CN109580021A - 基于感应取电技术的变压器低压导电杆测温装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于感应取电技术的变压器低压导电杆测温装置，包括感应取电部分、温度采集部分、无线发射部分、无线接收部分和温度显示部分；所述感应取电部分输出低压直流电作为温度采集部分和无线发射部分的电源；所述温度采集部分包括K型热电偶、模\数转换器和单片机，K型热电偶与模\数转换器连接，模\数转换器与单片机连接；无线发射部分和所述无线接收部分均采用SI4463串口透传模块；温度显示部分为液晶显示器。本发明实现了对变压器低压导电杆温度的无电源和无线监测，避免直接使用变压器电压供电及使用导线进行信号传输时线缆过多，风及人为扰动造成线缆缠绕，增加变压器台架的运行风险的隐患。

Description

基于感应取电技术的变压器低压导电杆测温装置

技术领域

本发明涉及一种变压器检测技术领域，尤其涉及基于感应取电技术的变压器低压导电杆测温装置。

背景技术

近年来城乡居民生产水平不断提高，家庭电厨炊、空调、电采暖等大功率用电器日益普及，而我国的户均配电容量与发达国家相比还有很大差距，在迎峰度夏和度冬期间，现有台区配电变压器经常会存在过温和过负荷，运行人员需要经常对变压器进行测温和测负荷工作。

随着低压配电自动化技术的不断成熟，现有的配电变压器综合配电箱（简称JP柜）功能也越来越完善，有的已经具备变压器测温功能。但是在变压器低压导电杆和设备线夹连接处，由于电流非常大（几百安培），如接触不紧密会存在严重发热，时间长会造成变压器低压导电杆烧损，造成很大的经济损失和供电损失，发热严重时一般的测温元件也常常会被烧毁无法使用。

授权公告号为 CN 204389029 U的中国专利文献公布了一种非接触式干式变压器铁芯温度测量系统，包括感应取电装置、非接触式红外测温装置、嵌入式控制单元及灰尘吹扫装置，所述感应取电装置包括电流互感器、电能调理模块、稳压模块，利用电磁感应原理产生的电流为所述测温装置和灰尘吹扫装置供电：所述非接触式红外测温装置包括非接触式红外测温探头、无线通信发射模块：所述嵌入式控制单元对电能调理模块进行控制并可以将非接触式红外测温探头采集到的温度信息通过无线通信发射模块发送给上位机进行变压器状态判断和温度显示，也可以对灰尘吹扫装置进行控制：所述灰尘吹扫装置包括微型轴流风机、可伸缩导气管，可以对变压器铁芯表面的灰尘进行吹扫。本实用新型中测温装置为非接触式红外测温装置，易受环境因素影响（环境温度，空气中的灰尘等），且只限于测量物体外部温度，不方便测量物体内部和存在障碍物时的温度。

授权公告号为 CN 205593673 U的中国专利文献公布了基于电场感应式的复合型传感器系统，包括电场感应模块、带电警示模块、系统储能模块、主控模块、无线收发模块和温度测量模块；带电警示模块、系统储能模块均与电场感应模块连接，带电警示模块、主控模块均与系统储能模块连接，无线收发模块和温度测量模块均与主控模块连接；电场感应模块用于获取感应电压并输出至带电警示模块和系统储能模块；带电警示模块用于当感应电压高于预设值时进行发光指示：系统储能模块用于对感应电压进行存储形成储能电压，并当储能电压达到预设值时控制主控模块开启或关闭;温度测量模块用于检测温度信号并发送至主控模块。提高电场感应取电效率，从而缩小传感器系统的体积，简化传感器安装与调试。但是，本系统电场感应模块体积大，结构复杂，温度测量控制电路复杂，调试麻烦，使用中很不方便。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于感应取电技术的变压器低压导电杆测温装置，利用感应取电和无线发射的方法，现了对变压器低压导电杆温度的无电源和无线监测，避免直接使用变压器电压供电及使用导线进行信号传输时线缆过多，风及人为扰动造成线缆缠绕，增加变压器台架的运行风险的隐患，提高运行可靠性。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于感应取电技术的变压器低压导电杆测温装置，包括感应取电部分、温度采集部分、无线发射部分、无线接收部分和温度显示部分；所述感应取电部分包括矽钢片、线圈、整流电路、电压转换器，矽钢片缠绕在变压器低压出线上，矽钢片设置取电线圈，取电线圈与整流电路连接，整流电路与电压转换器连接，电源转换器输出低压直流电作为温度采集部分和无线发射部分的电源；所述温度采集部分包括K型热电偶、模\数转换器和单片机，K型热电偶设置在变压器低压设备线夹处，K型热电偶与模\数转换器连接，模\数转换器与单片机连接；所述无线发射部分和所述无线接收部分均采用SI4463串口透传模块；所述温度显示部分为与无线接收部分连接的基于HMI核心数据处理的彩色串口通用液晶显示器。

作为本发明的一种优选结构，所述整流电路包括全波整流电路和滤波电路两部分。

作为本发明的一种优选结构，所述电压转换器为输入电压范围包括18-380V的DC-DC降压芯片。

作为本发明的一种优选结构，无线发射部分与变压器低压设备线夹的距离大于0.5米。

作为本发明的一种优选结构，所述无线发射部分和所述无线接收部分采用透明传输方式。

作为本发明的一种优选结构，所述模/数转换器具有温度补偿功能。

作为本发明的一种优选结构，模/数转换器与单片机连接包括CS、SO、SCK三个引脚。

作为本发明的一种优选结构，本发明采集3相温度数据，采用3个采集芯片，由单片机控制每一时刻选择一路芯片的 CS引脚有效，3相温度数据轮流进行采集。

作为本发明的一种优选结构，单片机采样的间隔大于0.25秒。

作为本发明的一种优选结构，K型热电偶带有安装螺丝和特氟龙耐高温线。

作为本发明的一种优选结构，温度显示部分的液晶显示屏上还设置有信号输出接口。

作为本发明的一种优选结构，温度显示部分的液晶显示屏上设置继电器接口，当温度超过报警阀值时，继电器吸合，用于驱动外接的蜂鸣器发出声响。

作为本发明的一种优选结构，无线发射和无线接收部分的接收灵敏度小于-85dBm，发射功率大于40mW。

本发明的有益效果是：

本发明利用K型热电偶结构结单，耐高温性能好（最高可达1000℃）的特性，将热电耦直接安装在低压导电杆的设备线夹上，用耐高温电线连接到放置在温度较低部位的温度采集部分上，并利用感应取电和无线发射的方法，尽最大可能减少在变压器带电部位附近的连接线，避免测量线路与电力线路出现交叉、缠绕，提高运行可靠性。

本发明可以做为配电变压器温度采集的前端设备，也可实现独立对变压器低压导电杆温度进行本地监控。

本发明采用微磁能量收集技术，避免直接使用变压器电压供电会有导线进行连接，风吹日晒造成导线缠绕，给变压器台架的运行安全带来不利。本发明由于发射距离近，用到的能量特别小，不用大型感应取电设备，用矽钢片在变压器低压出线上缠绕几圈，矽钢片上再套上一个取电线圈即可，大大减小感应取电设备的体积，减少连接线，大大降低变压器发热引起事故的几率。

由于变压器低压输出电流范围变化较大，一般的配电台式变压器会从5A到400A变化，取电线圈感应的电压也会波动较大，本发明选用超宽电压输入的DC-DC降压芯片，保证感应取电设置安全稳定运行。

CS引脚为片选引脚，通过CS引脚，使用单片机或者其他电路的逻辑信号就可以控制电源的开或关。SCK为同步时钟引脚。

本发明采用基于HMI核心数据处理的彩色串口通用液晶显示器，编辑好图形仪表界面，有温度变化时直接以串口通信方式输入并在仪表界面上显示，串口液晶屏组件可以提升开发人员工作效率，缩短人机交互开发周期，有非常良好的人机交互界面。

温度显示部分的液晶显示屏上还设置有信号输出接口，用于将三相温度输出给其它自动化设备，通过自动化设备进行远程监控和自动操作。

温度显示部分的液晶显示屏上设置继电器接口，当温度超过报警阀值时，继电器吸合，用于驱动外接的蜂鸣器发出声响，对配电巡视人员进行声音提示。

附图说明

图1为本发明实施例一结构原理示意图；

图2为MAX6675模\数转换器与89C51单片机连接示意图；

图3为本发明实施例二结构原理示意图；

图4为本发明实施例三结构原理示意图；

图中标号：1-感应取电部分，2-温度采集部分，3-无线发射部分，4-无线接收部分，5-温度显示部分，6-信号输出接口，7-继电器接口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1-2所示，一种基于感应取电技术的变压器低压导电杆测温装置，包括感应取电部分1、温度采集部分2、无线发射部分3、无线接收部分4和温度显示部分5。

所述感应取电部分1包括矽钢片、线圈、整流电路、电压转换器，矽钢片缠绕在变压器低压出线上，矽钢片设置取电线圈，取电线圈与整流电路连接，整流电路与电压转换器连接，电源转换器输出低压直流电作为温度采集部分2和无线发射部分3的电源。所述感应取电部分1采用微磁能量收集技术，避免直接使用变压器电压供电会有导线进行连接，风吹日晒造成导线缠绕，给变压器台架的运行安全带来不利。本发明由于发射距离近，用到的能量特别小，不用大型感应，用矽钢片在变压器低压出线上缠绕几圈，矽钢片上套上取电线圈，大大减小感应取电设备的体积，减少连接线，大大降低变压器发热引起事故的几率。

所述整流电路包括全波整流电路和滤波电路两部分，将线圈感应到的交流电信号通过全波整流和滤波，转变成直流信号，然后通过DC-DC转换芯片，输出固定的5V电压，供后面发射电路使用。由于变压器低压输出电流范围变化较大，一般的配电台式变压器会从5A到400A变化，取电线圈感应的电压也会波动较大，因此需要选用超宽电压输入的DC-DC降压芯片，本实施例中采用输入范围18-600V 的XD308H系列DC-DC变换器。

当然也可以选用输入范围13V-380V 的PI-05V-B4系列DC-DC变换器。

所述温度采集部分2包括K型热电偶、模\数转换器和单片机，K型热电偶设置在变压器低压设备线夹处，K型热电偶与模\数转换器连接，模\数转换器与单片机连接。由于以热电偶为测温传感器的温控器需要冷端补偿，其输出的模拟电势信号非常小，以uV级数量变化，需经差分放大及AD转换后送入单片机处理，因此测量控制电路较复杂调试也很麻烦。本实施例模\数转换器采用MAX6675芯片和89C51单片机，MAX6675芯片为自带温度补偿的K型热电偶串行模/数转换器。MAX6675 测量电路和89C51单片机连接通过CS、SO、SCK三个引脚，硬件电路结构简单，体积小，可靠性高，能够满足本发明需要的精度要求（温度变化幅度为0.5度）。读取时数据在SCK时钟的上升沿读取，CS为芯片选通使能脚，低电平为选通有效。本发明采集3相温度数据，采用3个采集芯片，由单片机控制每一时刻选择一路芯片的 CS引脚有效，3相温度数据轮流进行采集。MAX6675数据转换时间最大值为0.22s，设置控制单片机采样的间隔为0.3秒（大于转换最大值）。K型热电偶选择带有安装螺丝和特氟龙耐高温线的类型，安装时在变压器低压设备线夹处钻孔，插入热电偶即可。整个采集发射部分安装在距离变压器低压设备线夹0.5米处，避免距离较近温度过高时烧坏电子芯片，距离过远又会干扰热电偶输出信号。

以下是MAX6676读取时序参考例程，读取后温度值在函数返回参数dat内。

unsigned int MAX6675_ReadReg(void)

{

unsigned char i;

unsigned int dat;

i = 0;

dat = 0;

CS = 0;

SCK = 0;

for(i=0; i<16; i++) //get D15-D0 from 6675

{

SCK = 1;

dat = dat<<1;

if( SO==1 )

dat = dat|0x01;

SCK = 0;

}

CS = 1;

return dat;

}

无线发射部分3和所述无线接收部分4均采用SI4463串口透传模块。为避免无线发射电路设计的复杂性，采用通用的SI4463串口透传模块进行收发通信，工作频率为433.4M，发射功率50mW（10dBm），接收灵敏度-116dBm，开阔地通信距离为300米。发射时串口设置为9600、N、8、1，发送数据序列为FE D1 D2 D3 D4 D5 D6 crc_H crc_L，FE为数据包头，发射时可以连续发送多个FE，以唤醒休眠的接收设备，D1、D2为A相数据，由两个字节16bit组成，每4bit代表一个温度数据（０－９），共４位温度数据，D3、D4为B相数据，D5、D6为C相数据，crc_H、crc_L为数据包D0-D6的CRC16-CCITT校验值的高位和低位，接收时对D0-D6重新校验，如和发送时的CRC值一样，证明数据有效。

无线接收模块和上述发射模块配套使用，一收一发，发射什么内容，即还原出什么内容（即透明传输）。

所述温度显示部分5为与无线接收部分4连接的基于HMI核心数据处理的彩色串口通用液晶显示器，图形仪表界面设置为多个交互界面，有温度变化时直接以串口通信方式输入并在仪表界面上显示，串口液晶屏组件可以提升开发人员工作效率，缩短人机交互开发周期，有非常良好的人机交互界面。

所述温度显示部分5也可采用通用的12864液晶点阵屏显示温度变化，将三相设备线夹的工作温度同时显示在一个画面。温度显示部分5有温度报警阀值设定界面，如将报警温度设置为65℃，在三相设备线夹工作温度超过该报警阀值时，会在显示界面进行明显的提示。

本发明利用K型热电偶结构结单，耐高温性能好（最高可达1000℃）的特性，将热电耦直接安装在低压导电杆的设备线夹上，用耐高温电线连接到放置在温度较低部位的温度采集部分2上，并利用感应取电和无线发射的方法，尽最大可能减少在变压器带电部位附近的连接线，避免测量线路与电力线路出现交叉、缠绕，提高运行可靠性。

本发明可以做为配电变压器温度采集的前端设备，也可实现独立对变压器低压导电杆温度进行本地监控。

实施例二

如图3所示，本实施例和实施例一的结构基本相同，其区别在于：温度显示部分5的液晶显示屏上还设置有信号输出接口6，用于将三相温度输出给其它自动化设备，通过自动化设备进行远程监控和自动操作。

实施例三

如图4所示，本实施例和实施例二的结构基本相同，其区别在于：温度显示部分5的液晶显示屏上设置继电器接口7，继电器接口7与继电器连接，继电器与蜂鸣器连接，当温度超过报警阀值时，继电器吸合，用于驱动外接的蜂鸣器发出声响，对配电巡视人员进行声音提示。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.基于感应取电技术的变压器低压导电杆测温装置，其特征在于：包括感应取电部分、温度采集部分、无线发射部分、无线接收部分和温度显示部分；

所述感应取电部分包括矽钢片、线圈、整流电路、电压转换器，矽钢片缠绕在变压器低压出线上，矽钢片设置取电线圈，取电线圈与整流电路连接，整流电路与电压转换器连接，电源转换器输出低压直流电作为温度采集部分和无线发射部分的电源；

所述温度采集部分包括K型热电偶、模\数转换器和单片机，K型热电偶设置在变压器低压设备线夹处，K型热电偶与模\数转换器连接，模\数转换器与单片机连接；

所述无线发射部分和所述无线接收部分均采用SI4463串口透传模块；

所述温度显示部分为与无线接收部分连接的基于HMI核心数据处理的彩色串口通用液晶显示器。

2.根据权利要求1所述的基于感应取电技术的变压器低压导电杆测温装置，其特征在于：所述整流电路包括全波整流电路和滤波电路两部分。

3.根据权利要求1所述的基于感应取电技术的变压器低压导电杆测温装置，其特征在于：所述电压转换器为输入电压范围包括18-380V的DC-DC转换芯片。

4.根据权利要求1所述的基于感应取电技术的变压器低压导电杆测温装置，其特征在于：无线发射部分与变压器低压设备线夹的距离大于0.5米。

5.根据权利要求1所述的基于感应取电技术的变压器低压导电杆测温装置，其特征在于：所述无线发射部分和所述无线接收部分采用透明传输方式。