CN106768479A - 反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置 - Google Patents

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孙克强
杨涛
罗保中
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Abstract

反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置属于带电高压电缆温升的实时在线测量检测领域,尤其涉及一种反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置。本发明提供一种便于准确检测的电缆温升情况的反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置。本发明包括上位机、无线中继站和监测终端;其结构要点所述无线中继站将监测终端输入的检测信号传输给上位机,由串口服务器和网络链路组成,串口服务器完成网络接口的转换;所述上位机接收无线中继站输入的检测数据,对检测数据进行转换、处理、记录、画面显示、报警分析、打印,同时与其他系统连接通信,采用多种链路方法上传数据到集控站和远方调度中心。

Description

反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置
技术领域
本发明属于带电高压电缆温升的实时在线测量检测领域,尤其涉及一种反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置。
背景技术
电力设备安全运行一直是电力、钢铁、石化等行业各级部门高度重视的问题。多年来,虽然采取了不少安全措施和技术,仍然存在着不少隐患,安全事故仍时有发生。在电厂与变电站电缆桥架、电缆隧道、电缆夹层、电缆沟、电缆竖井、开关设备、变压器、电阻排等电力设备在长期的高压中发热而老化引起火灾,经过多年来火灾调查研究发现,大多数的火灾事故都是由于温度过高引起的,尤其以电缆隧道的火灾导致的损失为最大。为此,因此迫切需要有一套可靠的、高性能的自动化系统来对电力设备的温度进行有效的实时监测及报警,以便及时采取预防措施,避免火灾及停电事故发生。
温度检测是目前国内外在电缆监测中最被认可的一项重要手段,因为无论是电缆的老化或者是负荷的增加,其主要形式是会在温度方面反应出来,如果我们通过对电缆实施在线的温度检测,完全可以对电缆的安全运行做到实时监控。温度升高是引起电缆故障的重要因素,主要是泄漏电流增大和损耗增加所引起的,相对而言,温度是一个非电气物理量,防电磁干扰和电气隔离措施比较容易实现,可靠性很高。随着光传感技术的不断发展,在强电磁场存在的场所,采用高能反射电子传感技术来实现温度的在线监测已成为研究热点。温度数据采集点的技术更是电缆温度检测系统设计中的重要一环,温度数据采集点技术实际就是一种温度传感器,传感器的类型不同,检测仪器的检测方法和电路的结构也会有很大的不同,传感器特性的优劣,对整个测温系统影响巨大。
考虑电缆在运行中,在同一环境下电缆的纵向温度是均匀的,因此在直线段电缆上只测试几处电缆即可对电缆进行很好的在线检测,重点是在每个接头和弯曲部位,或者有变形部位必须采用高能衍射电子枪进行反复测试。对电缆终端由于无法实现在接触部位的温度监测,因此需要我们安装一些传感器放置在电缆终端可以放置的部位,再通过温度的比对实验确定安全温度值。
发明内容
本发明就是针对上述问题,提供一种便于准确检测的电缆温升情况的反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案,本发明包括上位机、无线中继站和监测终端;其结构要点所述无线中继站将监测终端输入的检测信号传输给上位机,由串口服务器和网络链路组成,串口服务器完成网络接口的转换。
所述上位机接收无线中继站输入的检测数据,对检测数据进行转换、处理、记录、画面显示、报警分析、打印,同时与其他系统连接通信,采用多种链路方法上传数据到集控站和远方调度中心。
所述监测终端包括单片机、无线传输模块、温度传感器;单片机的信号传输端口与无线传输模块的信息传输端口相连,单片机的信号输入端口与温度传感器的的信号输出端口相连。
作为一种优选方案,本发明所述温度传感器采用镀膜ZnO的铜金属温度传感器。
作为另一种优选方案,本发明所述监测终端为多个。
作为另一种优选方案,本发明所述温度传感器采用反射高能电子衍射谱传感器。
作为另一种优选方案,本发明所述温度传感器采用红外传感器。
作为另一种优选方案,本发明所述无线中继站接收红外传感器测得的温度信号,无线中继站将监测数据上传到上位机;上位机接收采集到的数据,以数据、波形及现场接线示意图的形式显示在屏幕上,对符合要求的数据进行报警提示,将相关数据存储至系统数据库,并将数据转发至远方调度中心。
作为另一种优选方案,本发明所述单片机包括数据处理控制单元、数据采集单元、数据存储单元和数据传输单元。
所述数据处理控制单元控制数据采集的时间及对采集到的数据进行编码处理和存储;对数据的无线传输进行控制,完成通信协议的执行。
所述采集单元对电缆外护套表面温度的采集和数字进行量化,提供采集时间的时期数据。
所述数据存储单元将采集到的数据以进行存储。
所述数据传输单元通过无线的方式与上位机进行通信,检测唤醒信号、发送数据和检错重发。
其次,本发明所述单片机采用MSP430芯片U1,U1的19脚通过电阻R25分别与电容C2一端、电阻R7一端、电阻R5一端相连,C2另一端、R7另一端接地,R5另一端分别与电阻R3一端、电阻R2一端相连,R3另一端接SUN-,R2另一端电源VCC。
U1的5脚通过电阻R21与NPN三极管Q6的基极相连,Q6的发射极接地,Q6的集电极分别与NPN三极管Q7的基极、PNP三极管Q11的基极相连,Q7的发射极分别与Q11的发射极、稳压二极管Z4的阴极、IRF1405芯片T3的栅极相连,T3的漏极与天线发射单元相连,T3的源极接地。
另外,本发明所述温度传感器采用IR001A红外芯片,IR001A红外芯片的检测信号输出端口与NPN三极管Q5的基极相连,Q5的发射极接地,Q5的集电极分别与电源VCC、NPN三极管Q1的基极、PNP三极管Q10的基极相连,Q1的集电极接电源VCC,Q10的集电极接地,Q1的发射极分别与Q10的发射极、IRF1405芯片T1的栅极相连,T1的源极接地,T1的漏极与IRF1405芯片T2的栅极相连,T2的源极接SUN-,T2的栅极分别与NPN三极管Q2的发射极、PNP三极管Q8的发射极相连,Q8的集电极接SUN-,Q2的基极分别与Q8的基极、电阻R11一端、NPN三极管Q3的集电极相连;R11另一端分别与Q2的集电极、R14一端、R15一端相连,R14另一端分别与R15另一端、二极管D2阳极相连,D2阴极与U1的7脚相连。
Q3的发射极接地,Q3的基极与二极管D5的阴极相连,D5的阳极PNP三极管Q9的集电极相连,Q9的发射极接电容VCC,Q9的基极接NPN三极管Q4的集电极,Q4的发射极接地,Q4的基极接U1的控制信号输出端口。
本发明有益效果。
本发明通过各部分的配合使用,便于准确检测的电缆温升情况;提高高压电缆使用寿命、提高电缆工作效率。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明软件主要界面图。
图2是本发明主菜单功能图。
图3是本发明设置对话框图。
图4是本发明参数设置图。
图5是本发明通道显示图。
图6是本发明功能结构图。
图7是本发明硬件结构框架图。
图8是本发明监测终端结构示意图。
图9是本发明温度测量结果比较表。
图10、11是监测终端电路原理图。
具体实施方式
如图所示,本发明包括上位机、无线中继站和监测终端;所述无线中继站将监测终端输入的检测信号传输给上位机,由串口服务器和网络链路组成,串口服务器完成网络接口的转换;如果上位机不止一台,还要对网络进行扩容,加装集线器或者交换机。
所述上位机接收无线中继站输入的检测数据,对检测数据进行转换、处理、记录、画面显示、报警分析、打印,同时与其他系统连接通信,采用多种链路方法上传数据到集控站和远方调度中心。
所述监测终端包括单片机、无线传输模块、温度传感器;单片机的信号传输端口与无线传输模块的信息传输端口相连,单片机的信号输入端口与温度传感器的的信号输出端口相连。
对于地面上下的通讯介质可采用屏蔽双绞线,传输采用串口RS-485,以提高传输可靠性,增加传输距离。
本发明上位机可采用PC机,Windows XP操作系统,负责数据处理、分析、存储及用户管理。
本发明上位机软件可采用用VB编写,数据库采用ACCESS。单片机可采用C语言编写。
所述温度传感器采用镀膜ZnO的铜金属温度传感器。
所述监测终端为多个。组成多点测温,实时监控电力电缆的温度变化,以确保电缆的安全、可靠运行。
所述温度传感器采用反射高能电子衍射谱传感器。
所述温度传感器采用红外传感器。
所述无线中继站接收红外传感器测得的温度信号,无线中继站将监测数据上传到上位机;上位机接收采集到的数据,以数据、波形及现场接线示意图的形式显示在屏幕上,对符合要求的数据进行报警提示,将相关数据存储至系统数据库,并将数据转发至远方调度中心。上位机的主控制程序负责将传送过来的数据进行处理,以数据、波形及现场接线示意图的形式显示在屏幕上供工作人员观察,同时负责对符合要求的数据进行报警提示,并将相关数据存储至系统数据库。
本发明上位机可采用标准的微软操作界面、多窗口模式显示界面设计风格。 据有直线、椭圆、正弦三种显示方式;具有指纹图谱和QφT图谱显示;可以实时显示测量波形和放电量值;可以随时保存数据和图谱,也可以定时保存;软件自带数字滤波功能,并可自动生成报告。软件主要界面介绍如图1、2、3、4、5所示。
主菜单功能。
开机后,点击可执行文件进入程序。在主菜单中有下面几种功能供选择:文件、设置、显示、帮助、退出。
在文件按钮下有:新建试验、打开试验、保存数据、打开数据、保存图形、生成报告、程序运行、程序停止选项。
单击“新建试验”选项,弹出试验设置对话框,用户可以更具试验需要填写“试品名称”“试品型号”“试验人员”“日期”“电源频率”试验设置完成后单击“确定”按钮即可进行试验。
选择“文件”菜单下的“打开试验”选项卡,可以打开历史试验文件。
在“设置”对话框下有“参数设置”“颜色设置”两个选项。
在参数设置对话框下,可以设置软件的“触发源”“触发电平”“同步选择”“存储设置”“自动换挡”“单位显示”等设置选项,用户可以根据自己的需求设置不同的参数。软件在默认状态下的触发源为“软件”触发,用户可以根据需求选择“通道1”“通道2”触发;同步选择方式有2种“内同步”“外同步”,在软件默认状态下为“内同步”,如果客户在现场试验需求可以使用外同步,对采集到的数据进行外同步。单位显示下有“pC” 和“mV”两种选项可以选择,参数设置界面也可以设置主界面严重程度的阈值可根据用户需要自行设置。
档位的选择有2种选择方式“手动档位”和“自动档位”;默认为“手动档位”,在“通道1”有效的情况下,勾选“自动档位”,对应的“通道1”则开始自动切换档位;用同样的方式操作“通道2”。
在“显示”菜单下,有“通道1”、“通道2”两个选项,当“通道1”勾选时,显示“通道1”的内容;当“通道2”勾选时,显示“通道2”的内容;
在“帮助”菜单下有“关于”和“软件帮助”2个选项,关于显示软件的版本号,打开“软件帮助”可以显示软件使用说明书。
在线监测系统所实现的各项功能由以前置机程序和主控制程序组成的核心部分协同实现,对用户操作及时做出反应,在屏幕上向用户反馈显示。后台通过文件存储系统对监测数据进行存储,系统IO接口负责接收采集数据,并与远端通信设备和打印机等外设进行通信。通信配置、数据查看及用户管理等功能为用户操作功能。实时数据采集、处理数据存储等功能为系统后台完成功能。
系统可采用分布式主从监控方式,从体为星型网,各前端构成星型网的外围节点,采用半双工通信工作方式。每个节点都有自己的专用地址,可对其进行选择性和组群通信。通过专用网络向节点发送命令,并接受来自节点的信息,然后对信息进行处理、转发及显示。节点自身完成循环采集其下各子节点的信号,并等待接收来自主控的指令。一旦接受到指令,对其分析后根据指令内容进行信息上传。
所述单片机包括数据处理控制单元、数据采集单元、数据存储单元和数据传输单元。
所述数据处理控制单元控制数据采集的时间及对采集到的数据进行编码处理和存储;对数据的无线传输进行控制,完成通信协议的执行。
所述采集单元对电缆外护套表面温度的采集和数字进行量化,提供采集时间的时期数据。
所述数据存储单元将采集到的数据以进行存储。
所述数据传输单元通过无线的方式与上位机进行通信,检测唤醒信号、发送数据和检错重发。
所述单片机采用MSP430芯片U1,U1的19脚通过电阻R25分别与电容C2一端、电阻R7一端、电阻R5一端相连,C2另一端、R7另一端接地,R5另一端分别与电阻R3一端、电阻R2一端相连,R3另一端接SUN-,R2另一端电源VCC。
U1的5脚通过电阻R21与NPN三极管Q6的基极相连,Q6的发射极接地,Q6的集电极分别与NPN三极管Q7的基极、PNP三极管Q11的基极相连,Q7的发射极分别与Q11的发射极、稳压二极管Z4的阴极、IRF1405芯片T3的栅极相连,T3的漏极与天线发射单元相连,T3的源极接地。
所述温度传感器采用IR001A红外芯片,IR001A红外芯片的检测信号输出端口与NPN三极管Q5的基极相连,Q5的发射极接地,Q5的集电极分别与电源VCC、NPN三极管Q1的基极、PNP三极管Q10的基极相连,Q1的集电极接电源VCC,Q10的集电极接地,Q1的发射极分别与Q10的发射极、IRF1405芯片T1的栅极相连,T1的源极接地,T1的漏极与IRF1405芯片T2的栅极相连,T2的源极接SUN-,T2的栅极分别与NPN三极管Q2的发射极、PNP三极管Q8的发射极相连,Q8的集电极接SUN-,Q2的基极分别与Q8的基极、电阻R11一端、NPN三极管Q3的集电极相连;R11另一端分别与Q2的集电极、R14一端、R15一端相连,R14另一端分别与R15另一端、二极管D2阳极相连,D2阴极与U1的7脚相连。
Q3的发射极接地,Q3的基极与二极管D5的阴极相连,D5的阳极PNP三极管Q9的集电极相连,Q9的发射极接电容VCC,Q9的基极接NPN三极管Q4的集电极,Q4的发射极接地,Q4的基极接U1的控制信号输出端口。
如图10、11所示,电源检测电路(R2、R3、R5、R7、C2)检测纽扣电池的电量,如果其电量不足以继续维持电路正常工作的话,电压会达到一个警戒阙值,会提示。AD0端口为电池电量的主检测端口,sun-为电池电量的辅检测端口,单片机检测不到AD0时,转换接收sun-端口的信号。
线发射单元由U3组成,因为天线是不规则器件,所以在原理图上只是一个功能示意。它的驱动电路由R21、R12、Q6先放大电压后,再经过图腾柱驱动电路Q7、Q11、Z4、T3增加电流,这样就能提供天线足够的能量发射出去,并且达到一定的传输范围。
由于单片机MSP430的工作电压是3.3V,纽扣电池选择5V(如果也选择3.3V的话容量会小很多)就需要一个降压电路使其正常工作,其电路组成为CC1、LM117、CC2、C4。
红外芯片IR001A接收到红外信号后,先要经过电路R20、R10、Q1、Q10对其进行放大,以达到单片机采样的幅值范围。与此同时,当单片机检测到有红外信号接收到的时候,打开滤波电路,对刚刚放大过的红外信号进行滤波处理,使信号的干扰减少,提高检测的准确率减少误差,滤波电路由R18、R19、Q9、Q3、Q2、Q8等组成,最后连接到单片机MSP430的管脚,由单片机对信号进行ad转换处理,并通过天线发出相关指令。
下面对一根空气中架设条件下的66kv的电线做实验温度检测,采用温度不断变化时测的温度值与温度基准值比较来验证温度系统硬件的准确性,温度基准值以白金电阻温度计为基准,测量结果如图9所示。
分析表中的三相温度值可看出各相的平均误差为:A相误差为0.010,B相误差为0.008,C相误差为0.038。从以上分析可以看出测温绝对误差在0.05度以内,满足性能指标要求。
可以理解的是,以上关于本发明的具体描述,仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案,本领域的普通技术人员应当理解,仍然可以对本发明进行修改或等同替换,以达到相同的技术效果;只要满足使用需要,都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置,包括上位机、无线中继站和监测终端;其特征在于所述无线中继站将监测终端输入的检测信号传输给上位机,由串口服务器和网络链路组成,串口服务器完成网络接口的转换;
所述上位机接收无线中继站输入的检测数据,对检测数据进行转换、处理、记录、画面显示、报警分析、打印,同时与其他系统连接通信,采用多种链路方法上传数据到集控站和远方调度中心;
所述监测终端包括单片机、无线传输模块、温度传感器;单片机的信号传输端口与无线传输模块的信息传输端口相连,单片机的信号输入端口与温度传感器的的信号输出端口相连。
2.根据权利要求1所述反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置,其特征在于所述温度传感器采用镀膜ZnO的铜金属温度传感器。
3.根据权利要求1所述反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置,其特征在于所述监测终端为多个。
4.根据权利要求1所述反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置,其特征在于所述温度传感器采用反射高能电子衍射谱传感器。
5.根据权利要求1所述反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置,其特征在于所述温度传感器采用红外传感器。
6.根据权利要求1所述反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置,其特征在于所述无线中继站接收红外传感器测得的温度信号,无线中继站将监测数据上传到上位机;上位机接收采集到的数据,以数据、波形及现场接线示意图的形式显示在屏幕上,对符合要求的数据进行报警提示,将相关数据存储至系统数据库,并将数据转发至远方调度中心。
7.根据权利要求1所述反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置,其特征在于所述单片机包括数据处理控制单元、数据采集单元、数据存储单元和数据传输单元;
所述数据处理控制单元控制数据采集的时间及对采集到的数据进行编码处理和存储;对数据的无线传输进行控制,完成通信协议的执行;
所述采集单元对电缆外护套表面温度的采集和数字进行量化,提供采集时间的时期数据;
所述数据存储单元将采集到的数据以进行存储;
所述数据传输单元通过无线的方式与上位机进行通信,检测唤醒信号、发送数据和检错重发。
8.根据权利要求1所述反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置,其特征在于所述单片机采用MSP430芯片U1,U1的19脚通过电阻R25分别与电容C2一端、电阻R7一端、电阻R5一端相连,C2另一端、R7另一端接地,R5另一端分别与电阻R3一端、电阻R2一端相连,R3另一端接SUN-,R2另一端电源VCC;
U1的5脚通过电阻R21与NPN三极管Q6的基极相连,Q6的发射极接地,Q6的集电极分别与NPN三极管Q7的基极、PNP三极管Q11的基极相连,Q7的发射极分别与Q11的发射极、稳压二极管Z4的阴极、IRF1405芯片T3的栅极相连,T3的漏极与天线发射单元相连,T3的源极接地。
9.根据权利要求8所述反射高能电子衍射谱实现对电缆温升的在线测量检测装置,其特征在于所述温度传感器采用IR001A红外芯片,IR001A红外芯片的检测信号输出端口与NPN三极管Q5的基极相连,Q5的发射极接地,Q5的集电极分别与电源VCC、NPN三极管Q1的基极、PNP三极管Q10的基极相连,Q1的集电极接电源VCC,Q10的集电极接地,Q1的发射极分别与Q10的发射极、IRF1405芯片T1的栅极相连,T1的源极接地,T1的漏极与IRF1405芯片T2的栅极相连,T2的源极接SUN-,T2的栅极分别与NPN三极管Q2的发射极、PNP三极管Q8的发射极相连,Q8的集电极接SUN-,Q2的基极分别与Q8的基极、电阻R11一端、NPN三极管Q3的集电极相连;R11另一端分别与Q2的集电极、R14一端、R15一端相连,R14另一端分别与R15另一端、二极管D2阳极相连,D2阴极与U1的7脚相连;
Q3的发射极接地,Q3的基极与二极管D5的阴极相连,D5的阳极PNP三极管Q9的集电极相连,Q9的发射极接电容VCC,Q9的基极接NPN三极管Q4的集电极,Q4的发射极接地,Q4的基极接U1的控制信号输出端口。
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