，其特征是，所述数据存储单元采用铁电存储器，容量为8×8K,低电压供电2.7-3.65V。

5.如权利要求1所述的电力高压电缆接头非接触式红外测温系统，其特征是，所述非接触红外测温探头包括MCU单元、非接触测温单元、SDI总线和串口转换单元、SDI总线和电源接口、电源转换单元；其中，MCU单元通过I2C总线与非接触测温单元相连；MCU单元通过串口数据线与SDI总线和串口转换单元相连，将采集到的温度数据通过SDI总线和串口转换单元的SDI总线发出；SDI总线和串口转换单元与SDI总线和电源接口相连，通过接口单元电路一方面将温度数据通过SDI总线发送给非接触红外测温装置，另一方面从非接触红外测温装置获得供电电源；电源转换单元与SDI总线和电源接口相连，通过电源转换电路将供电电源转换成其它模块单元电路所需的电源电压。

6.如权利要求1所述的电力高压电缆接头非接触式红外测温系统，其特征是，所述非接触测温单元采用MELEXIS传感器芯片。

7.如权利要求1所述的电力高压电缆接头非接触式红外测温系统，其特征是，所述超级电容供电组由四组超级电容供电单元级联而成，其中第一组超级电容供电单元通过二极管5D1与电源输入VIN连接，第二组超级供电单元的输入与第一组超级电容供电单元的输出连接，第二级超级供电单元的输出与第三组超级供电单元的输入连接，第四组超级供电单元的输入与第三组超级供电单元的输出连接，第四组超级电容供电单元的输出连接到二极管5TVS1的一端，二极管5TVS1的另一端连接到二极管5D2的正极，二极管5D2的负极为输出端VOUT。

8.如权利要求1所述的电力高压电缆接头非接触式红外测温系统，其特征是，所述电源输入VIN与二极管5D1的正极连接，二极管5D1的负极输出连接第一组超级电容供电单元，第一组超级电容供电单元包括芯片5U1、电阻5R1、电阻5R2、超级电容5E1、MOS管5Q1，所述二极管5D1的负极分别与芯片5U1的3脚、电阻5R1及电阻5R2的一端、以及超级电容5E1的正极相连，芯片5U1的输出1脚与电阻5R1的另一管脚相连、同时与MOS管5Q1的栅极连接，MOS管5Q1的漏极与电阻5R2的另一端连接，5U1的管脚2与MOS管5Q1的源极、以及超级电容5E1的负极连接，作为第一级超级电容供电单元的输出，同时是第二级超级电容供电单元的输入；

第二级超级供电单元的输入连接第一级超级供电单元的输出，第二级超级供电单元包括芯片5U2、电阻5R3、电阻5R4、超级电容5E2、MOS管5Q2，所述超级电容5E2的负极与芯片5U2的3脚、，电阻5R3及电阻5R4的一端、以及超级电容5E2的正极相连，芯片5U2的输出1脚与电阻5R3的另一管脚相连、同时与MOS管5Q2的栅极连接，MOS管5Q2的漏极与电阻5R4的另一端连接，5U2的管脚2与MOS管5Q2的源极、以及超级电容5E2的负极连接，作为第二级超级电容供电单元的输出，同时是第三级超级电容供电单元的输入；

第三级超级供电单元的输入连接第二级超级供电单元的输出，所述第三级超级供电单元包括芯片5U9、电阻5R17、电阻5R18、超级电容5E9、MOS管5Q9，所述超级电容5E9的负极与芯片5U9的3脚、电阻5R17及电阻5R18的一端、以及超级电容5E9的正极相连，芯片5U9的输出1脚与电阻5R17的另一管脚相连、同时与MOS管5Q9的栅极连接，MOS管5Q9的漏极与电阻5R18的另一端连接，5U9的管脚2与MOS管5Q9的源极、以及超级电容5E9的负极连接，作为第三级超级电容供电单元的输出，同时是第四级超级电容供电单元的输入；

第四级超级供电单元的输入连接第三级超级供电单元的输出，所述第四级超级供电单元包括超级电容5E10、芯片5U10、电阻5R19、5R20、MOS管5Q10，所述超级电容5E10的负极与芯片5U10的3脚、电阻5R19及电阻5R20的一端、以及超级电容5E10的正极相连，芯片5U10的输出1脚与电阻5R19的另一管脚相连、同时与MOS管5Q10的栅极连接，MOS管5Q10的漏极与电阻5R20的另一端连接，5U10的管脚2与MOS管5Q10的源极、以及超级电容5E10的负极连接，作为第四级超级电容供电单元的输出，输出后连接到二极管5TVS1的一端，5TVS1的另一端连接到二极管5D2的正极，5D2的负极输出VOUT。

9.利用权利要求1至8任一项所述的电力高压电缆接头非接触式红外测温系统测温的方法，包括以下步骤：

1）在靠近电缆分支箱及高压开关柜电缆接头位置，安装非接触红外测温装置；

2）根据所监测点的区域大小，在各个角度放置多个非接触红外测温探头，通过非接触红外测温探头矩阵式的测温方式，实现对监测点的矩阵式监测。

10.如权利要求9所述的电力高压电缆接头非接触式红外测温方法，其特征是，所述每个非接触红外测温探头的测量范围为垂直视场0～16度、水平视场0～60度，通过多个非接触红外测温探头的配合，实现电缆接头和高压开关柜温度的全方位非接触测试。

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