CN104515623A - 一种表带式无源无线在线测温装置及其监测系统 - Google Patents

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郑为民
郑俊铭
林毛寅
郑尊荣
陈箭剑
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HANGZHOU SUNUO ELECTRICAL CO Ltd
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
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HANGZHOU SUNUO ELECTRICAL CO Ltd
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Fujian Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种表带式无源无线在线测温装置,包括一电磁场感应取能模块与一温度传感器;电磁场感应取能模块与一电源整理模块相连,电源整理模块分别连接至一储能模块与一单片机,温度传感器经一信号调制模块连接至单片机,单片机还连接有一无线发射模块;磁场感应取能模块包括一空心骨架、环绕在所述空心骨架上的漆包线以及一穿过空心骨架的表带;电磁场感应取能模块、电源整理模块与储能模块构成供电单元用以维持单片机、温度传感器、信号调制模块以及无线发射模块工作。本发明设计新颖独特、体积小、结构简单易用、能耗低、取电效能高且不需要外加电源,可以长期稳定工作。

Description

一种表带式无源无线在线测温装置及其监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种适用于输配电系统的无线测温装置,尤其是一种表带式无源无线在线测温装置及其监测系统。
背景技术
[0002] 在电厂,输变电站和线路,大型电力用户端等场所,温度已成为高压开关柜、变压器、母线接头、电缆接头、刀闸开关等重要设备正常运行的重要指标。当电力设备中有接点发生短路或者绝缘老化时,表现出来的就是该处局部发热,温度异常升高,继而使触点膨胀氧化使接点电阻增大,发热量进一步上升,温度继续升高,形成一个恶性循环。
[0003] 多年的火灾调查研究发现,大多数火灾事故都是由于电力设备在长期的高压工作条件下发热老化而引起的。
[0004] 对于电网的安全运营,及电力系统资源的最优化用方案实施,最有效的方法是对电力设备进行在线监测,温度则是在线监测的最重要数据之一。
[0005] 目前,测温方式主要有三类:光纤、红外和无线测温。无线测温按照传感器电源获取方式分为有源无线传感器(采用锂电池供电)和无源无线传感器(不依赖电池等外接电源工作),以及混合型传感器(电池与取电相结合),常见的有:电池供电、CT取电、非闭合环路感应取电、电池与非闭合环路感应取电混合供电等。
[0006] 其优缺点分别如下:
(I)光纤测温采用光纤传输温度信号,具有优异的绝缘性能,精度较高的优点,其缺点是易折、易断,用于隔离高压的光纤表面容易受到污染,可能会导致光纤沿着表面放电,同时在设备上的布线安装对高压设备的维护产生不便,价格昂贵。
[0007] (2)红外测温为非接触式测温,易受环境及周围的电磁场干扰,精度较低,另外对于开关柜来说由于空间狭小封闭,无法有效安装红外测温探头,因为探头必须与被测物体保持一定的距离,且需要直接正对被测物体的表面。因此,红外测温在开关柜中应用有明显的缺陷。
[0008] (3)在高压环境下使用的在线测温装置,目前市场上常用的供电方式有电池供电、CT取电、非闭合环路感应取电、电池与非闭合环路感应取电混合供电等,这些供电方式中都有各自的缺点。采用电池供电时,由于电力设备的高压环境危险而封闭隔绝,不能随便停电,电池电量耗尽时不便及时更换新的电池;又因电池电量耗尽后其内部的化学物质容易产生液体渗出,腐蚀装置内部的线路板导致装置损坏,同时对原有电气设备安全埋下隐患。采用CT取电时,由于CT的结构特点,其外形尺寸比较大,在高压环境下影响设备的安全距离,而且磁芯部分必须环绕于母线之上,运行起来非常不方便,并且要根据母线的大小制定出不同尺寸规格的磁芯,从而造成生产周期长、成本高,另外CT取电还有一个不足之处是它的起始工作电流比较高,一般为50A以上。非闭合环路感应取电方式,相对于CT取电方式,其具有体积小、安装方便、成本低廉等优点,但也存在不足,这种感应取电装置的起始工作电流也较大,一般也要在30A以上。电池与非闭合环路感应取电混合供电,这种组合方式虽然综合了两者的优点,但也同时具有两者的缺点。
[0009] 现有大部分在线监测产品所采用的测温模块技术水平低,无法满足电力行业的长期稳定安全的需求,而对于“无人值守”的目标来说,现有测温技术更不能达到远程、实时、在线监测的要求,其安全运行令人担忧。
[0010] 因此,发明一种体积小巧、安装方便、低能耗、高效能的自供电测温装置是十分必要的。
[0011] 本发明提出的一种表带式无源无线在线测温装置及其监测系统可为用户积累了大量的设备运行数据,及时、准确评估设备寿命,降低设备事故率,减少停电检修的盲目性及检修停电成本,为设备维护建立维修依据,真正实现“状态检修”目标。并且节省了人力成本,实现“无人值守”目标。运行状态下,传统巡检通常采用每小时巡检,人力成本大,而且人为误差问题,自动化程度低;我们提供运行设备的在线监测,有效降低人力成本,杜绝人为疏忽,提高设备安全保障,及时、持续、准确反映设备运行状态下的健康程度,符合“无人值守”目标,可有效节省大量人力成本。能够实时监控和数据记录,实现无监测盲点。中高压开关柜目前都为密封状态,运行状态下进行人工巡检几乎不可能,因此,柜内设备的运行状态的信息就成为监测盲区。不能及时发现故障并预警,造成损失。本发明可以监测难以到达的位置。
[0012] 本发明还具有巨大的经济效益。(一)无线温度在线监测系统不仅可以实时监测电力设备的温度,也可安全的将现有网络的载流量提升到最高。(二)对电力系统输配电温度进行持续监控具有的成本效益。作为配电系统以及其他输配电组件范围内的重要控制点,系统可为用户提供大量的设备运行数据,可以利用这些信息来汇制报表、评估设备寿命、建立维修依据、提出检修计划.真正实现“状态检修”目标。节省了人力成本,符合“无人值守”目标。(三)这一问题在新兴经济领域尤为相关,在这些新兴领域,不断增加的用电需求对所遗留下来的陈旧电力基础设施形成巨大的压力,甚至不少区域出现大规模停电及其它事故。
[0013] 使用该系统后,可以节省人员,提高工作效率,实现低成本高效益。
发明内容
[0014] 有鉴于此,本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种设计新颖独特、体积小、结构简单易用、能耗低、取电效能高且不需要外加电源,可以长期稳定工作的表带式无源无线测温装置。
[0015] 本发明的一个目的是提出一种表带式无源无线在线测温装置,包括一电磁场感应取能模块与一温度传感器;所述的电磁场感应取能模块与一电源整理模块相连,所述的电源整理模块分别连接至一储能模块与一单片机,所述的温度传感器经一信号调制模块连接至所述单片机,所述的单片机还连接有一无线发射模块;所述的磁场感应取能模块包括一空心骨架、环绕在所述空心骨架上的漆包线以及一穿过所述空心骨架的表带;所述的电磁场感应取能模块、所述电源整理模块与所述储能模块构成供电单元用以维持所述单片机、所述温度传感器、所述信号调制模块以及所述无线发射模块工作。
[0016] 进一步地,所述的空心骨架包括一空心横梁、一第一侧板以及一第二侧板;所述的第一侧板与第二侧板分别设置于所述空心横梁的两侧,用以固定所述漆包线。
[0017] 进一步地,所述的漆包线环绕在所述空心横梁表面。
[0018] 进一步地,所述的表带由高磁通合金软磁材料制成,所述高磁通合金软磁材料所制表带穿过所述空心骨架并环绕在被测设备的导电触头上面,构成一个闭合的电磁场环路。
[0019] 进一步地,所述的表带式无源无线在线测温装置通过所述的表带紧紧环绕固定于被测设备的导电触头表面,所述的温度传感器设置于所述被测设备的导电触头表面,并紧密接触。
[0020] 本发明的另一目的是提供一种表带式无源无线温度在线监测系统,包括上文所述的表带式无源无线在线测温装置、中继设备以及显示终端;所述的表带式无源无线在线测温装置设置于高压一侧,例如母排、触头臂以及刀闸开关等位置,用以实时监测并采集高压一侧待测设备的温度变化数据;所述的中继设备通过无线通讯的方式采集并管理所述表带式无源无线在线测温装置采集的温度变化数据,并提供访问接口用以连接外部设备;所述的显示终端获取所述温度变化数据并将所述温度变化数据显示出来。
[0021] 进一步地,所述的中继设备提供的访问接口包括RS485、CAN、无线以及以太网接□。
[0022] 进一步地,所述的显示终端通过无线通讯的方式获取所述表带式无源无线在线测温装置采集的温度变化数据。
[0023] 较佳的,所述的显示终端还可以通过有线方式连接所述的中继设备提供的访问接口,用以获取所述的温度变化数据。
[0024] 进一步地,也可以将PC服务器直接连接所述的中继设备提供的访问接口以采集所述的温度变化数据。
[0025] 本发明具有以下优点。
[0026] 1、本发明中的电磁场感应取能模块采用高磁通合金软磁材料所制表带环绕在设备(开关柜)导电触头上面,利用高磁通合金软磁材料优异的导磁性能,构成一个高效的闭合电磁场环路,大幅度降低了因电磁场环路开放产生的磁阻;提高了能量的利用效率。试验证明:当被测导电触头电流达到4A以上的时候就能正常工作,远远低于CT取电通常30A的起始工作电流。
[0027] 2.本发明中的电磁场感应取能模块采用低功耗设计,捕获电磁场灵敏度高,且总能量小,因此当被测电路电流很大,磁场很强时,不需要传感器内部消耗大量冗余能量而造成元器件老化损坏加速。它解决了 CT环形取电传感器取能波动大,尤其是大电流时引入能量过高,需要额外电路把冗余能量消耗掉,而这些额外电路元器件经常消耗高能量,所以容易损坏。其从根本上解决了 CT传感器的电磁干扰强,取能波动大,容易损坏寿命短、维护成本高的问题。
[0028] 3.体积小:传感器主体部分体积小,适应性好,适合绝大部分电力设备节点温度在线监测。
[0029] 4.同时高磁通合金软磁材料所制表带又为表带式无源无线测温装置提供了一种很灵活的固定方式。它解决了长期困扰输配电系统中开关的导电触头、连接端头和母线工作温度在线温升无线监测装置体积大,安装不方便、安全性能低的难题。
[0030] 5.本发明可广泛用于发电厂、变电站及大型工矿企业的高低压输配电系统的导电触头、连接端头和母排在线测温。推广应用后能更好地实时监测、预防因过热导致的事故,增强电力系统运行的稳定性、安全性,具有较高的社会经济效益。
附图说明
[0031] 图1为本发明的装置框图。
[0032] 图2为本发明的空心骨架结构示意图。
[0033] 图3为本发明的表带结构示意图。
[0034] 主要组件符号说明]
图中:1为空心横梁,2为第一侧板,3为第二侧板,4为空心横梁的空心槽,5为表带的卡头,6为表带的固定框,7为表带的带卡槽部分。
具体实施方式
[0035] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0036] 实施例一。如图1、图2以及图3所示,本实施例提供一种表带式无源无线在线测温装置,包括一电磁场感应取能模块与一温度传感器;所述的电磁场感应取能模块与一电源整理模块相连,所述的电源整理模块分别连接至一储能模块与一单片机,所述的温度传感器经一信号调制模块连接至所述单片机,所述的单片机还连接有一无线发射模块;所述的磁场感应取能模块包括一空心骨架I (如图2所示)、环绕在所述空心骨架上的漆包线以及一穿过所述空心骨架的表带(如图3所示);所述的电磁场感应取能模块、所述电源整理模块与所述储能模块构成供电单元用以维持所述单片机、所述温度传感器、所述信号调制模块以及所述无线发射模块工作。
[0037] 在本实施例中,如图2所示,所述的空心骨架包括一空心横梁1、一第一侧板2以及一第二侧板3 ;所述的第一侧板2与第二侧板3分别设置于所述空心横梁I的两侧,用以固定所述漆包线。
[0038] 在本实施例中,所述的漆包线环绕在所述空心横梁I表面。
[0039] 进一步地,在本实施例中,所述的表带由高磁通合金软磁材料制成,所述高磁通合金软磁材料所制表带穿过所述空心骨架并环绕在被测设备的导电触头上面,构成一个闭合的电磁场环路。其中所述的高磁通合金软磁材料含有
较佳地,所述的温度传感器设置于所述被测设备的导电触头表面,并紧密接触。
[0040] 在本实施例中,工作时,先将电源整理模块、储能模块、单片机、温度传感器、信号调制模块、无线收发模块、空心骨架和漆包线封装,然后使用高磁通合金软磁材料所制表带穿过空心骨架的空心横梁的空心槽部分,表带的带卡槽部分穿过表带的卡头部分再穿过表带的固定框将表带及其所述的表带式无源无线在线测温装置锁紧在被测设备的导电触头上。将表带式无源无线测温装置紧紧环绕固定在被测导设备的电触头表面;将温度传感器安装于被测导电触头表面,并紧密接触;
电磁场感应取能模块将电磁场转换成电能,交由电源整理模块处理后供给单片机,多余的电能储存至储能模块备用;温度传感器采集的温度变化信号通过信号调制模块输入单片机;单片机对温度产生的电信号进行Α/D转换,将结果编码后通过无线收发模块发送出去。
[0041] 实施例二。本实施例提供一种表带式无源无线温度在线监测系统,包括上文所述的表带式无源无线在线测温装置、中继设备以及显示终端;所述的表带式无源无线在线测温装置设置于高压一侧,例如母排、触头臂以及刀闸开关等位置,用以实时监测并采集高压一侧待测设备的温度变化数据;所述的中继设备通过无线通讯的方式采集并管理所述表带式无源无线在线测温装置采集的温度变化数据,并提供访问接口用以连接外部设备;所述的显示终端获取所述温度变化数据并将所述温度变化数据显示出来。
[0042] 在本实施例中,所述的中继设备提供的访问接口包括RS485、CAN、无线以及以太网接口。
[0043] 在本实施例中,所述的显示终端通过无线通讯的方式获取所述表带式无源无线在线测温装置采集的温度变化数据。
[0044] 较佳的,在本实施例中,所述的显示终端还可以通过有线方式连接所述的中继设备提供的访问接口,用以获取所述的温度变化数据。
[0045] 在本实施例中,也可以将PC服务器直接连接所述的中继设备提供的访问接口以采集所述的温度变化数据。
[0046] 具体的,本实施例通过所述表带式无源无线在线测温装置中的温度传感器,感应被测设备的动静触头温度,再经由所述表带式无源无线在线测温装置中的单片机以及无线发射模块等将温度变化信号传输至数据采集器(中继设备),通过数据采集器分析数据后上传系统(显示终端),便于运维班组判断设备温度变化情况。其中表带式无源无线在线测温装置与1kV带电设备为等电位,并通过热缩包扎起到绝缘与固定作用。
[0047] 特别的,本实施例可实现采集现有热成像仪和点温仪所无法采集到的带电部位温度。
[0048] 以上两个实施例均说明本发明具有以下特点。
[0049] ( I)利用电磁场能量完全自主供电,长期免维护。只要测温点有电流通过,即会产生电磁场,则监测模块(即表带式无源无线在线测温装置)将持续不断获取能量,得以维持工作。
[0050] (2)监测模块(即表带式无源无线在线测温装置)为超低功耗设计,工作范围广,可在不同电压等级400V到220KV,无盲区。监测模块功耗最低只需要0.04mW。换个角度讲,只需要测温点有3A以上电流通过,监测模块就可以正常工作了。应用范围广泛,完全可以满足电力行业用户需求。
[0051] (3)实时在线监测,即时预警(发送频率彡Is)。正常工作情况下,本发明采用的温度传感器发送数据频率> I秒,可调响应速度快,报警及时。
[0052] (4)性能稳定可靠,基本实现免维护。首先监测模块从磁场获取能量小,只需
0.04~8mff (一次设备电流5000A时约8mW),不需要保护电路消耗大量能量;其次自发热微小,无明显涡流热现象,不会因监测模块内部超温影响其正常运行,也不会加剧被测点温度;再者无外置电源(如锂电池等),不存在更换电池问题;最后监测模块内部采用专业屏蔽技术,大幅降低强磁环境干扰。
[0053] 综上所述,本发明减少以往传统方法带来的繁琐操作及老的工作程序带来的不安全因素;同时又具有维护费用低、节能、节资等显著的经济性,有的放矢地开展设备维修,减少维护工作量,减少事故;达到增产、增效、安全的效益,具有巨大的社会效益。
[0054] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种表带式无源无线在线测温装置,其特征在于:包括一电磁场感应取能模块与一温度传感器;所述的电磁场感应取能模块与一电源整理模块相连,所述的电源整理模块分别连接至一储能模块与一单片机,所述的温度传感器经一信号调制模块连接至所述单片机,所述的单片机还连接有一无线发射模块;所述的磁场感应取能模块包括一空心骨架、环绕在所述空心骨架上的漆包线以及一穿过所述空心骨架的表带;所述的电磁场感应取能模块、所述电源整理模块与所述储能模块构成供电单元用以维持所述单片机、所述温度传感器、所述信号调制模块以及所述无线发射模块工作。
2.根据权利要求1所述的一种表带式无源无线在线测温装置,其特征在于:所述的空心骨架包括一空心横梁、一第一侧板以及一第二侧板;所述的第一侧板与第二侧板分别设置于所述空心横梁的两侧,用以固定所述漆包线。
3.根据权利要求2所述的一种表带式无源无线在线测温装置,其特征在于:所述的漆包线环绕在所述空心横梁表面。
4.根据权利要求1所述的一种表带式无源无线在线测温装置,其特征在于:所述的表带由高磁通合金软磁材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种表带式无源无线在线测温装置,其特征在于:所述的表带式无源无线在线测温装置通过所述的表带固定于被测设备的导电触头表面,所述的温度传感器设置于所述被测设备的导电触头表面。
6.一种表带式无源无线温度在线监测系统,其特征在于:包括权利要求1中所述的表带式无源无线在线测温装置、中继设备以及显示终端;所述的表带式无源无线在线测温装置设置于高压一侧,用以实时监测并采集高压一侧待测设备的温度变化数据;所述的中继设备通过无线通讯的方式采集并管理所述表带式无源无线在线测温装置采集的温度变化数据,并提供访问接口用以连接外部设备;所述的显示终端获取所述温度变化数据并将所述温度变化数据显示出来。
7.根据权利要求6所述的一种表带式无源无线温度在线监测系统,其特征在于:所述的中继设备提供的访问接口包括RS485、CAN、无线以及以太网接口。
8.根据权利要求6所述的一种表带式无源无线温度在线监测系统,其特征在于:所述的显示终端通过无线通讯的方式获取所述表带式无源无线在线测温装置采集的温度变化数据。
9.根据权利要求6所述的一种表带式无源无线温度在线监测系统,其特征在于:所述的显示终端通过有线方式连接所述的中继设备提供的访问接口,用以获取所述的温度变化数据。
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