CN104142191A - 真空隔离断路器在线测温系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空隔离断路器在线测温系统，包括测温节点、测温装置和数据处理装置，测温节点分布在真空隔离断路器触头上，测温装置包括无源无线声表面波温度传感器和无线天线，无源无线声表面波温度传感器与测温节点接触，测温装置对测温节点测温，数据处理装置对测温装置所测温度进行处理，并产生射频信号发射至无线声表面波温度传感器。将无源无线声表面波温度传感器与测温节点接触，使得无源无线声表面波温度传感器转换得到的带有温度信息的声表面波信号，可以根据测温节点的温度的变化而变化。本发明公开的真空隔离断路器在线测温系统具有能够实现无源无线测得真空隔断断路器触头各测温节点温度，方便使用，结构简单，传感器无需供电电源的特点。

Description

真空隔离断路器在线测温系统

技术领域

本发明属于一种电力系统高压开关器件的温度在线监测系统，尤其是涉及一种真空隔离断路器在线测温系统。

背景技术

电力系统中开关类产品在运行过程中存在发热现象，从而产生高温，这是造成故障的主要原因。目前，在中高压领域，如真空断路器等产生高温的电力系统中，公知的在线测温技术包含三部分：温度传感部分、温度数据处理部分和温度数据显示部分。基于这三部分，在线测温温度的技术有：1、热电偶测温；2、光纤光栅测温；3、红外线测温；4、有源无线测温等。热电偶测温实现在线测温，结构简单，测温技术成熟，用金属导线传输信号，但缺点是绝缘困难；光纤光栅在线测温，利用光纤传递温度信号，光纤具有易折，易断，工程难度大，积累灰尘后易使绝缘性能降低；红外测温采用非接触式，绝缘简单，聚焦困难，价格昂贵，不能实现实时在线监测；有源无线在线测温，采用非接触式，绝缘简单，但电源解决是一个隐患，若采用电池供电，电池使用寿命有限，则需更换电池，若采用小CT(电流感应电源)取电，测小电流时无法获得温度信号。

目前开关柜内触头在线测温方式主要是无线测温方式，是对接触式测温方法的改进，主要是为了解决测温设备与电力系统高低压设备进行电气隔离而产生的一种新型测温方法。目前各开关柜无线测温系统的无线接收装置到后台服务器的连接基本是一样的，主要的区别在于无线测温探头的取电方式、工作原理不同，一般的工作方式有以下几种：

一、电池供电方式，这种测温传感器与无线发射组件装在开关柜的高压带电端，并用高能锂电池进行供电，如果连续工作的话，这种供电方式一般6个月至2年就需要更换电池。但电力系统的运行特点是需要连续不间断的运行，电池失效后，电池的更换是个很大的问题；另一方面，如果工作区的温度过高，锂电池存在爆炸的隐患。

二、采用小CT饱和供电方式，一次回路有电流时，通过一个小CT感应出一个电压电源来供电，当一次回路电流过小时，不能感应出需要的电源电压作为供电电源，这时就不能实时在线监测温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种真空隔离断路器在线测温系统，能够解决上述问题中的至少一个。

根据本发明的一个方面，提供了一种真空隔离断路器在线测温系统，包括测温节点、测温装置和数据处理装置，测温节点分布在真空隔离断路器触头上，测温装置包括无源无线声表面波温度传感器和无线天线，无源无线声表面波温度传感器与测温节点相接触，测温装置对测温节点测温，数据处理装置对测温装置所测温度进行处理，并产生射频信号通过无线天线发射至无线声表面波温度传感器。

本发明的有益效果是：将无源无线声表面波温度传感器与测温节点相接触，使得无源无线声表面波温度传感器转换得到的带有温度信息的声表面波信号，可以根据测温节点的温度的变化而变化，因此声表面波信号实时反映出测温节点的温度；再通过数据处理装置处理声表面波信号，可以实时得出测温节点的温度，便于对温度的实时在线监测。由此，本发明的真空隔断断路器在线测温系统，采用无源无线的方式进行信号传递，通过信号的转换和处理实现了在线温度监测，结构简单，无源无线声表面波温度传感器无需安装和更换电池/电源，保证了使用的安全性。

在一些实施方式中，无线天线发射射频信号至无源无线声表面波温度传感器，无源无线声表面波温度传感器反射信号至无线天线，无线天线将反射信号发送至数据处理装置进行处理。由此，数据处理装置产生的射频信号可以经无线天线发射至无源无线声表面波温度传感器，再经无源无线声表面波温度传感器转换为带有温度信号的声表面波信号，该信号通过无线天线传输至数据处理装置进行处理。

在一些实施方式中，测温节点可以包括真空隔离断路器触头的上触头、下触头和开关柜水平母线，开关柜水平母线与真空隔离断路器的馈进线相连接，下触头和上触头均与开关柜水平母线相配合，各测温节点均安装有无源无线声表面波温度传感器。由此，可以对各所需温度监测的部位进行实时监测，方便使用。

在一些实施方式中，无源无线声表面波温度传感器可以包括叉指电极、压电基底和反射栅，叉指电极设于压电基底上，反射栅位于叉指电极的两侧，压电基底与测温节点相接触，压电基底接收无线天线发射的射频信号，反射栅将压电基底接收的射频信号反射至无线天线，叉指电极将信号反射至无线天线。由此，设有压电基底，可以将无线天线输送的射频信号反映为声表面波信号；设有反射栅，可以将受温度影响信息通过声表面波信号进行发射，反射至天线。

在一些实施方式中，真空隔离断路器在线测温系统还包括温度显示器，温度显示器与数据处理装置相连接，设置为显示数据处理装置处理得到的温度值。由此，设有温度显示器可以将数据处理装置处理得到的温度实时显示，方便各测温节点的温度监测。

在一些实施方式中，数据处理装置为温度采集终端，由此方便其对无线天线反射的声表面波信号进行处理，并转换为温度值显示在温度显示器上。

在一些实施方式中，温度采集终端发射出射频信号，经无线天线发送至无源无线声表面波温度传感器。由此，便于射频信号的产生，以及振荡频率的控制调节。

在一些实施方式中，真空隔离断路器在线测温系统还可以包括触头盒，上触头包括触指，触指位于触头盒内，触指夹紧开关柜水平母线一端，开关柜水平母线的另一端安装有无源无线声表面波温度传感器。由此，设有触头盒方便上触头各部分的安装；同时设有触指，便于开关柜水平母线的安装和定位，简化开关柜水平母线的安装结构。

在一些实施方式中，数据处理装置包括计算机、固定信号源、可调信号源、第一混频器、第二混频器和收发开关，可调信号源和第二混频器均与计算机相连接，固定信号源和可调信号源均与第一混频器相连接，第一混频器和第二混频器均与收发开关相连接，收发开关控制第一混频器发射至无线天线的信号，以及控制第二混频器接收无线天线反射的信号，第二混频器与计算机相连接。由此，通过调整可调信号源的信号的频率，可以改变第一混频器发出的信号的频率，满足不同频率信号的要求，降低了信号源的成本；同时，设有收发开关可以对接收信号和发射信号进行控制，减少发射信号和反射信号之间的干扰。

在一些实施方式中，数据处理装置还包括电子开关、射频功放、宽带放大器、滤波器和A/D转换器，射频功放通过电子开关与第一混频器相连接，射频功放将信号发射至收发开关，收发开关打开时射频信号经无线天线发射至测温装置，无线天线反射的信号经宽带放大器放大后传送至第二混频器，滤波器对第二混频器输出的信号进行滤波，滤波器通过A/D转换器与计算机相连接。由此，设有电子开关，进一步提高了数据处理装置的接收信号和发射信号两者的隔离度，减少了信号的干扰。

附图说明

图1是本发明的真空隔离断路器在线测温系统的工作原理示意图；

图2是本发明的无源无线声表面波温度传感器与开关柜水平母线、上触头配合结构示意图；

图3是本发明的真空隔离断路器在线测温系统的结构示意图；

图4是图3另一视角的结构示意图；

图5是数据处理装置的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

参照图1、图2和图3:真空隔离断路器在线测温系统，包括测温节点1、测温装置2和数据处理装置3，测温节点1分布在真空隔离断路器4的触头上，测温装置2包括无源无线声表面波温度传感器21，无源无线声表面波温度传感器21与测温节点1相接触，测温装置2对测温节点1测温，数据处理装置3对测温装置2所测温度进行处理，并产生射频信号通过无线天线22发射至无线声表面波温度传感器21。其中，数据处理装置3为温度采集终端，温度采集终端采用型号为XJ-TM1的无线测温温度采集终端，该温度采集终端振荡产生射频信号。

测温装置2还包括无线天线22，温度采集终端振荡电路形成的射频信号经由无线天线22发射出去，无线天线22发射射频信号至无源无线声表面波温度传感器21，无源无线声表面波温度传感器21将射频信号转换为声表面波信号，并反射至无线天线22，无线天线22将接收的反射信号发送至数据处理装置3进行处理。为了方便无线天线22的信号接收和反射，将无线天线22和数据处理装置3均固定安装在真空隔离断路器4上，减少了外界信号对收发信号的影响。

如图2、图3和图4所示，测温节点1包括真空隔离断路器4的开关柜水平母线11、上触头12和下触头13，开关柜水平母线11与真空隔离断路器4的馈进线相连接，上触头12和下触头13均与开关柜水平母线11相配合，各测温节点1均安装有无源无线声表面波温度传感器21。

无源无线声表面波温度传感器21包括叉指电极211、压电基底212和反射栅213，叉指电极211设于压电基底212上，反射栅213位于叉指电极211的两侧，压电基底212与测温节点1相接触，压电基底212接收无线天线22发射的信号，叉指电极211将信号反射至无线天线22。无源无线声表面波温度传感器21为一体成型结构，方便加工和生产，压电基底212在使用时通过螺栓固定在开关柜水平母线11、上触头12和下触头13表面，保证压电基底212的温度可以准确反应真空隔离断路器上各测温节点1的温度。

压电基底212将接收的射频转换为声表面波信号，声表面波信号的频率随着真空隔断断路器各测温节点1温度的变化而发生变化，同时经反射栅213反射后间距发生变化，反射栅213将压电基底212接收的射频信号反射至无线天线22。随后声表面波信号经叉指电极211后经声表面波信号转换为谐振频率变化的声表面波信号输送至无线天线22，经无线天线22传播至温度采集终端得出温度值。

真空隔离断路器在线测温系统还包括温度显示器5，温度显示器5与数据处理装置3相连接，数据处理装置3处理得到的温度值通过温度显示器5显示。

真空隔离断路器在线测温系统还包括触头盒6，上触头12包括触指121，触指121位于触头盒6内，触指121夹紧开关柜水平母线11一端，开关柜水平母线11的另一端安装有无源无线声表面波温度传感器21。

如图5所示，数据处理装置3包括计算机31、固定信号源32、可调信号源33、第一混频器34、第二混频器35和收发开关36，可调信号源33和第二混频器35均与计算机31相连接，固定信号源32和可调信号源33均与第一混频器34相连接，第一混频器34和第二混频器35均与收发开关36相连接，收发开关36控制第一混频器34发射至无线天线22的信号，以及控制第二混频器35接收无线天线22反射的信号，第二混频器35与计算机31相连接。其中，固定信号源32产生固定频率的信号，可调信号源33根据测温节点1与无线天线22的距离产生不同频率的信号，第一混频器34将固定信号源32和可调信号源33产生的信号进行混合得到射频信号。第二混频器35将固定信号源产生的固定频率的信号与无线天线22接收的反射信号进行混合。

数据处理装置3还包括电子开关37、射频功放38、宽带放大器39、滤波器40和A/D转换器50，射频功放38通过电子开关37与第一混频器34相连接，射频功放38将信号发射至收发开关36，无线天线22反射的信号经宽带放大器39放大后传送至第二混频器35，滤波器40对第二混频器35输出的信号进行滤波，滤波器40通过A/D转换器50与计算机31相连接。滤波器40通过带通滤波，设定滤波器40通过的波的频率，使得在设定范围内的通过，其余滤掉，减少外界的信号对测量结果的影响。滤波完成后得到的信号经过A/D转换器50转换为数字信号，计算机31对数字信号进行解调得出温度值，并通过温度显示器5进行显示。

在使用过程中，固定信号源32发射的射频信号的频率为500KHz，可调信号源33的频率可以根据距离测温节点1的远近调低或调高。固定信号源32和可调信号源33发射的射频信号经第一混频器34接收后，经过电子开关37，再经射频功放38进行放大，再由收发开关36控制，发射至无线天线22。无源无线声表面波温度传感器21反射的信号，经收发开关36控制后，再经宽带放大器39后发射至第二混频器35。由于第二混频器35混频后的信号包括多种频率成分，设有滤波器40，通过带通滤波，只将有用频率信号传送至A/D转换器50，A/D转换器50将收到的信号转换为数字信号输送至计算机31，得到相应的温度值，通过温度显示器5进行显示。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.真空隔离断路器在线测温系统，其中，包括测温节点(1)、测温装置(2)和数据处理装置(3)，所述测温节点(1)分布在真空隔离断路器(4)触头上，所述测温装置(2)包括无源无线声表面波温度传感器(21)和无线天线(22)，所述无源无线声表面波温度传感器(21)与测温节点(1)相接触，所述测温装置(2)对测温节点(1)测温，所述数据处理装置(3)对测温装置(2)所测温度进行处理，并产生射频信号通过无线天线(22)发射至无线声表面波温度传感器(21)。

2.根据权利要求1所述的真空隔离断路器在线测温系统，其中，所述无线天线(22)发射射频信号至无源无线声表面波温度传感器(21)，所述无源无线声表面波温度传感器(21)反射信号至无线天线(22)，所述无线天线(22)将反射信号发送至数据处理装置(3)进行处理。

3.根据权利要求1或2所述的真空隔离断路器在线测温系统，其中，所述测温节点(1)包括真空隔离断路器(4)触头的上触头(12)、下触头(13)和开关柜水平母线(11)，所述开关柜水平母线(11)与真空隔离断路器(4)的馈进线相连接，所述上触头(12)和下触头(13)均与开关柜水平母线(11)相配合，各所述测温节点(1)均安装有无源无线声表面波温度传感器(21)。

4.根据权利要求3所述的真空隔离断路器在线测温系统，其中，所述无源无线声表面波温度传感器(21)包括叉指电极(211)、压电基底(212)和反射栅(213)，所述叉指电极(211)设于压电基板(212)上，所述反射栅(213)位于叉指电极(211)的两侧，所述压电基底(212)与测温节点(1)相接触，所述压电基底(212)接收无线天线(22)发射的射频信号，所述反射栅(213)将压电基底(212)接收的射频信号反射至无线天线(22)，所述叉指电极(211)将信号反射至无线天线(22)。

5.根据权利要求4所述的真空隔离断路器在线测温系统，其中，还包括温度显示器(5)，所述温度显示器(5)与数据处理装置(3)相连接，设置为显示数据处理装置(3)处理得到的温度值。

6.根据权利要求1所述的真空隔离断路器在线测温系统，其中，所述数据处理装置(3)为温度采集终端。

7.根据权利要求6所述的真空隔离断路器在线测温系统，其中，所述温度采集终端发射出射频信号，经无线天线(22)发送至无源无线声表面波温度传感器(21)。

8.根据权利要求5所述的真空隔离断路器在线测温系统，其特征在于，还包括触头盒(6)，所述上触头(12)包括触指(121)，所述触指(121)位于触头盒(6)内，所述触指(6)夹紧开关柜水平母线(11)一端，所述开关柜水平母线(11)的另一端安装有无源无线声表面波温度传感器(21)。

9.根据权利要求2或6或7所述的真空隔离断路器在线测温系统，其中，所述数据处理装置(3)包括计算机(31)、固定信号源(32)、可调信号源(33)、第一混频器(34)、第二混频器(35)和收发开关(36)，所述可调信号源(33)和第二混频器(35)均与计算机(31)相连接，所述固定信号源(32)和可调信号源(33)均与第一混频器(34)相连接，所述第一混频器(34)和第二混频器(35)均与收发开关(36)相连接，所述收发开关(36)控制第一混频器(34)发射至无线天线(22)的信号，以及控制第二混频器(35)接收无线天线(22)反射的信号，所述第二混频器(35)与计算机(31)相连接。

10.根据权利要求9所述的真空隔离断路器在线测温系统，其中，所述数据处理装置(3)还包括电子开关(37)、射频功放(38)、宽带放大器(39)、滤波器(40)和A/D转换器(50)，所述射频功放(38)通过电子开关(37)与第一混频器(34)相连接，所述射频功放(38)将信号发射至收发开关(36)，所述收发开关(36)打开时射频信号经无线天线(22)发射至测温装置(2)，所述无线天线(22)反射的信号经宽带放大器(39)放大后传送至第二混频器(35)，所述滤波器(40)对第二混频器(35)输出的信号进行滤波，所述滤波器(40)通过A/D转换器(50)与计算机(31)相连接。