CN103278252A - 一种高压电气设备无源区间式温度监测装置 - Google Patents

一种高压电气设备无源区间式温度监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压电气设备无源区间式温度监测装置。本发明中整个系统全部基于物理方法实现，避开使用低压电源，冷光源进入无源测温模块后会通过水银温度计水银液面的反射到达聚光凸透镜，经过聚光再传给温度区间检测光纤到达监测报警模块进行温度显示和报警，进而实现区间式温度监测。根据不同的温度对应不同高度的水银液面，将聚光凸透镜分成三个温度区域，当反射光束到达指定的聚光凸透镜上时，控制终端会将光信号转换成电信号触发检测报警模块。本发明操作简单，安全性能高，主要应用于发电厂和变电站的高压母线焊接点的温度监测。

Description

一种高压电气设备无源区间式温度监测装置
技术领域
本发明属于电光温度测量领域，具体涉及一种高压电气设备无源区间式温度监测装置。
背景技术
发电厂、变电站的高压开关柜及母线是重要的高压电气设备，长期处于高电压、大电流和满负荷的条件下运行。电气设备采用封闭式结构，散热效果差，在设备触点接触不良、过电流或其它非正常状态下会出现过热现象，如不及时发现处理，最终可能导致安全事故。因此，电气设备温度监测问题已经成为电力系统中电气设备安全运行所急需解决的问题。
由于高压电气设备处于高电压、大电流和强磁场的特殊环境中，要求监测对象与温度监测装置之间进行电压隔离，所以温度监测装置的低压供电一直是比较难以解决的问题。
目前，传统的一些常规的测温方法很难适合高压电气设备特殊环境的要求。该领域内温度监测装置的技术方案有如下几类：实现按照能量提供的不同，有高压设备供电（利用变压器降压取电，或者利用电磁感应取电）、外接供电方式（电池供电或者外接低压供电线路）和无源测量三种方法；按照温度测量不同，存在色卡测温、红外测温和温度传感器测温三种方式；按照信息传输方式不同，有被动、无线和光纤三种通讯方式。
2011年7月20日公开的，公开号为CN102129765A的中国专利中公开了一种“一种高压设备温度监测系统”，其特征是系统供电采用电磁感应获得电能，温度检测采用无线温度监测技术。而目前母线多采用封闭方式进行电磁屏蔽和保护，温度检测系统无法获得感应电能，并且存在电压隔离问题，所以该方法存在一定的应用限制。
2011年8月10日公开的，公开号为CN102147290A的中国专利中公开了一种“红外成像温度监测方法和系统”，其特征是利用一个或多个红外热像仪探头，用于捕获被监测目标的红外成像数据。该方法存在一定的应用限制，无法检测高压开关柜触点和封闭高压母线，并且无法实现高压设备和温度检测的一体化集成。
2003年9月10日公开的，公开号为CN1441541A中国专利中公开了一种“高压开关、母线温度检测系统及其供电方法”，其特征是系统供电采用隔离变压器，将高压进行降压，通过整流、滤波成低压直流电源；温度检测采用温度传感器。该方法存在着供电电路复杂，器件耐压等级要求高，设备工装受限制等问题。
2012年1月25日公开的，公开号为CN102331312A的中国专利中公开了一种“高压电力电缆中间接头的光纤Bragg光栅温度监测装置”，其特征是利用光纤Bragg光栅温度传感器实现温度的无源测量，采用这样光纤分布式测温技术，可以不受高压和环境的干扰，但是存在着在电气设备内布线难度较大，设备昂贵等问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种高压电气设备无源区间式温度监测装置，该装置无需专供电源，实现无源测温，光纤传递信息，抗强电磁干扰。
本发明的技术方案为：一种高压电气设备无源区间式温度监测装置，主要包括无源测温模块、连接光纤组和监测报警模块，其中无源测温模块与监测报警模块通过连接光纤组相连，其特征在于：所述的无源测温模块主要由壳体、入射光准直透镜、水银温度计、导电金属槽、锥形遮光罩和聚光凸透镜组成，其中水银温度计与导电金属槽组成无源测温传感器；所述的连接光纤组由四根光纤组成，其中三根为温度区间检测光纤，另外一根为入射光纤，所述的温度区间检测光纤与锥形遮光罩相连，该锥形遮光罩内部放置有聚光凸透镜，入射光纤与入射光准直透镜相连，通过入射光纤导入的准直入射光束射到水银液面上形成反射光束将入射光纤与温度区间检测光纤连为一体；所述的监测报警模块由光电检测模块、激光产生模块和显示报警模块组成，其中显示报警模块分别引出数据线与光电检测模块和激光产生模块相连，所述的温度区间检测光纤与光电检测模块相连，入射光纤与激光产生模块相连。
本发明所述的激光产生模块产生的光源为冷光源。本发明所述的温度区间检测光纤与三个锥形遮光罩相连并通过聚光凸透镜形成三个测温区域，三个测温区域分别为：低温区、正常测温区和高温危险区。
本发明的使用过程中，温度变化引起水银温度计水银液面位置的变化，通过入射光纤导入的准直入射光照射到水银液面上，水银液面位置的变化会引起反射光束方向上的变化，相应的温度区间检测光纤对应一定的反射光方向区域，在反射光出射方向上放置聚光凸透镜，对不同方向区域的发射光进行聚焦，并导出到不同的温度区间检测光纤上，监测报警模块检测温度区间检测光纤，如果相关检测区间的光纤上有反射光束信号，表明设备温度处于对应区间温度上，并根据设定的报警阈值，进行温度显示和报警，从而实现区间式温度监测。
本发明中安放在高压电气设备上的无源测温模块不需要电源供电，采用水银温度计作为温度传感器，通过全光学方法来获得并传递温度信息，完全解决了高压、高电磁环境下的电压隔离和电磁干扰问题；本发明中水银温度计通过导热金属槽与待测接点保持紧密接触，保证温度测量的精度和实时性，为了防止其它光线的干扰，在聚光凸透镜背面安置锥形避光罩；本发明中，根据测量范围内反射光线位置，聚光凸透镜组分成三个区域：低温区、正常温度区、高温危险区，从而实现区间式温度监测，完全满足高压开关、母线等高压电气设备的对温度监测精度的要求；本发明结构简单，成本低廉，使用维护方便。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图2是本发明中无源测温模块的结构示意图；图3是本发明中监测报警模块的结构示意图。
图面说明：1、无源测温模块，2、连接光纤组，3、监测报警模块，4、壳体，5、入射光准直透镜，6、水银温度计，7、导电金属槽，8、锥形遮光板，9、聚光凸透镜，10、温度区间检测光纤，11、入射光纤，12、光电检测模块，13、显示报警模块，14、激光产生模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
一种高压电气设备无源区间式温度监测装置，主要包括无源测温模块1、连接光纤组2和监测报警模块3，其中无源测温模块1与监测报警模块3通过连接光纤组2相连，所述的无源测温模块1主要由壳体4、入射光准直透镜5、水银温度计6、导电金属槽7、锥形遮光罩8和聚光凸透镜9组成，其中水银温度计6与导电金属槽7组成无源测温传感器；所述的连接光纤组2由四根光纤组成，其中三根为温度区间检测光纤10，另外一根为入射光纤11，所述的温度区间检测光纤10与锥形遮光罩8相连，该锥形遮光罩8内部放置有聚光凸透镜9，入射光纤11与入射光准直透镜5相连，通过入射光纤11导入的准直入射光束射到水银液面上形成反射光束将入射光纤11与温度区间检测光纤10连为一体；所述的监测报警模块3由光电检测模块12、激光产生模块14和显示报警模块13组成，其中显示报警模块13分别引出数据线与光电检测模块12和激光产生模块14相连，所述的温度区间检测光纤10与光电检测模块12相连，入射光纤11与激光产生模块14相连。
本发明所述的激光产生模块14产生的光源为冷光源。本发明所述的温度区间检测光纤10与三个锥形遮光罩8相连并通过聚光凸透镜9形成三个测温区域，三个测温区域分别为：低温区、正常测温区和高温危险区。
本发明的使用过程中，温度变化引起水银温度计6水银液面位置的变化，通过入射光纤11导入的准直入射光照射到水银液面上，水银液面位置的变化会引起反射光束方向上的变化，相应的温度区间检测光纤10对应一定的反射光方向区域，在反射光出射方向上放置聚光凸透镜9，对不同方向区域的发射光进行聚焦，并导出到不同的温度区间检测光纤10上，监测报警模块3检测温度区间检测光纤10，如果相关检测区间的光纤上有反射光束信号，表明设备温度处于对应区间温度上，并根据设定的报警阈值，进行温度显示和报警，从而实现区间式温度监测。
本发明所述的无源测温模块1通过连接光纤组2连接到光电检测模块12，并连接到显示报警模块13，无源测温模块1上的水银温度计6与母线接点保持接触，由入射光纤11导入的冷光源照射在水银温度计6的液面上，聚光凸透镜9放置在反射光线处予以聚光。聚光凸透镜9处根据反射光线的角度范围分成三个区域：低温区、正常温度区、高温危险区。为了防止其它光线的干扰，保证反射光线的强度，特意在聚光凸透镜9背面安置锥形避光罩8，并把锥形遮光罩8末端连接到温度区间检测光纤10，根据温度区间检测光纤10传输的信号设定不同的监测报警信号，温度在-40—40℃正常，在40—80℃警告，80—120℃报警。

Claims (3)

1.一种高压电气设备无源区间式温度监测装置，主要包括无源测温模块、连接光纤组和监测报警模块，其中无源测温模块与监测报警模块通过连接光纤组相连，其特征在于：所述的无源测温模块主要由壳体、入射光准直透镜、水银温度计、导电金属槽、锥形遮光罩和聚光凸透镜组成，其中水银温度计与导电金属槽组成无源测温传感器；所述的连接光纤组由四根光纤组成，其中三根为温度区间检测光纤，另外一根为入射光纤，所述的温度区间检测光纤与锥形遮光罩相连，该锥形遮光罩内部放置有聚光凸透镜，入射光纤与入射光准直透镜相连，通过入射光纤导入的准直入射光束射到水银液面上形成反射光束将入射光纤与温度区间检测光纤连为一体；所述的监测报警模块由光电检测模块、激光产生模块和显示报警模块组成，其中显示报警模块分别引出数据线与光电检测模块和激光产生模块相连，所述的温度区间检测光纤与光电检测模块相连，入射光纤与激光产生模块相连。
2.根据权利要求1所述的高压电气设备无源区间式温度监测装置，其特征在于：所述的激光产生模块产生的光源为冷光源。
3. 根据权利要求1所述的高压电气设备无源区间式温度监测装置，其特征在于：所述的温度区间检测光纤与三个锥形遮光罩相连并通过聚光凸透镜形成三个测温区域，三个测温区域分别为：低温区、正常测温区和高温危险区。
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